初中物理“浮力”一节插图分析及教学建议
葛林林 钱长炎 郑满琴
摘 要： 本文根据教科书插图有关理论和研究成果，对我国现行初中物理代表性教科书中“浮力”一节的插图进行分析，揭示其中存在的主要问题，并深入探讨其在教学中的应用，以期更为有效地发挥插图的教育功能.
关键词： “浮力”;插图的分类;插图的教育功能;教学建议
教科书中的插图是教学内容的有机组成部分，尤其在义务教育阶段，学生正处于由形象思维向抽象思维过渡阶段，插图对学生学习物理知识起着不可替代的作用.本文根据教科书插图有关理论和研究成果，拟对我国现行初中物理代表性教科书中“浮力”的插图进行较为全面、深入的分析，揭示其存在的主要问题，并对插图在“浮力”一节教学中的应用作较为深入的探讨，旨在促进初中物理教科书插图设计，在教学中更为有效地发挥插图的教育功能.
1 初中物理教科书中插图的教育功能及选编原则
插图是阐述科学知识、呈现科学情境的重要形式，是提高义务教育阶段全体学生科学素养的重要载体.因此，我们有必要对初中物理教科书中插图的教育功能进行分析，并规范其选编原则.
1.1 初中物理教科书中插图的教育功能
每一幅插图都承载着不同的教育功能，根据已有插图相关理论及义务教育阶段物理课程所学习的知识内容，可以将插图分为六种类型，并对其教育功能进行梳理（见表1）.
1.2 初中物理教科书中插图的选编原则
根据初中物理教科书中插图的教育功能，以及《义务教育物理课程标准（2011年版）》（以下简称《课标》）中课程目标、课程内容的选择要求等，再结合插图本身特点，可归纳出义务教育阶段插图选择和编制的基本原则.
首先，科学性原则.应根据插图的教育功能、各章节具体教学目标科学地选择相应插图类别，并且，利用插图表征具体知识时应该准确、全面.
其次，阶段性原则.插图应贴合初中生经验型抽象逻辑思维特点，适量增加生产生活图、实验探究图数量，培养科学探究能力. 并且精致逼真、简洁明了，编排具有逻辑性，促进思维可视化.
最后，图文互补性原则.图文占比得当，内容相互关联，避免大段枯燥的文字叙述.并且图文位置尽量接近[1]，并结合教学实际给重难点图以阅读提示[2]，从而把有限的认知资源用于双重编码.
2 初中物理代表性教科书中“浮力”一节插图分析及存在的问题
根据以上对初中物理教科书中插图的教育功能及选编原则的分析，我们对人民教育出版社[3]、上海科学技术出版社[4]、江苏凤凰科学技术出版社[5]、教育科学出版社[6]和北京师范大学出版社[7]（下文分别用“人教版”“沪科版”“苏科版”“教科版”和“北师大版”表示）五个版本教科书中“浮力”一节插图进行分析，并指出其存在的問题.“浮力”一节是初中物理课程中的重难点内容之一，五个版本教科书在本节共编排了生产生活图、实验探究图、原理模拟图、装饰图四类插图，下面对各类插图做具体分析.
2.1 “浮力”一节生产生活图分析及存在的问题
生产生活图把浮力与日常生活经验联系起来，贴合初中生经验型抽象逻辑思维特点.除北师大版外，各版本教科书均配有生产生活图，并结合引导性文本，如“热气球为何能够腾空？”使图文关联共同构成动态画面.
但是，此类插图选编仍存在以下问题.只有沪科版和苏科版插图同时关注了液体和气体中都存在浮力的现象，保持了知识的完整性;只有教科版在学生学习 “浮力产生的原因”“浮力的测量”之后分别配置轮船和鲸鱼图（如图1所示）、小鱼的辩论图（如图2所示），使物理概念及时“回归”生活，培养学生分析、归纳及运用知识的能力.并且各版本教科书均缺少对物体上下表面不存在压力差情况的阐述;部分插图不够精致逼真，如图3所示人教版“漂浮的冰山”不能激起初中生足够的兴趣.
