“激励”方式教插图 “三教”设计育素养

摘 要：教科书插图既是对文字内容的补充，也是更具有形象性、直观性和生动性的一种图画语言。如何利用这些静态的插图引导学生、激励学生，更好地运用插图帮助学生学习，具有更重要的研究意义。根据人教版必修教科书部分插图的类型，运用情境认知理论，对插图运用“激励”方式创设教学互动情境，应用“三教”理念设计教学过程，以达到培养学生核心素养的目标。

关键词：教科书插图；“激励”方式；“三教”理念；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）9-0021-7

１ 问题提出与理论依据

《普通高中物理课程标准（2017年版２０２０年修订）》指出：“恰当的图表有助于学生理解课文内容，增加学习兴趣……”［１］，再次强调了“插图教学”的重要性。教科书的插图与文字一样，是储存和传递教育信息、影响学习者的学习兴趣、学习方式和学习效果的一种内容呈现系统，它既是对文字的补充，也是比文字更具形象性、直观性和生动性的一种图画语言［2］。如教科书中有能引起学习者注意力和兴趣的生活照片；有能激发学生探究精神的人物图；有比文字更能改善学习者记忆的仪器示意图；有能帮助学习者增加理解的原理模型图；有能帮助学习者进行信息传递的实验装置图等。

如何利用这些静态的插图引导学生、激励学生，让学生在动手动脑中学会知识，提升核心素养？教师应为学习者创设什么样的教学环境？情境认知理论认为：教学的主要任务是创设情境学习环境，利用该环境促使学生主动进行意义建构，有助于师生间发挥互动的持续的激励作用。通过激励使学习者获得的信息内化，使他们的元认知技能得到发展。在情境学习环境中，教师可以通过以下几种形式创设激励互动：模拟、脚手架、指导、辅导、建议、合作性、折叠以及利用认知工具和资源等［3］。

如何更好地运用插图帮助学生学习？如何提供恰当的支持，帮助他们快速有效地进入最近发展区，获得潜在的发展水平？使插图成为可作为“工具”的知识，让学生借助插图进行思考和体验，对知识进行表征。“三教”理论是吕传汉教授多年的基础教育研究经验，是在对关于情境与问题相关教学模式研究的基础上，提出的希望通过让学生学会思考、获得体验、学会表达来培养学生核心素养的系统理论，关于此理论融入物理教学的可行性及在物理教学中的设计案例已有研究进行阐述［4］。基于此，本文根据人教版必修教科书部分插图的特点，运用“激励”方式创设教学互动情境，应用“三教”理念设计教与学过程，让学生全身心积极参与到课堂教学中去，帮助学生建构知识、培养能力，以达到培养核心素养的目标。

２ “模拟”激励，运用图形、图像帮助学生数理结合分析形成物理观念

“模拟”指学徒对师傅的任务先观察后模仿。“模拟”发生在任务进行中，并以重要方式吸引学生参与，学生需要理解“怎样做”，知道为什么这样做时“模拟”效果最好。

物理学中有些概念和原理需要借助图像来分析和说明，用图形、图像表示物理概念和规律，形象直观。如何运用数学知识建构物理观念，对今后的物理学习是非常重要的。对于刚进入高中的学生，教学中要加强对学生识图、用图的指导，引导他们运用图像表示和分析处理物理问题，从对图像的分析中形成正确的物理观念。

必修一的第一章第２节是学生进入高中后第一次接触到的与数学有关的图形、图像，第１次遇到用数学中的数轴、图像知识描述机械运动。对于刚进入高中的学生来说，掌握分析处理的方法至关重要。如何结合数学知识进行分析？如何设计便于学生模拟和掌握的读图、析图、制图的方法？例如，图１（教科书图１．２－１［５］）可帮助学生分析、掌握、形成关于时刻和时间间隔的观念。关于时刻和时间，生活中笼统地称它们为时间，教学中如何让学生正确区别这两个概念，“三教”设计如下：

教思考：如何结合数学知识用图思考？设计以下问题引发学生思考：①这是一个带箭头的有刻度的线段，与这个类似的图大家在初中数学见过，叫什么呢？这里它是用来研究什么的？所以，我们给它取名叫什么？因此，这里线段上的数字表示的物理涵义是什么呢？②这个时刻和时间轴上的每个点代表的物理量是什么？时间在图上是如何表示的？这里的时间概念与你平常说的时间是否是一回事？轴上的最小间隔单位是什么？它表示的物理意义是什么？

