改革开放以来我国初中化学教科书视觉表征的演变

王磊 许敏 孟潘 孙影

摘要以人教版7套不同時期的初中化学教科书为样本，借鉴Gkitzia等人编制的分析框架，分析了各时期初中化学教科书中视觉表征的演变趋势。结果发现，自改革开放以来，我国初中化学教科书视觉表征的编排设计在表征类型、表征注释及表征与文本的关联维度都呈现出一定的变化，而在表征标题及多重表征间连接维度的变化较小。最后，结合研究结论对今后化学教科书的编写和使用提出建议。

关键词教科书；视觉表征；初中化学；演变趋势

1 引言

教科书是课堂教学的资源，其中的文本内容用于明确地传达信息，视觉表征则发挥重要的辅助作用^[1]。所谓视觉表征即为描述概念或现象的视觉对象（如照片、插图、影像等）。良好的视觉表征不仅能传递科学知识，还能辅助学生理解复杂概念^[2]，因此，需要关注教科书中的视觉表征。对于化学教科书中的视觉表征，则不仅需要关注一般学科均普适性的分析要素（如标题、位置与文本的关系等），还应着眼本科学的特点——从三重表征的视角看待教科书中的视觉表征。因为三重表征是化学学科特有的思维方式，Johnston认为想要真正地理解化学，必须能够灵活自如地从宏观向微观转换，并能够使用恰当的符号进行表征^[3]。三重表征自提出以来在化学教育领域已引起广泛地关注，研究也表明学生在不同表征之间的转化存在一定的困难^[4]。因此，对于化学教科书要合理组织宏观、微观和符号表征，帮助学生从不同层次认识化学。

然而，目前我国有关化学教科书视觉表征的研究中，较少基于学科特点分析教科书中表征的构成设计，多数研究关注教科书中视觉表征的物理要素，如对于表征的数量、类型、位置等的分析^[5，6]。另外，我国化学教科书的发展历史悠久，期间积累了丰富的教科书资源，通过对于教科书纵向的演变分析，能更好地反映其变迁与发展，有助于汲取有利经验也反思存在的问题。从现有研究看来，对于不同时期化学教科书演变的研究较少，更多是对于不同本版、不同地区教科书的研究。基于此，本研究以我国不同时期的化学教科书为样本，以教科书中的视觉表征为切入点展开分析。研究旨在揭示我国初中化学教科书中视觉表征的演变与发展，为今后化学教科书中视觉表征的编选提供启迪。

2我国初中化学教科书发展背景介绍

改革开放以来我国化学教科书的发展可以划分为3个阶段，分别是恢复与调整（1978-1985）、深化与发展（1986-2000）、探索与更新（2001- ）时期^[7]。最早依据《全日制十年制学校中学化学教学大纲（试行草案）》编撰了1978年版初中化学教科书，并在此基础上依据现实需求调整难度，编制成1982年版初中化学教科书。时至1986年11月，全国中小学教材审定委员会审定并通过修改后的《全日制中学化学教学大纲》，人民教育出版社于1987年开始据此修订、出版化学教科书^[8]，其中初中部分内容与1982年版基本相同^[8]。20世纪90年代，素质教育背景下的教育改革兴起，人民教育出版社于1994年编写九年义务教育初级中学化学教科书^[9]，并于2001再次修订出版。21世纪初，教育部颁布《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》并据此编订初中化学教科书。2011年《义务教育阶段化学课程标准（2011年版）》颁布，次年2012年版初中化学教科书问世。

3 分析框架

有关化学教科书中视觉表征的分析框架很多，其中Gkitzia^[10]等人建构的分析框架，吸收了Johnstone^[3]三重表征理论及众多心理学研究成果（表1）。在国际上，该框架广泛应用于美国^[11]、尼日利亚^[12]等国家化学教科书的研究，国内，该框架也成功地用来分析我国初中、高中化学教科书中的视觉表征^[13，14]。Gkitzia^[10]在该分析框架中提出6种不同的表征类型来描述化学中特有的表征方式，同时，该框架对于表征注释、标题等也提出相应的分析标准。后文将详细介绍各个分析维度的评定方式（鉴于C5与C1关系密切，故将这两个维度一起分析）。