2.2 “浮力”一节实验探究图分析及存在的问题
五个版本教科书中均配置实验探究图，且占比较高，既利于科学探究活动的开展，又呼应《课标》“通过实验，认识浮力”的要求[8].其中一种实验探究图用于对浮力的大小进行测量，采用白色背景、简化器材减轻学生认知负荷，促进了文本阅读[9].并且除苏科版外，均画出弹簧秤操作示范，沪科版和北师大版还增加手掌托起石块的动作进行对比，使知识更加形象易于理解.
另外，教科版还配置如图4所示实验探究图引导学生感受浮力、观察浮力的方向，沪科版配置如图5所示实验探究图对空气中是否存在浮力进行探究，北师大版和教科版分别配置实验探究图呈现浮力产生的原因，既完善了知识内容又为探究活动的实施创造了机会和条件.
此类插图设计仍有不足.如图6所示，北师大版所配实验探究图过于粗糙，黑白色不够鲜明，不能更好地满足初中生视觉需求;如图7所示，苏科版生产生活图和实验探究图混合在一组编排，逻辑混乱，给师生用图造成障碍. 并且，沪科版在利用实验探究图对浮力大小进行测量时，出现了图文分页呈现的情况.
2.3 “浮力”一节原理模拟图分析及存在的问题
原理模拟图用于对浮力产生的原因进行解释，初步培养初中生抽象逻辑思维，为高中阶段打基础.人教版、沪科版、教科版均配有原理模拟图，但是图文互补性差，文本表述不具有严密逻辑性;且未结合物理学科特点利用字母公式对图中重点进行概括，导致文字堆叠[10].
2.4 “浮力”一节装饰图分析及存在的问题
装饰图不能表征知识内容，单纯用来增加学习兴趣，对学习的选择、组织和加工过程没有帮助.教科版、苏科版、北师大版装饰图均数量过多，尤其是教科版装饰图多达23幅，占用了教科书版面，分散了学生对重要材料的注意力，不具有科学性.
3 初中物理“浮力”一节插图在教学中的应用建议
通过以上分析，我们发现不同版本教科书插图设计各有长短.因此，在教学中不能单纯以某一版本教科书为依据，要结合不同版本教科书和相关资源组织教学设计，才能保证发挥插图应有的作用，使初中物理学习更加轻松、有趣.
3.1 利用生产生活图引入“浮力”概念
在教学中可利用常见生产生活现象，帮助学生在原有认知的基础上建立“浮力”概念[11].让学生观看轮船在水中航行、氢气球浮在空气中等生产生活图，再自己列举身边的浮力现象，成为课堂的小主人.再通过对比“死海不死”和孩童溺水插图设趣激疑，使物理知识变得鲜活，从而激起学习欲望.
3.2 多图并用促进“浮力”一节新课教学
“浮力”一节的内容主要包括“什么是浮力”、“浮力的测量”和“浮力产生的原因”，在新课教学中可综合利用实验探究图、数据图表图和原理模拟图帮助学生建立并完善“浮力”概念.
首先，借助实验探究图讲解“什么是浮力”.如图4所示教科版实验探究图，让学生尝试重现插图现象，实际体验浮力的存在、观看浮力的方向，贴合其具有强烈操作兴趣的心理发展特点.
其次，利用实验探究图和数据图表图帮助测量浮力.带领学生观察教科书有关浮力大小测量的实验探究图，并仔细阅读文字说明、回答文中问题，鼓励学生尝试改进插图所给实验.引导学生思考为什么要增加用手托起物块，观察弹簧秤示数变化的插图？物块选用何种材质比较好？把物块浸入盐水或酒精等其他液体中也能测出浮力吗？通过一系列引导性问题，培养学生提问能力、读图能力，彻底用活插图，为进一步实验探究打基础. 另外，可补充数据图表图，帮助学生在实验探究过程中记录测量数据，亲自分析得出浮力大小，在提高能力的同时获得源源不断的成就感.
