论文部分内容阅读
摘要：当前的初中科学教学中，要求树立以学生发展为本的教学理念，在教师的合理引导下，搭建适当的学习平台，把握插图的真正含义，使教材中的插图在教学中的应用价值最大化。本文结合部分教学实际案例，浅谈教材插图在促成学生科学方法、科学思维和创新能力等方面的应用。
关键词：学生发展；教材插图；科学方法；科学思维
中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2018）06-0003
在浙教版初中科学教材中，插图占有很大的比例，是教材内容的重要组成部分，也是教材的第二语言，具有简洁、生动和直观等特点，同时又具有很强的艺术性和可读性，能有效地传递知识信息，并将一些难以用语言和文字表达清楚的问题和现象淋漓尽致地表达出来，以插图类型作为依据，有结构图、过程图、实验操作图、原理图、解剖图等。教师在平时的教学过程中，要善于引导学生充分利用教材插图，挖掘其潜在的价值，这对培养学生的科学素质和提高教学质量有着重要的作用。在本文中，笔者将从以下三个维度浅谈教材插图在学科教学中的应用，以期优化科学课堂教学。
一、促成学生科学方法的形成
一些科学现象是看不见、摸不着的，不易直接观察，一般需要根据它们表现出来的现象来判断。这就需要对实验过程或现象做适当处理，最后以插图的形式呈现给学生，因此，教材插图隐含了很多科学方法，最常见的有转换法、等效替代法、放大法、控制变量法、类比法、模拟实验等。
【案例一】探究影响摩擦力大小的因素
如在浙教版七下科学第三章第四节探究摩擦力的影响因素实验中，活动的部分方案如下图。该实验要体现的科学方法有转换法和控制变量法。
所谓“转换法”，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。这个实验中摩擦力无法直接测量，要通过测量物体匀速直线运动时的拉力大小，根据二力平衡原理转换成测量摩擦力大小。
科学中对于多因素（多变量）问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每次只改变其中的一个因素，控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法是控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，被广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。在研究影响摩擦力的因素实验中，因变量是摩擦力，自变量有压力大小和接触面的粗糙程度。在研究摩擦力与压力的关系时，需控制接触面的粗糙程度相同；在研究摩擦力与接触面的粗糙程度的关系时，需控制压力大小相同。
基于学生对以上科学方法的理解，教师可以引导学生思考以下问题：1. 该实验中因变量是什么？自变量是什么？2. 你打算如何测出摩擦力？3. 要用弹簧秤测摩擦力，应保证物体做什么运动？4. 要研究接触面粗糙程度或压力大小对摩擦力的影响应分别选择哪两个图进行实验？
在理论分析清晰明了之后，让学生动手实验，验证自己的猜想。而在实际操作中学生又会碰到难题：如很难保证弹簧秤拉着物体做匀速直线运动，所以读数不稳定。再次引导学生思考：“教材设计的方案不一定是最优方案，同学们可以对这个实验做何改进，使弹簧秤的读数更加方便呢？”如果学生思维有障碍，教师可以提醒学生：“匀速直线运动是一种平衡状态，那么静止也是一种平衡状态，能否设计实验让另一个物体在木块下运动时，木块处于静止状态？”
引导学生设计（如右图）的实验方案并讨论其优点：不论下面的木板做匀速运动还是变速运动，木块始终静止，则弹簧测力计的读数等于摩擦力（静摩擦）大小。
其实这个探究课题中，有一个错误前概念会影响学生的认知，即接触面积的大小会影响摩擦力大小，因为经验告诉我们拖动一张小的毯子比拖动一张大的毯子容易。针对这个错误的认知，教师可以引导学生再次设计实验进行验证（如右图）。