3.1 表征类型（C1）和多重表征间连接（C5）

C1维度共有6个亚类，分别是宏观表征、微观表征、符号表征、多重表征、多种表征和多类表征。其中宏观表征、微观表征和符号表征即为三重表征。多重表征和多种表征是在三重表征的基础上衍生而来。所谓多重表征，是指某一表征中同时使用两种或三种表征方式描述同一物质。如图1，同时用宏观表征和微观表征描述石墨，其中石墨的实物属于宏观表征，石墨的微观结构属于微观表征，故该表征类型定为多重表征。

多种表征是两种或三种表征方式之间相互补充形成一个表征。如图2，同时出现了宏观表征和符号表征，但两者并非表征同一个物质，而是分别表征蜡烛和二氧化碳，所以该表征类型定为多种表征。多类表征则不仅要求有宏观、微观和符号表征中的一种或多种，同时还要有其他的描述方式（如类比等）。在图3中，同时存在微观表征和类比的描述方式，该图意在阐释C₆₀的分子结构，其中有C₆₀的分子结构微观示意图，并用足球进行类比解释，所以该表征类型归为多类表征。

对于多重表征间的连接（C5），以图1为例，该多重表征中宏观表征部分与微观表征部分通过蓝色的折线进行连接，由此认为在该多重表征中，不同表征方式之间有充分连接。反之，若两种表征方式间未建立连接，则可以根据清晰程度不同定为“不充分连接”或是“无连接”。

3.2 表征注释（C2）

C2维度有3个亚类，分别是清晰的、隐含的和模糊的。若某表征中，有注释清晰指明其中各部分的含义，则认为该表征注释是清晰的。若不能充分阐明表征的含义则依据清晰程度不同分为隐含的或模糊的。如图4，在该表征中各部分都有清晰的文字说明，简单阅读即可了解其含义，故该表征注释定为清晰的。以此类推，如果注释不能较好地辅助理解表征中的内容，则可以依据信息给予的程度不同定为“隐含的”或“模糊的”。

3.3 表征与文本的关联（C3）

这一维度主要关注表征与对应的文本内容的相关性，以及表征与文本之间是否建立连接。关于表征与文本的相关性可分为3个层次，分别是完全相关、部分相关和不相关。在表征与文本建立连接的角度有两个层次，有连接或无连接。两个角度结合，最终形成5个亚类，分别是完全相关且有连接、完全相关但无连接、部分相关且有连接、部分相关且无连接和不相关且无连接。如图5，该表征是高锰酸钾制取氧气的实验装置图。其与对应文本完全相关，并在文本与表征之间有连接（文中有“如图2-14”，表征中有图号“图2-14”），所以认为该表征与文本完全相关且有连接。

3.4 表征标题的适切性（C4）

关于表征标题的适切性有3个不同的水平层次，分别是合适的、有问题的和无标题。图6通过微观和符号的形式描述了HCl与NaOH在水中解离成自由离子的过程。教科书中给定的标题是“HCl和NaOH在水中解离出离子”，这一标题简明概括了对应表征的内容，由此判定该标题为“合适的”。反之，如果给出的标题不能完整描述这一过程，可认为标题是有问题的，若没有标题则定为无标题。

4方法

4.1 样本选择

当前，我国初中化学教科书有多种版本，人民教育出版社是其中的一支重要力量。人教社编写的教材质量高，为全国中小学所通用，即使在“一纲多本”的时代，人教版教材也是在全国使用量最多的^[15]。因此，最终确定以人民教育出版社于1978年、1982年、1987年、1995年、2001年、2006年和2012年出版的7套教科书为分析样本。各样本详细信息见表2。

4.2 分析过程

采用内容分析法对研究样本进行统计分析。具体而言，对7版教科书中视觉表征进行逐一编码，并将每个表征进行不同维度的归类统计，依据定量的数据分析发现其中存在的规律。由于本研究重在分析化学基础知识技能类表征，故对于人物肖像图、化学职业介绍等科普性内容未做统计。此外，教科书中前言、习题、附录等部分也未计入统计结果。为确保统计结果真实可靠，本次统计分析工作由两位编码者共同完成，经一致性检验两位编码员的编码结果达到较高一致性，在5个维度两位编码员之间的一致性分别达到0.953、0.949、0.988、0.985和1.000。其后，两位研究者在独立编码的基础上对7版教科书中所有表征编码结果一一进行核对，对于编码不一致处进行商讨并重新编码。由于7版教科书中表征总数不尽相同，故在后续分析中主要采用百分比数据。