教表述：如何读出图中的信息？设计以下问题让学生回答：这幅图描述的生活实际是什么？你可以从图中知道哪些信息？关于时刻和时间间隔图，你可以从中获取哪些物理相关知识？图中可以表示出哪些内容？

教体验：如何制图？通过布置具体任务让学生亲自设计，体验与生活实际的联系：请大家再画一个与你生活有关的时刻和时间轴，并在轴上标出第３ ｓ末、第４ ｓ初、第５ ｓ内、第二个４ ｓ、４ ｓ到７ ｓ的中间时刻，并利用所画的时间轴，举例说明生活中的具体事例。如用时间轴可以大致表示同学们工作日一天的作息时间等。

根据模拟激励理论：以上设计需要学生理解“怎样处理”和知道为什么这样处理，再让学生进行以下模拟。位置与位移概念及其矢量性又是本节教学的一个难点，为了让学生能模仿图１的处理方法突破这一难点，利用图２（教科书图１．２－２和图１．２－５［５］）“模拟”上述运用数轴这一数学工具分析物理问题的方法，帮助学生掌握位置轴上位置、位移的表示方法，建立起位移和矢量的概念，区别初中学过的路程，对时空之间的瞬时和过程间的对应关系有初步的认识。让学生模仿上述方法进行相关研究学习。

联系数学的图形、图像知识表示物理量，分析其包含的物理意义，描绘物理过程和规律等，是学好物理必须掌握的重要“工具”，也是建构物理知识的重要方法之一。这些数学“工具”的运用，有助于学生加强不同学科知识间的联系，培养学生跨学科分析问题的能力，帮助学生形成正确的物理观念。

３ “脚手架”激励，运用生活实例模型图培养学生分析解决实际问题

“脚手架”是应用在学生的认知结构不完整或不稳固时的教学需要。脚手架支撑学生度过“最近发展区”，促进学生由已知知识向正在完成的任务迁移。创造学生的认知水平与教学特征之间的“匹配”条件，来弥合任务的要求与学生技能水平之间的裂缝。脚手架的形式很多，“问题”是最主要的形式之一。“问题脚手架”是教师通过分析学情，分析学生学习过程中可能会遇到的困难，根据情境设计恰当的问题启发学生进行思考，有针对性地帮助学生在问题解决中迁移和运用知识，解决困难。

新课标强调培养学生在真实情境中运用知识解决问题的能力，必修二第六章第４节的内容是圆周运动在生活中的应用，学生通过第一个实例“火车转弯”的分析、理解，初步掌握了运用圆周运动模型分析生活实例的方法。为了加强和稳固学生的这一现有水平，帮助他们掌握运用这一方法，对图３（教科书图６．４－４和图６．４－５［６］）汽车过拱形桥和凹形路面的模型图，采用提供“问题脚手架”的激励策略，让学生把运用圆周运动模型解决生活实例的方法迁移运用到新的情境中，顺利进入学生的最近发展区。通过对问题的解决，加深学生对圆周运动模型在生活中运用方法的掌握，培养学生的迁移创新能力。“三教”设计如下：

教思考：设计关于汽车过拱形桥桥顶时的问题串，运用问题串进行思考，如图4所示。

教表述：同样的车速，拱形桥圆弧的半径大小如何影响桥的安全？汽车过拱形桥的车速如何影响桥的安全？整理思路，进行回答。

教体验：运用到其他生活实例中，对过凹形路面的汽车运用同样的方法进行研究。

４ “指导”激励，引导学生用原理图建构物理规律

“指导”应用在教学中，主要指对学习者理解方面的活动和情境知识进行解释，并提出有关怎样、何时和为什么进行的附加指示。包括引导学习者的注意，提醒遗漏的步骤，提供暗示与反馈，对做事方式进行质疑与建构，并提出附加任务、问题与问题情境。指导者要能识别出学生思维中的错误、误解或不完善的推理，指出后帮助其进行修正。

教科书中有些人工绘制的原理图，是为了帮助学生清晰建构物理模型及其相关物理规律或为了准确理解相关知识而绘。对于基于大量数据而建立起来的开普勒三定律，需要的数学知识较深。教科书为了帮助学生正确理解这一定律，绘制了三幅原理图。如何利用这些图帮助学生正确理解开普勒三定律，形成正确的“行星运动模型”？“三教”设计如下：

教思考：对于行星的运动，该如何建立？你认为应该从哪些方面来确立行星是如何运动的？如何画图来分析行星运动的轨道、运行时间、运动类型等？

教表述：指导学生一边作图，一边说明涵义，培养学生的表述能力。请学生按照图５（教科书图７．１－１［６］）的方法在纸上画出椭圆，指出太阳及行星位置，对照图说明“轨道定律”的涵义；在此图上说明“面积定律”中面积相等的涵义，指出离太阳远近不同时速度不同的原因。