教师在充分用好插图的基础上，引导学生改进实验和对实验的再设计，源于插图，高于插图。在这个层层递进的实验设计中，学生不仅掌握了科学研究的方法，更实现了思維上质的飞跃。
二、促成学生科学思维的拓展
科学思维，也叫科学逻辑，即形成并运用于科学认识活动、对感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系。它是真理在认识的过程中，对各种科学思维方法的有机整合，是人类实践活动的产物。心理学指出，不经思维而获得的知识是“假知”，不能转化为学生的智慧。浙教版的科学教材中编入的几百幅插图中，有实验原理和实验顺序图等，它们具有直观性、形象性、示意性等特征，不仅对于确保实验有条不紊地进行并获得良好的实验效果关系重大，而且对帮助学生学习、记录和复习有关实验内容和实验技能，尤其在培养学生优化设计能力，拓展科学思维等均有重要作用。
【案例二】测盐水的密度实验
如浙教版七上科学第四章第三节实验测量盐水的密度实验，基于对教材中的图表解读，很容易确认该实验的具体步骤为：先用量筒测量出盐水的体积，并记录为V，接着用事先调好的天平称出空烧杯的质量，记录为m1，然后将量筒中的水倒入烧杯中，再次借助天平称出烧杯和盐水的总质量，记为m2，两次的质量差即为量筒中水的质量，最后根据密度的公式计算出待测盐水的密度。
解读出教材中的显性素材后，有必要对教材的隐性素材进一步挖掘。众所周知，实验误差是实验测量值与真实值之差，不管人们主观愿望如何，也不管人们在测量过程中怎样精心细致地控制，误差总是要产生的，不会消除。而在本实验设计中，先撇开实际操作中产生的误差，仔细分析实验过程会发现：将量筒中的水倒入烧杯中时，量筒壁上一定会有残留盐水，这将直接导致测得的盐水质量偏小，进而使盐水的密度较真实值小。很明显，这个实验在过程的设计上是有缺陷的，那么教材还为什么如此安排？实际上，编者的安排是遵循学生的认知发展规律的，一方面注重关注学生的学习状态，学生在学习了测量密度的方法后，知道要完成对待测物体密度的测量就要借助一定的方法测出待测物体的体积和质量，而上述的实验步骤是学生很容易想到的方法，这样可以培养学生基本的实验技能和实验习惯。那么教师又该如何通过该实验来训练学生的思维能力呢？ 在学生演示这个实验的时候，教师要及时引导学生思考：1. 量筒中的盐水能全部且一滴不剩地倒入烧杯中吗？2. 如此操作会影响到盐水的体积还是质量的准确性？3. 根据测量的结果计算出的盐水密度会偏大还是偏小呢？4. 如何改进实验可以避免这种误差？学生肯定会提出：“那么我们先测质量，再测体积，就可以避免这种误差。”于是改进方案如右图所示。
教师进一步提问：难道这样就没有误差了吗？学生讨论发现，会有部分盐水残留在烧杯内壁，使测得的体积偏小，测得盐水的密度偏大。教师进一步引导学生思考：那么有没有一种方案可以避免这两种情况的误差，使测得的体积和质量都相对准确呢？
学生讨论改进，得到如右图方案：
这一方案的优点在于将一部分盐水倒入量筒中，测剩余盐水和烧杯的质量时，把沾在烧杯内壁的盐水的质量也秤进去了，所以前后两次质量差即倒入量筒中盐水的质量。同时避免了质量和体积测量的误差。这种对实验的误差分析和优化设计，培养了学生的质疑能力，也拓展了学生的科学思维。
三、促成学生创新能力的培养
观察和实验是学习科学的基本方法，是认识物质世界和获取知识的开端和途径，教师教育的目的不是让学生死读书，而是要引导学生把理论知识转化为解決实际问题的能力。教材为了让学习内容更简明扼要、方便易懂，常常会采用模拟实验、装置模型等来代替文字。如浙教版八上科学第一章第三节的浮力，对潜水艇的浮沉原理的学习就采用如下的插图策略。
【案例三】潜艇浮沉的模拟实验
教学时，首先让学生通过有目的的观察现象，尽可能动用视觉、触觉、听觉等多种感觉器官，积累个性化的“体验”与“感受”，获得丰富的感性认识，在引导学生观察潜水艇模型时，引导其根据自己的观察提出心中的疑惑，如：1. 玻璃球的顶部和底部为什么各有一个小孔？2. 为什么潜水艇模型用玻璃制作？3. 为什么向右推注射器后玻璃球会上浮？
