基于双重编码的人教版高中化学必修教科书插图比较研究*

唐劲军 张慧敏 张春婷

（广西师范大学化学与药学学院，广西桂林，541004）

插图是教科书助读系统的重要成分，具有辅助文字表达、美化教科书、激发学生学习兴趣等作用。《义务教育化学课程标准（2022年版）》在教材编写建议部分指出化学教材要采用生动多样的呈现方式，“合理利用教材正文、活动性栏目、资料性栏目、图表等多种呈现方式，在学习内容和学习方法上给予学生指导和提示，促进学生积极、主动地学习”[1]，这体现了插图在教材中的重要地位。人教版高中化学必修教材中的插图是此次改版的重要内容之一，分析教科书插图设置上的变化，有助于加深对教材的理解，为插图的教学应用提供参考。因此，本文基于认知心理学的双重编码理论，从插图构成的角度，利用双重编码法开展对新、旧人教版必修化学教材插图设置的研究，为帮助教师理解新教材，落实“素养为本”的新课程教学提供参考。

一、插图的功能及类型

插图是教材内容最直观的部分，内容丰富且表现形式多样，当前各科教科书都采用了图文结合的内容编制方式，丰富了知识的呈现方式，给师生带来了更多美的视觉享受[2]。文字描述的模糊性易使学生产生迷思概念，通过配置插图可将文字信息直观化，使文字表述更加清晰，帮助学生准确理解。正如邵洵美指出的“图画能走到文字所走不到的地方；或是文字所没有走到的地方”[3]。目前学者普遍认为教科书插图具有装饰、解释、促进和影响4种功能[4]。关于教科书插图的分类，研究角度不同，其分类方法不同。有研究者根据插图的图画形式将其分为肖像图、漫画图、实物图、示意图等[5]；也有研究者根据插图的内容将插图分为：实验装置类插图、实验现象类插图、实物图、操作示意图、数据图、原理图、科学生活类插图、结构图[6]。本文在已有研究的基础上，从插图的构成角度进行研究。

二、研究对象

教科书插图分为带编号的插图和不带编号的插图，前者通常位于正文部分，用于辅助文字；后者则常位于章首或课后习题部分，用于启发引导学习或作为习题的一部分。带编号的插图主要由编号、图名、图片和图注构成，编号表示插图在各章节的呈现顺序；图名是对图片内容的简要概述；图片是插图的主体，是插图最直观的部分；图注指对图片所呈现事物的某部分作解释说明的文字，一般是汉字、数字或化学符号。带编号的插图属于教材的正文内容，结构完整，数量较多，与教学内容联系紧密，蕴涵着丰富的教育功能。本文选取人民教育出版社2019年版的《普通高中教科书·化学（必修）》（以下简称新教材）和2007年版的《普通高中课程标准实验教科书·化学（必修）》（以下简称旧教材）中所有带编号的插图为研究对象。

三、理论基础及研究方法

1.双重编码理论

加拿大心理学家阿伦·佩维奥认为语言和非语言在信息加工过程具有同样重要的作用，并在认知理论的基础上提出了双重编码理论（Dual-Coding Theory）。该理论认为人脑中含有两个认知子系统，即以言语为代码的语言表征系统和以表象为代码的非语言表征系统。言语系统处理的是语言文字信息，而表象系统处理的是非语言文字信息（视觉信息）。这两个系统相互独立又相互联系，输入到其中一个系统的信息，也可以被另外一个系统所储存并表现，具体过程如图1。该理论的核心观点是同时以言语和视觉两种形式呈现信息能够增强学习记忆。当学习者同时用言语和表象两种认知系统表征相同材料时，大脑会在信息编码的过程中建立言语表征和视觉表征的连接，从而增进信息理解的准确性，延长信息保持时间[7-8]。因此，同时以视觉形式和言语形式呈现信息能够增强记忆，促进理解，降低单一信息处理通道的认知负荷，加速思维过程。

图1 视觉与文字学习的双重编码理论

教科书插图主要由文字和图片两部分构成，分别呈现了言语信息和视觉信息，两种信息的组合能促进学生对知识的理解和记忆。以双重编码理论为基础，分析化学教科书插图蕴涵的言语信息和视觉信息，可以全面理解教材中插图的内容和功能，为教学运用提供参考。