5 结果与讨论

通过统计分析，发现我国化学教科书中视觉表征的编选在各个维度中都呈现出一定的变化规律，将逐一进行讨论。由于C5维度仅是描述多重表征间是否建立连接，现将其纳入“多重表征”中分析。

5.1 视觉表征在C1维度的演变

图7展示了7版教科书中视觉表征在C1维度的演变趋势，可以看出各种类型的视觉表征在多版教科书中都有使用，但是所占比例会有起伏变化。

宏观表征的占比在7版教科书中均超过60%，且随时间推移有增长趋势，这可能与教科书中与实际生活相关的表征增多有关。从20世纪70年代到21世纪，初中化学愈发强调化学基础知识与社会生活的关联^[16]，而这类表征通常都是以宏观的形式出现，直接使用图画或照片展示化学与日常生活的关联。微观表征的使用量逐年减少，在12版中微观表征已不足2%，这一方面是由于表征基数增大，另一方面是因为部分的微观表征逐渐演变成为宏观-微观或宏观-符号结合的多重表征。例如关于水分解的图示，在78版-01版教科书中都仅是使用微观表征（图8，左），从06版开始改进成为微观-符号结合的多重表征（图8，右）。符号表征是连接宏观与微观的桥梁，其使用量仅次于宏观表征，但比例有所减少。

多重表征的占比呈增长趋势，在12版中已达到6.44%。同时发现，教科书中多重表征大多数都充分连接，仅在06版和12版中分别出现1例和2例未建立连接的表征。分析也发现，不同时期教科书中多重表征的设计方式也不尽相同。在78版初中化学教科书中仅有微观-符号的多重表征，20世纪80、90年代出现了宏观-符号的多重表征，进入21世纪，多重表征的设计方式再次变化，开始使用宏观-微观的多重表征。推测这种变化一方面与科学技术的发展有关，另一方面也与对于“从微观看化学”的关注有关。正如在21世纪的课程标准明确提出“帮助学生用微粒的观念去学习化学，从五彩缤纷的宏观世界步入充满神奇色彩的微觀世界”^[17，18]，这是前期教学大纲中所未见的。这些变化都在一定程度上使得多重表征增多。然而，仍需明晰的是多重表征在各时期的使用量均不足10%，且未发现宏观-微观-符号三者结合的多重设计，这一现状仍需要继续关注。

多种表征在各版教科书中的呈现方式较为相似，不同版本间的差异仅表现在数量的起伏。分析发现7版教科书中的多种表征均采用宏观-符号结合的设计方式，且都集中在有关“C”“H”相关物质化学性质的学习中。20世纪70年代教学大纲仅对“H”相关物质的化学性质提出学习要求，未涉及“C”有关物质。20世纪80年代、90年代则是对于“C”“H”相关物质的化学性质都有学习要求。21世纪颁布的两版课程标准较多保留对于“C”有关物质化学性质的学习，有关“H”的学习较少。这种学习内容要求的变化导致20世纪80年代和90年代的教科书中多种表征较其他两个时期更多。

多类表征在06版教科书中首次出现，并在12版中继续延用，且在两版教科书中的使用量均达到2.4%。多类表征在06版教科书中“突现”并且在12版中保持“稳定”的现象，可能与2001年颁布的义务教育课程标准（实验稿）首次提到“要通过想象、类比、模型化等方式使学生初步理解化学现象的本质”^[18]，且这一要求在义务教育课程标准（2011版）中继续延用相关。可见，不同时期对于知识呈现方式要求的变化会影响着视觉表征的选用。同时发现，在我国初中化学教科书中多类表征均与类比结合。类比的确能在一定程度上促进学生理解抽象概念，但对于类比的使用也需要谨防其造成学生对于概念的曲解^[19]。

5.2 视觉表征在C2维度的演变

C2维度的统计结果如图9所示，整体呈现出了比较规律的变化趋势。

自改革开放以来，我国初中化学教科书在表征注释维度有所改进，整体呈现出清晰注释增多、模糊注释减少的变化趋势。在06版和12版教科书中表征注释为“清晰的”均已超过60%。此种变化在一定程度上体现了教科书编排对于表征注释的关注，例如对于灭火器原理的示意图的设计（图10），在78版教科書中Ⅰ、Ⅱ两部分都没有注释，直至06版教科书才给出Ⅰ部分清晰注释。注释为“隐含的”表征所占比例变化较为平稳，在06版中“隐含的”表征注释最少仅19.02%，其他各版本中表征注释为“隐含的”占比均约为35%。教科书中出现“隐含的”表征注释多为正文部分有文字说明，而在表征中没有详细的标注。表征注释为“模糊的”表征在各版本中占比均较少，从95版开始已不足10%。