接着通过实验，为学生的探索规律提供恰当的学习环境，让学生带着问题进行实验，实现从感性认识到理性认识的飞跃。有条件的话可以提供学生一些简易的材料，如空一个的矿泉水瓶、一根塑料管、胶水和一次性注射器，让学生自己动手设计并制作简易的潜水艇。最后，通过把模拟实验切换到真实潜水艇的结构和操作研究上，引导学生观察教材插图潜艇的结构：潜艇的两侧有水舱，中间有压缩空气的储罐，上端和下端各有两个孔，引导学生逐步自主建构潜水艇的沉浮原理。学生还需要把学到的知识运用到实际生活中，在学习完潜水艇的知识后，学生还需要去思考“浮筒打捞法”打捞沉船的原理是什么？浮筒材料和总体积大小的选择有何要求？当学生认真思考这些问题后，他们的创新思维能力得到了升华。
在教学过程中，需要教师不断去探寻其中蕴含的科学规律，插图教学在教学活动中占有非常重要的地位。教材插图中深层信息的挖掘，需要教师的积极引导。要注重方式和方法，教师可巧妙设问，把握住插图的真正含义，在层层提问中让学生学会分析和思考，充分激发他们的学习热情。教师多多关注学生批判性思维能力的培养，立足有效的学习载体，培养学生在尊重科学事实的前提下，敢于深入挖掘科学思维，不断提高自己的创新能力。
四、结束语
教材中大量的插图是学生最直接、最具体的视觉感观，插图的欣赏往往会令学生有身临其境的感觉，这不仅能帮助他们加强对问题的分析，更能促成学生较好领会科学的真谛。教师对插图的合理把握和有效引导无疑对学生的学习起到锦上添花的作用。以上教材插图使用有效性的对策只是教材插图开发中的冰山一角。教材的插图内涵丰富，为教师用教材教提供了广阔的空间，在对教材资源的深入挖掘过程中加深对知识的理解，调动学生学习的积极性，更重要的是让他们学会对问题进行深层次思索，真正实现教材插图使用的有效价值。
参考文献：
[1] 余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017.
[2] 刘 娟.初中化学教学中实施科学方法教育的研究[M].南京：南京大学出版社，2007.
（作者单位：浙江省嘉兴一中实验学校 314000）
关键词：学生发展；教材插图；科学方法；科学思维
中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2018）06-0003
在浙教版初中科学教材中，插图占有很大的比例，是教材内容的重要组成部分，也是教材的第二语言，具有简洁、生动和直观等特点，同时又具有很强的艺术性和可读性，能有效地传递知识信息，并将一些难以用语言和文字表达清楚的问题和现象淋漓尽致地表达出来，以插图类型作为依据，有结构图、过程图、实验操作图、原理图、解剖图等。教师在平时的教学过程中，要善于引导学生充分利用教材插图，挖掘其潜在的价值，这对培养学生的科学素质和提高教学质量有着重要的作用。在本文中，笔者将从以下三个维度浅谈教材插图在学科教学中的应用，以期优化科学课堂教学。
一、促成学生科学方法的形成
一些科学现象是看不见、摸不着的，不易直接观察，一般需要根据它们表现出来的现象来判断。这就需要对实验过程或现象做适当处理，最后以插图的形式呈现给学生，因此，教材插图隐含了很多科学方法，最常见的有转换法、等效替代法、放大法、控制变量法、类比法、模拟实验等。
【案例一】探究影响摩擦力大小的因素
如在浙教版七下科学第三章第四节探究摩擦力的影响因素实验中，活动的部分方案如下图。该实验要体现的科学方法有转换法和控制变量法。
所谓“转换法”，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。这个实验中摩擦力无法直接测量，要通过测量物体匀速直线运动时的拉力大小，根据二力平衡原理转换成测量摩擦力大小。