2.研究方法

对教材插图的构成的编码工作由2名研究者独立完成，具体编码方法见表1。W表示插图的文字系统，文字系统是对图片中事物的属性或特征的描述，可分为定性描述和定量描述，分别用代码W1、W2表示。定性描述不包含量化说明的描述方式，往往能体现出事物的宏观特征。例如，新教材中的图2-1“钠常常保存在石蜡油或煤油中”，其文字部分没有量化表征，仅从定性的角度对钠的保存条件作了说明。定量描述包含具体的数量关系，是以数字说明为主的描述方式，能使事物特征描述更加精确、客观。如新教材中的图2-19“1mol物质的质量及所含粒子数”，其文字部分运用具体数字对物质及其分子做了定量描述。P表示插图的图像系统，是插图文字系统的描述对象。本文参考宋振韶等人的研究，将插图的图像系统分为实景图和示意图两大类[8]，分别用P1、P2表示。实景图为实物的照片，如新教材的图2-19，图片呈现装有水的烧杯和铝片，是实物的照片。示意图是由线条绘制而成的真实事物的轮廓或抽象事物的模型，如新教材中的图2-22，它用正方体的体积来表示标准状况下的气体摩尔体积，正方体由线条构成，并非实物照片，属于示意图。人物肖像图是反映真实人物特征的简笔画，并非真人的照片，归于示意图。

表1 教科书插图构成的编码系统

由表1可知教科书插图的编码代码有W1、W2、P1、P2，这 4种代码的组合方式共有 9种：W1P1、W1P2、W2P1、W2P2、W1W2P1、W1W2P2、W1P1P2、W2P1P2、W1W2P1P2。利用插图构成编码系统对新、旧人教版教材中所有带编号的插图进行编码统计，编码示例见表2。

表2 新版教科书插图编码分析示例

续表2

四、数据统计及一致性检验

用Cohen’s kappa系数对2名研究者的统计结果作一致性检验，在SPSS 22.0中输入数据进行计算，结果见表3。由表3可以看出，2名研究者对新、旧教材中插图的编码统计结果的kappa系数值均在0.9以上，表明统计结果一致性程度显著。出现的少数编码不一致之处，由另2名专家讨论，达成共识后得到最终统计结果，见表4。

表3 2名研究者的一致性检验结果统计

表4 两版教科书中各组合类型插图的数量统计

五、教材插图的比较分析

1.插图的数量及编码组合类型分析

分别对新、旧教材中的插图进行数量统计，新教材插图总数为184幅，旧教材总数为159幅，新、旧教材插图的构成类型分别为8种、7种。新教材插图的总数量和构成类型数量均多于旧教材，说明新教材设置了更多的插图，且在插图的构成上有较大改进，为学生的学习理解及落实素养为本的教学提供了丰富的素材，较好地体现了新课程理念。

对比新、旧教材中各编码组合类型插图的数量比例可以了解两版教材的插图设置取向，各编码组合类型插图的比例如图2所示。可以看出，新教材增加了W1P1型、W2P2型、W1W2P1型插图的比重，其中W2P2型是新增的一种插图构成类型，表明新教材插图的设置更加注重简洁、生动，符合学生的认知特点。如新教材中图8-2为新增的W2P2型插图，该图运用较多数字描述了生产1Kg铝所消耗的各物质的质量，并通过示意图简洁明了地呈现了生产1Kg铝的物质消耗及工业流程，有助于学生全面、深刻地理解铝的生产。新教材中W1P2型插图的比例低于旧教材，但在数量上却略高于旧教材，两版教材中其他编码组合类型插图的数量及所占比例无明显差异。

图2 新旧人教版化学必修教材中各编码组合类型插图的数量所占比例

2.插图的文字系统分析

为了分析两版教材插图文字系统的特点，本文对两版教材插图的文字系统内容进行具体分析，以《硫及其化合物》课题中的插图为例，具体分析见表5。相比旧教材，新教材插图的文字描述更加完整，更能精准对应图像，且描述言简意赅，具有时代性。

表5 教材插图文字系统分析实例

对两版教科书中含有P1和P2的插图数量进行统计，具体如表6所示。由统计结果可知，新教材中含实景图的插图明显多于旧教材。实景图来源于人们的日常生活，能够体现化学与现代社会、技术、科学和环境的密切联系，帮助学生体会化学知识的应用价值，提高学生运用化学知识解决现实问题的能力。有利于培养学生的科学态度与社会责任，体现了新教材的时代性特点。新、旧教材中含有示意图的插图数量基本一致，都能满足教材知识内容编排的需要，但新教材的示意图数量占比略小于旧教材，这可能由新教材插图的总量增加所致。示意图是帮助学生理解抽象知识的工具，能够促进学生理解概念、原理，体现了宏微结合的学科思想。