教体验：对照图６（教科书图７．１－３的左图［６］），让学生量出图中行星（从里到外依次是水星、金星、地球、火星、木星）轨道的半长轴和半短轴后，按图下的比例（图中长度表示实际距离为109 km）换算成实际长度，说明其轨道是椭圆，并要求以地球为例算出其轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值，以此解释开普勒第三定律中Ｋ的意义。进一步引导学生发现问题：行星的运行轨道虽是椭圆，但这里为什么看上去非常接近圆，后面的学习中能否按匀速圆周运动处理？通过计算分析比较说明。

在教师的指导下，学生通过以上步骤分析作图，获取对行星运动模型的理解和开普勒三定律的掌握，提高学生运用原理图进行模型建构的能力。

５   “合作”激励，运用实验模型图、过程分析图等创设培养学生合作学习的主题

合作性是情境学习环境中重要的激励方式之一，小组相互作用是学习的基本要素。在小组之间，社会性的相互作用和会话是以专门引发与修正有关个人信念的方式发生的。由于合作是人们在日常相互作用时常有的，个人总是试图通过利用社会提供的图式和情境线索去解决问题。所以，培养学生合作学习有非常重要的现实意义。

合作学习中，学生能共同体验对学习的责任，彼此间能对各种经验的意义进行澄清、精制、描述、比较、处理并达到一致。学生能在某问题范围内成为专家，并参与相互教学。成员间可轮流做学习的领导者、学习的听众，或提供批评，或担任激励讨论的领导人，能对内容作出解释，并协助去除误解等。

利用多幅图创设合作学习主题：例如，必修第二册第六章第３节中关于向心加速度公式的推导，在学习向心力之后可运用三种方案进行：运用向心力表达式进行推导，如图7（教科书图６．３－１［６］），培养学生运用公式进行推理论证的能力；利用向心力演示器及传感器通过实验的方法验证，如图8（教科书图６．２－４［６］），首先利用相关知识对向心加速度公式进行猜想，再运用实验方法验证，此方法可培养学生实验设计与探究的能力；如图9（教科书图６．３－４［６］），运用加速度的定义进行推导，可培养学生运用微元法处理物理问题的能力。这三种方法对于培养学生的核心素养都非常有用。“三教”设计如下：

教体验：创设让学生体验成为专家的学习方式。让班级所有学生自主选择其中自己擅长的方式进行研究，把选择相同方法的学生分成一组，每组５～８人，分成３～６组。各组学生分工协作，分别进行研究。研究中会的学生教不会的学生，在相互学习、讨论和交流中，既学会了知识，又培养了思维，再推选一人汇报讲解。

教表述：让学生对各自的研究方法进行集中讨论、讲解；一组汇报时，其他组可进行补充、完善。

教思考：教师通过学生对各种方法的汇报讲解，对学生没有理解的问题，先让学生组内交流研讨，再在分组探讨的基础上让其他学生补充讲解。最后，教师对三种方法进行分析比较，对学生的表现进行评价，说明利用每种方法的原则。教师先评价用力和运动理论从向心力公式推出向心加速度的逻辑思维，是牛顿运动定律的直接运用；再对用实验法进行验证并记下的实验相关数据进行分析，强调实验在物理学中的重要性；然后对照画图讲解运用微元法推导向心加速度的方法，强调物理思想和方法应用的重要性。从对三种方法的分析比较中，加强学生对相关知识间联系的理解，理解不同方法中包含的不同的物理思想，使思想和方法在运用中得到内化，使分析比较、推理论证的能力在不断的研讨中得以提升，更好地培养了学生交流合作的能力。

６ “建议与辅导”激励，运用实验图、理论模型图等辅导学生运用物理思想和方法自主学习

“建议与辅导”有助于学生最大限度地利用他们自己拥有的认知资源，学习者必须有机会去体验他们自己的决策过程和解决问题的策略。对于这点，给学生提供暗示性的建议与辅导，要胜于明确的建议与辅导；非指导性的建议与辅导要胜于指导性的建议与辅导。