最后，利用原理模拟图、实验探究图对浮力产生的原因进行分析，实现“浮力”新概念的内部转换[12].可利用如图8原理模拟图帮助学生分析正方体六个面所受液体压强与压力，从而总结出浮力是由于液体对物体向上和向下的压力差产生的.并要求学生用公式F浮=F上-F下=P上S-P下S进行总结，由浅入深进行思维能力训练.同时，补充讲解如图9所示实验探究图，帮助学习能力低的学生建立感性经验[13].
3.3 利用生产生活图巩固加深“浮力”概念
在学习完浮力概念之后需要及时补充生产生活图，使知识扎根于现实世界中，即“从物理走向社会”.可利用如图1所示教科版“轮船和鲸鱼受到的浮力”图，带领学生分析浮力概念的應用，巩固所学内容.并且，补充如图10所示“水中木桩”图，引导学生分析液体对物体上下表明不存在压力差的情况，加深对“浮力”概念的理解.
通过对初中代表性教科书“浮力”一节插图的分析及在教学中如何发挥插图教育功能的探讨，我们发现插图既是教科书内容不可缺少的组成部分，又能在教学中发挥重要作用.因此，要在初中物理教科书设计中精心选编插图、在教学中合理利用插图进行教学，充分发挥插图应有的教育功能.
参考文献：
[1]（美）理查德·E·迈耶.多媒体学习[M].北京：商务印书馆，2006.
[2]肖莹莹.教科书可读性评价研究[D].济南：山东师范大学，2012.
[3]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.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012.
[4]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.义务教育教科书物理八年级全一册[M].上海：上海科学技术出版社，2012.
[5]刘炳昇，李容.义务教育教科书物理八年级下册（3版）[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2012.
[6]吴祖仁.义务教育教科书八年级下册[M].北京：教育科学出版社，2012.
[7]闫金铎.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：北京师范大学出版社，2013.
[8]教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[9]张建鹏.不同认知方式个体在文本阅读中的插图效应[D].山东：山东师范大学，2013.
[10]阎金铎.郭玉英.中学物理新课程教学概论[M].北京：北京师范大学出版社，2010.
[11]谢昱圣.旨向初中学生核心素养的"浮力"教学[J].物理教学探讨，2017，35（11）：11-12.
[12]George J. Posner， Kenneth A. Strike， Peter W. Hewson， and William A. Gertzog. Accommodation of a Scientific Conception：Toward a Theory of Conceptual Change. [J]. Science Education， 1982，66（2）：212-227.
[13]谢影，钱长炎.“浮力”一节的内容分析及探究性教学设计[J].物理教学探讨，2017，35（7）：13.
摘 要： 本文根据教科书插图有关理论和研究成果，对我国现行初中物理代表性教科书中“浮力”一节的插图进行分析，揭示其中存在的主要问题，并深入探讨其在教学中的应用，以期更为有效地发挥插图的教育功能.
关键词： “浮力”;插图的分类;插图的教育功能;教学建议
教科书中的插图是教学内容的有机组成部分，尤其在义务教育阶段，学生正处于由形象思维向抽象思维过渡阶段，插图对学生学习物理知识起着不可替代的作用.本文根据教科书插图有关理论和研究成果，拟对我国现行初中物理代表性教科书中“浮力”的插图进行较为全面、深入的分析，揭示其存在的主要问题，并对插图在“浮力”一节教学中的应用作较为深入的探讨，旨在促进初中物理教科书插图设计，在教学中更为有效地发挥插图的教育功能.
1 初中物理教科书中插图的教育功能及选编原则
插图是阐述科学知识、呈现科学情境的重要形式，是提高义务教育阶段全体学生科学素养的重要载体.因此，我们有必要对初中物理教科书中插图的教育功能进行分析，并规范其选编原则.