表6 两版教科书中含有P1和P2的插图数量统计

3.插图的图像系统分析

将新、旧教材插图图像系统进行对比，示例见图3，发现新教材图像系统的设置更加清晰美观，内容更加鲜明。因而，新教材的插图能提供更加直观清晰的视觉信息，有利于学生阅读，提高学习兴趣。

图3 新旧教材插图的图像系统对比

六、研究结论及教学建议

人教版高中化学必修新教材插图的总数量及构成类型数均多于旧教材，为教学提供了丰富的素材。从插图的编码组合类型看，新教材的W1P1型、W1P2型插图的数量均多于旧教材，这更有利于创设真实的教学情境，帮助学生理解抽象的概念与原理；新教材新增的W1W2P1型插图有利于学生从定性、定量角度全面理解学科知识。在插图文字系统方面，新教材增大了定量描述的插图比例，有利于培养学生的定量思维；新教材插图的文字描述更加完整，更能精准对应图像系统，且描述更加言简意赅，具有时代性。在图像系统方面，新教材选用了更多数量的实景图，更能体现化学与日常生活的密切联系，有利于培养学生科学态度与社会责任；新教材略增加了示意图数量，示意图简洁、直观，能凸显物质的关键特征和物质转化的关系，建立微观到宏观层面的概念理解，有利于培养学生宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想等学科核心素养；新教材插图的图像系统更加清晰美观，色调更鲜明、内容更整洁，具有美感，有利于学生感受化学的学科美。

目前，多数教师对插图的运用限于其解释功能，注重利用插图帮助学生理解文本知识，忽视了插图蕴涵的观念、情感等隐性价值的挖掘。为了能充分利用插图落实“素养为本”的课堂教学，本文提出以下建议：首先，利用插图联系生产生活，凸显化学学科价值。新教材中有大量的实景图，利用这些插图介绍化学与科技、生活、环境之间的紧密联系，可以帮助学生加深对化学学科本质的认识，使其理解化学学科价值。在教学中将插图作为学习材料，组织学生开展课前阅读、课中讨论、课后总结等学习活动，使插图内容服务于学生的学习、实践，促进学生学习化学知识的同时，形成正确的价值观念。其次，利用插图的双重信息，提高信息加工能力。插图蕴涵丰富的信息，教师可在教学中指导学生观察、分析插图的图像系统和文字系统，通过插图的双重信息分析，训练学生的信息提取与加工能力。教师也可以利用插图的文字内容促进学生从定性和定量角度理解物质的结构与性质，提高学生的信息加工能力和语言表达能力，利用图像系统培养学生的宏观辨识能力和图像表征能力。再次，利用插图的示意功能，发展模型认知能力。新教材增加了示意图的比重，较多是关于物质微观结构或反应原理的插图。教师可以利用物质结构与反应的微观示意图帮助学生对物质构成、反应原理内容进行建模学习，帮助学生认识物质的微观结构，理解反应的微观过程，训练学生的逻辑思维，促进学生模型认知能力的发展。最后，挖掘插图的美育功能，发展学生的审美能力。插图是教材形象性和艺术性的集中体现，是培养学生审美能力的重要载体。教师可以在教学中指导学生欣赏理解课本中的实景图、实验图、示意图，使其感受插图的艺术美和科学美。例如，利用线条绘制而成的各种整洁美观的示意图，让学生感受化学学科中的对称美、简洁美；引导学生观察实验装置图、实验现象图，使其感受化学实验中精致、巧妙的科学魅力。

图文结合是最好的学习方式，新教材设置了较多插图，且在插图构成的设置上做了优化，是实施“素养为本”课堂教学的重要工具，也是学生自主学习的重要材料。教师可以借助插图的文字与图画信息的双重编码，把握学生的视觉听觉规律，围绕化学学科核心素养，利用教科书中的插图设计教学活动，将化学学科知识与科研、生产和生活紧密联系起来，引导学生思考、探究，促进学生高效学习。此外，定量描述的文字有利于培养学生严谨的科学思维和科学态度，新、旧教材中定量描述文字的插图偏少，未来编写教科书时可以增设此类插图，为培养学生的定量思维提供丰富的教学素材。