科学中对于多因素（多变量）问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每次只改变其中的一个因素，控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法是控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，被广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。在研究影响摩擦力的因素实验中，因变量是摩擦力，自变量有压力大小和接触面的粗糙程度。在研究摩擦力与压力的关系时，需控制接触面的粗糙程度相同；在研究摩擦力与接触面的粗糙程度的关系时，需控制压力大小相同。
基于学生对以上科学方法的理解，教师可以引导学生思考以下问题：1. 该实验中因变量是什么？自变量是什么？2. 你打算如何测出摩擦力？3. 要用弹簧秤测摩擦力，应保证物体做什么运动？4. 要研究接触面粗糙程度或压力大小对摩擦力的影响应分别选择哪两个图进行实验？
在理论分析清晰明了之后，让学生动手实验，验证自己的猜想。而在实际操作中学生又会碰到难题：如很难保证弹簧秤拉着物体做匀速直线运动，所以读数不稳定。再次引导学生思考：“教材设计的方案不一定是最优方案，同学们可以对这个实验做何改进，使弹簧秤的读数更加方便呢？”如果学生思维有障碍，教师可以提醒学生：“匀速直线运动是一种平衡状态，那么静止也是一种平衡状态，能否设计实验让另一个物体在木块下运动时，木块处于静止状态？”
引导学生设计（如右图）的实验方案并讨论其优点：不论下面的木板做匀速运动还是变速运动，木块始终静止，则弹簧测力计的读数等于摩擦力（静摩擦）大小。
其实这个探究课题中，有一个错误前概念会影响学生的认知，即接触面积的大小会影响摩擦力大小，因为经验告诉我们拖动一张小的毯子比拖动一张大的毯子容易。针对这个错误的认知，教师可以引导学生再次设计实验进行验证（如右图）。
教师在充分用好插图的基础上，引导学生改进实验和对实验的再设计，源于插图，高于插图。在这个层层递进的实验设计中，学生不仅掌握了科学研究的方法，更实现了思維上质的飞跃。
二、促成学生科学思维的拓展
科学思维，也叫科学逻辑，即形成并运用于科学认识活动、对感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系。它是真理在认识的过程中，对各种科学思维方法的有机整合，是人类实践活动的产物。心理学指出，不经思维而获得的知识是“假知”，不能转化为学生的智慧。浙教版的科学教材中编入的几百幅插图中，有实验原理和实验顺序图等，它们具有直观性、形象性、示意性等特征，不仅对于确保实验有条不紊地进行并获得良好的实验效果关系重大，而且对帮助学生学习、记录和复习有关实验内容和实验技能，尤其在培养学生优化设计能力，拓展科学思维等均有重要作用。
【案例二】测盐水的密度实验
如浙教版七上科学第四章第三节实验测量盐水的密度实验，基于对教材中的图表解读，很容易确认该实验的具体步骤为：先用量筒测量出盐水的体积，并记录为V，接着用事先调好的天平称出空烧杯的质量，记录为m1，然后将量筒中的水倒入烧杯中，再次借助天平称出烧杯和盐水的总质量，记为m2，两次的质量差即为量筒中水的质量，最后根据密度的公式计算出待测盐水的密度。
解读出教材中的显性素材后，有必要对教材的隐性素材进一步挖掘。众所周知，实验误差是实验测量值与真实值之差，不管人们主观愿望如何，也不管人们在测量过程中怎样精心细致地控制，误差总是要产生的，不会消除。而在本实验设计中，先撇开实际操作中产生的误差，仔细分析实验过程会发现：将量筒中的水倒入烧杯中时，量筒壁上一定会有残留盐水，这将直接导致测得的盐水质量偏小，进而使盐水的密度较真实值小。很明显，这个实验在过程的设计上是有缺陷的，那么教材还为什么如此安排？实际上，编者的安排是遵循学生的认知发展规律的，一方面注重关注学生的学习状态，学生在学习了测量密度的方法后，知道要完成对待测物体密度的测量就要借助一定的方法测出待测物体的体积和质量，而上述的实验步骤是学生很容易想到的方法，这样可以培养学生基本的实验技能和实验习惯。那么教师又该如何通过该实验来训练学生的思维能力呢？ 在学生演示这个实验的时候，教师要及时引导学生思考：1. 量筒中的盐水能全部且一滴不剩地倒入烧杯中吗？2. 如此操作会影响到盐水的体积还是质量的准确性？3. 根据测量的结果计算出的盐水密度会偏大还是偏小呢？4. 如何改进实验可以避免这种误差？学生肯定会提出：“那么我们先测质量，再测体积，就可以避免这种误差。”于是改进方案如右图所示。