1.1 初中物理教科书中插图的教育功能
每一幅插图都承载着不同的教育功能，根据已有插图相关理论及义务教育阶段物理课程所学习的知识内容，可以将插图分为六种类型，并对其教育功能进行梳理（见表1）.
1.2 初中物理教科书中插图的选编原则
根据初中物理教科书中插图的教育功能，以及《义务教育物理课程标准（2011年版）》（以下简称《课标》）中课程目标、课程内容的选择要求等，再结合插图本身特点，可归纳出义务教育阶段插图选择和编制的基本原则.
首先，科学性原则.应根据插图的教育功能、各章节具体教学目标科学地选择相应插图类别，并且，利用插图表征具体知识时应该准确、全面.
其次，阶段性原则.插图应贴合初中生经验型抽象逻辑思维特点，适量增加生产生活图、实验探究图数量，培养科学探究能力. 并且精致逼真、简洁明了，编排具有逻辑性，促进思维可视化.
最后，图文互补性原则.图文占比得当，内容相互关联，避免大段枯燥的文字叙述.并且图文位置尽量接近[1]，并结合教学实际给重难点图以阅读提示[2]，从而把有限的认知资源用于双重编码.
2 初中物理代表性教科书中“浮力”一节插图分析及存在的问题
根据以上对初中物理教科书中插图的教育功能及选编原则的分析，我们对人民教育出版社[3]、上海科学技术出版社[4]、江苏凤凰科学技术出版社[5]、教育科学出版社[6]和北京师范大学出版社[7]（下文分别用“人教版”“沪科版”“苏科版”“教科版”和“北师大版”表示）五个版本教科书中“浮力”一节插图进行分析，并指出其存在的問题.“浮力”一节是初中物理课程中的重难点内容之一，五个版本教科书在本节共编排了生产生活图、实验探究图、原理模拟图、装饰图四类插图，下面对各类插图做具体分析.
2.1 “浮力”一节生产生活图分析及存在的问题
生产生活图把浮力与日常生活经验联系起来，贴合初中生经验型抽象逻辑思维特点.除北师大版外，各版本教科书均配有生产生活图，并结合引导性文本，如“热气球为何能够腾空？”使图文关联共同构成动态画面.
但是，此类插图选编仍存在以下问题.只有沪科版和苏科版插图同时关注了液体和气体中都存在浮力的现象，保持了知识的完整性;只有教科版在学生学习 “浮力产生的原因”“浮力的测量”之后分别配置轮船和鲸鱼图（如图1所示）、小鱼的辩论图（如图2所示），使物理概念及时“回归”生活，培养学生分析、归纳及运用知识的能力.并且各版本教科书均缺少对物体上下表面不存在压力差情况的阐述;部分插图不够精致逼真，如图3所示人教版“漂浮的冰山”不能激起初中生足够的兴趣.
2.2 “浮力”一节实验探究图分析及存在的问题
五个版本教科书中均配置实验探究图，且占比较高，既利于科学探究活动的开展，又呼应《课标》“通过实验，认识浮力”的要求[8].其中一种实验探究图用于对浮力的大小进行测量，采用白色背景、简化器材减轻学生认知负荷，促进了文本阅读[9].并且除苏科版外，均画出弹簧秤操作示范，沪科版和北师大版还增加手掌托起石块的动作进行对比，使知识更加形象易于理解.
另外，教科版还配置如图4所示实验探究图引导学生感受浮力、观察浮力的方向，沪科版配置如图5所示实验探究图对空气中是否存在浮力进行探究，北师大版和教科版分别配置实验探究图呈现浮力产生的原因，既完善了知识内容又为探究活动的实施创造了机会和条件.