5.3 视觉表征在C3维度的演变

就C3维度而言，不同时期教科书中的表征均与文本内容密切相关，不同表征间的区别仅在于是否与文本建立连接。统计结果显示（图11），在78版、82版和87版教科书中未建立连接的表征均少于5%。从95版开始无连接的表征数增多，在95版和01版中无连接的表征量分别达到40%和33.07%。时至06版和12版，无连接的表征量已超过50%。

推测06版及12版中大量出现“无连接”的表征，可能与从21世纪开始初中化学教科书使用彩色印刷有关。彩色印刷的教科书色彩丰富，会利用一些色彩或线条区分不同板块内容，如此，即使未连接也能定位相关表征材料。例如2012版教科书中自制白糖晶体的课外实验附有相应的表征（图12），且该表征与文本内容无连接，但由于与此无关的内容（此内容上方部分）被限定在蓝色方框中，所以学生能够轻松地将实验的文字描述与对应表征匹配。尽管如此，表征与文本连接的缺失实属会在教学中造成不便，已有研究也指出教科书中的连接能提示学生何时查看表征，帮助学生在概念上整合材料^[20]。因此，教科书仍需重视表征与文本间的连接的建立。

5.4 视觉表征在C4维度的演变

表征标题能够指导学习者关注其中的重要内容。由统计结果可知（图13），在我国多版初中化学教科书中标题为“合适的”比例超过95%，“无标题”的表征量甚少，在各版教科书中均少于4%，标题为“有问题的”表征在各版教科书中也均少于5%。由此，可以认为，我国初中化学教科书一直较为重视表征标题的设计，但也有可继续完善之处。如2012版教科书在介绍氢气还原氧化铜实验时，对于试验前后的两幅表征均未拟定标题（图14），如此会对教科书的阅读形成不便，编者可以对此类表征增加标题以辅助理解。

6 结论与启示

6.1 研究结论

本研究通过定量分析总结出我国初中化学教科书中视觉表征的演变趋势。研究发现，我国初中化学教科书表征类型丰富，各种表征类型均有使用，且都以宏观表征为主，其中多重表征的设计方式在不断地创新。在表征注释维度，清晰的注释有所增多，但注释模糊的或隐含的表征也仍然存在。20世纪90年代开始我国初中化学教科书中出现大量与文本未建立连接的表征，在06版、12版中表现更为明显，不过教科书中所有表征都与对应文本内容相关。研究也发现，我国初中化学教科书一直较为重视表征标题的设计，教科书多数表征标题都是合适的。

6.2 启示建议

依据对于我国初中化学教科书中视觉表征研究所得结果，对今后教科书编排以及教学应用提出几点建议。

第一，教科书中要适当增加多重表征的使用量，在设计方式上可考虑使用宏观-微观-符号三者结合的多重设计。因为现有研究发现学生在不同表征间进行转化存在困难，然而，对一种化学现象的全面理解需要实现不同表征间的灵活转换。

第二，教科书中使用多类表征时考虑结合多种描述方式，若与类比结合使用需说明目标表征和类比表征之间的联系。因为类比表征无法全面地描述目标概念，要在学生理解类比概念和目标概念，并知道两者之间关联的基础上，类比才能发挥作用。

第三，教科书编排时需重视在表征与文本间建立连接。教科书视觉表征中的连接作为一种索引，能帮助学生快速将表征与文本建立联系。由此，建议在表征和文本之间建立相应连接。

第四，教师在授课过程中需要合理组织和使用教科书中的视觉表征，也要积极参考其他版本的教科书或是借助网络资源完善不充分的表征，科学地对教科书进行“二次开发”。

参 考 文 献[1] Corradi D， Elen J， Clarebout G. Understanding and enhancing the use of multiple external representations in chemistry education[J]. Journal of Science Education and Technology， 2012， 21（6）： 780-795.

[2] CHENG M m-w， Gilbert J K. Students visualization of diagrams representing the human circulatory system： the use of spatial isomorphism and representational conventions[J]. International Journal of Science Education， 2015， 37（1）： 136-161.