教师进一步提问：难道这样就没有误差了吗？学生讨论发现，会有部分盐水残留在烧杯内壁，使测得的体积偏小，测得盐水的密度偏大。教师进一步引导学生思考：那么有没有一种方案可以避免这两种情况的误差，使测得的体积和质量都相对准确呢？
学生讨论改进，得到如右图方案：
这一方案的优点在于将一部分盐水倒入量筒中，测剩余盐水和烧杯的质量时，把沾在烧杯内壁的盐水的质量也秤进去了，所以前后两次质量差即倒入量筒中盐水的质量。同时避免了质量和体积测量的误差。这种对实验的误差分析和优化设计，培养了学生的质疑能力，也拓展了学生的科学思维。
三、促成学生创新能力的培养
观察和实验是学习科学的基本方法，是认识物质世界和获取知识的开端和途径，教师教育的目的不是让学生死读书，而是要引导学生把理论知识转化为解決实际问题的能力。教材为了让学习内容更简明扼要、方便易懂，常常会采用模拟实验、装置模型等来代替文字。如浙教版八上科学第一章第三节的浮力，对潜水艇的浮沉原理的学习就采用如下的插图策略。
【案例三】潜艇浮沉的模拟实验
教学时，首先让学生通过有目的的观察现象，尽可能动用视觉、触觉、听觉等多种感觉器官，积累个性化的“体验”与“感受”，获得丰富的感性认识，在引导学生观察潜水艇模型时，引导其根据自己的观察提出心中的疑惑，如：1. 玻璃球的顶部和底部为什么各有一个小孔？2. 为什么潜水艇模型用玻璃制作？3. 为什么向右推注射器后玻璃球会上浮？
接着通过实验，为学生的探索规律提供恰当的学习环境，让学生带着问题进行实验，实现从感性认识到理性认识的飞跃。有条件的话可以提供学生一些简易的材料，如空一个的矿泉水瓶、一根塑料管、胶水和一次性注射器，让学生自己动手设计并制作简易的潜水艇。最后，通过把模拟实验切换到真实潜水艇的结构和操作研究上，引导学生观察教材插图潜艇的结构：潜艇的两侧有水舱，中间有压缩空气的储罐，上端和下端各有两个孔，引导学生逐步自主建构潜水艇的沉浮原理。学生还需要把学到的知识运用到实际生活中，在学习完潜水艇的知识后，学生还需要去思考“浮筒打捞法”打捞沉船的原理是什么？浮筒材料和总体积大小的选择有何要求？当学生认真思考这些问题后，他们的创新思维能力得到了升华。
在教学过程中，需要教师不断去探寻其中蕴含的科学规律，插图教学在教学活动中占有非常重要的地位。教材插图中深层信息的挖掘，需要教师的积极引导。要注重方式和方法，教师可巧妙设问，把握住插图的真正含义，在层层提问中让学生学会分析和思考，充分激发他们的学习热情。教师多多关注学生批判性思维能力的培养，立足有效的学习载体，培养学生在尊重科学事实的前提下，敢于深入挖掘科学思维，不断提高自己的创新能力。
四、结束语
教材中大量的插图是学生最直接、最具体的视觉感观，插图的欣赏往往会令学生有身临其境的感觉，这不仅能帮助他们加强对问题的分析，更能促成学生较好领会科学的真谛。教师对插图的合理把握和有效引导无疑对学生的学习起到锦上添花的作用。以上教材插图使用有效性的对策只是教材插图开发中的冰山一角。教材的插图内涵丰富，为教师用教材教提供了广阔的空间，在对教材资源的深入挖掘过程中加深对知识的理解，调动学生学习的积极性，更重要的是让他们学会对问题进行深层次思索，真正实现教材插图使用的有效价值。
参考文献：
[1] 余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017.
[2] 刘 娟.初中化学教学中实施科学方法教育的研究[M].南京：南京大学出版社，2007.
（作者单位：浙江省嘉兴一中实验学校 314000）