对于电磁学，电场线、磁感线是物理学中用于研究的理论模型，掌握好这些模型图是学好电磁学的关键。学生掌握困难的原因之一是各种磁场周围的磁感线分布图线相似，且表示方法多，各种图示不易掌握；另一原因是该部分相似定律较多，各定律如何运用，各定律间有哪些本质区别，是学生难掌握、易混淆的地方。教科书必修第三册中有大量关于这方面的插图，有很多实验装置立体图、平面分析示意图等，如何利用这些插图帮助学生解决这些问题？帮助学生分析物理过程是学好该部分的关键。建议对各种磁感线图运用转化、化归思想处理，转化、化归思想能揭示知识的内在联系，是处理物理问题指导性的思路和方法。“三教”设计如下：

教思考：如图１０（教科书图１３．１－６、图１３．１－８、图１３．１－９［７］），这三幅图的磁感线有联系吗？如图１１（教科书图１３．１－７、图１３．１－１０、图１３．１－１４［７］），如何由直线电流的安培定则推导出环形电流的安培定则？分别应用这两种方法判断图中小磁针的转动方向，比较图１２中（教科书图１３．１－５、图１３．１－８［７］）“螺线管”的外部磁场与条形磁体磁场的关系。

教表述：对不同的图进行描述，说出各图间磁感线空间分布的联系，指出不同视角下图的磁感线分布情况，总结各种磁铁和导线的磁感线分布特点。

通过比较“通电直导线”和“环形电流”周围磁感线的空间分布，把环形电流看成由许多小段的直线电流组成，渗透“微元”和“累积”的思想方法；再比较“环形电流”和“通电螺线管”的磁场，把通电螺线管看成多个环形电流串联组成，实现从通电直导线磁场到环形电流磁场，再到通电螺线管磁场的转化。加深学生对磁感线是封闭曲线这一特点的认识，加强磁场知识间的联系，帮助学生形成正确的磁场观。同时，也让学生体会由直到曲、由熟悉到陌生的思想方法的运用。

教体验：对于电磁部分，教科书插图多为立体插图，如何从各个角度识图、画图？如何化立体图为平面图？如何运用平面图分析问题？建议利用插图进行立体图、平面图相互转化的练习。将图１０中的各立体图画出相应的平面图（包括侧视图、俯视图和正视图等）；将图１３中（教科书问题栏目图及图１３．３－２［７］）的这两幅图进行转化，并用该立体图画出不同视角下的平面图，并说出对应的物理情境。

７   “认知工具”激励，将探索学习模型图制成分析“图表”，培养学生自主探究形成物理观念

认知工具的设计应能允许并鼓励学习者形成自已的思维与观念。情境学习环境提供各种认知工具与资源，支持以学生为中心的学习。认知工具通常有多种形式，如图表、模仿物和通信工具等。认知工具能为学生开发自己的认知潜能、优化自己的学习能力提供广博的机会。

如果将知识图表化，可以帮助学生更加直观地分析建构知识，图表包括各种图式和表格。物理教科书中有些插图间有一定的关系，如果将这些插图放在一起制成表格，设计情境问题，利用对比、比较，推理论证，加深学生对知识的理解，帮助学生在高阶思维下建构知识，这一图表可以成为学生分析认识、发现物理规律的认知工具。“三教”设计如下：

教思考：为了研究重力做功和路径的关系，培养学生图文结合自主学习分析问题的能力，现将必修第二册第八章中的两幅探索学习模型图放在一起，如图１４（教科书图８．２－１、图８．２－４［６］），将图１４制成表格进行相关研究，如表１所示。

教表述：请在阅读教科书相关文字内容后将推理与论证过程表达出来。

教体验：教科书中有很多探索物理规律的学习模型图，表1可以推广使用。例如，如图１５（教科书图５．２－１［６］）是通过研究蜡块的运动分析合运动与分运动关系的图，请你设计分析图表，并结合图表进行实验，形成规律。

8 结 语

每一种“激励”都是根据需要选择的，教是为了“不教”，是为了培养学生自主学习的能力；运用“三教”理念可以帮助学生运用插图科学思维、深度学习，自主建构知识，培养学生的高阶思维能力，达到培养学生核心素养的目的，如表２所示。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［2］张颖．新课程高中物理教科书呈现方式的研究［J］.课程·教材·教法，2011，31（5）：76-81.

［３］高文．教学模式论［Ｍ］．上海：上海教育出版社，２００２：３０９－３１２.

［４］刘冰洁，支启军．基于“三教”理念的“愣次定律”教学设计［Ｊ］.物理教师，２０２３，４４（１１）：１７-１９.

［５］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．普通高中教科书物理必修第一册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［６］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．普通高中教科书物理必修第二册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［７］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．普通高中教科书物理必修第三册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

（栏目编辑 刘 荣）