此类插图设计仍有不足.如图6所示，北师大版所配实验探究图过于粗糙，黑白色不够鲜明，不能更好地满足初中生视觉需求;如图7所示，苏科版生产生活图和实验探究图混合在一组编排，逻辑混乱，给师生用图造成障碍. 并且，沪科版在利用实验探究图对浮力大小进行测量时，出现了图文分页呈现的情况.
2.3 “浮力”一节原理模拟图分析及存在的问题
原理模拟图用于对浮力产生的原因进行解释，初步培养初中生抽象逻辑思维，为高中阶段打基础.人教版、沪科版、教科版均配有原理模拟图，但是图文互补性差，文本表述不具有严密逻辑性;且未结合物理学科特点利用字母公式对图中重点进行概括，导致文字堆叠[10].
2.4 “浮力”一节装饰图分析及存在的问题
装饰图不能表征知识内容，单纯用来增加学习兴趣，对学习的选择、组织和加工过程没有帮助.教科版、苏科版、北师大版装饰图均数量过多，尤其是教科版装饰图多达23幅，占用了教科书版面，分散了学生对重要材料的注意力，不具有科学性.
3 初中物理“浮力”一节插图在教学中的应用建议
通过以上分析，我们发现不同版本教科书插图设计各有长短.因此，在教学中不能单纯以某一版本教科书为依据，要结合不同版本教科书和相关资源组织教学设计，才能保证发挥插图应有的作用，使初中物理学习更加轻松、有趣.
3.1 利用生产生活图引入“浮力”概念
在教学中可利用常见生产生活现象，帮助学生在原有认知的基础上建立“浮力”概念[11].让学生观看轮船在水中航行、氢气球浮在空气中等生产生活图，再自己列举身边的浮力现象，成为课堂的小主人.再通过对比“死海不死”和孩童溺水插图设趣激疑，使物理知识变得鲜活，从而激起学习欲望.
3.2 多图并用促进“浮力”一节新课教学
“浮力”一节的内容主要包括“什么是浮力”、“浮力的测量”和“浮力产生的原因”，在新课教学中可综合利用实验探究图、数据图表图和原理模拟图帮助学生建立并完善“浮力”概念.
首先，借助实验探究图讲解“什么是浮力”.如图4所示教科版实验探究图，让学生尝试重现插图现象，实际体验浮力的存在、观看浮力的方向，贴合其具有强烈操作兴趣的心理发展特点.
其次，利用实验探究图和数据图表图帮助测量浮力.带领学生观察教科书有关浮力大小测量的实验探究图，并仔细阅读文字说明、回答文中问题，鼓励学生尝试改进插图所给实验.引导学生思考为什么要增加用手托起物块，观察弹簧秤示数变化的插图？物块选用何种材质比较好？把物块浸入盐水或酒精等其他液体中也能测出浮力吗？通过一系列引导性问题，培养学生提问能力、读图能力，彻底用活插图，为进一步实验探究打基础. 另外，可补充数据图表图，帮助学生在实验探究过程中记录测量数据，亲自分析得出浮力大小，在提高能力的同时获得源源不断的成就感.
最后，利用原理模拟图、实验探究图对浮力产生的原因进行分析，实现“浮力”新概念的内部转换[12].可利用如图8原理模拟图帮助学生分析正方体六个面所受液体压强与压力，从而总结出浮力是由于液体对物体向上和向下的压力差产生的.并要求学生用公式F浮=F上-F下=P上S-P下S进行总结，由浅入深进行思维能力训练.同时，补充讲解如图9所示实验探究图，帮助学习能力低的学生建立感性经验[13].
3.3 利用生产生活图巩固加深“浮力”概念
在学习完浮力概念之后需要及时补充生产生活图，使知识扎根于现实世界中，即“从物理走向社会”.可利用如图1所示教科版“轮船和鲸鱼受到的浮力”图，带领学生分析浮力概念的應用，巩固所学内容.并且，补充如图10所示“水中木桩”图，引导学生分析液体对物体上下表明不存在压力差的情况，加深对“浮力”概念的理解.
通过对初中代表性教科书“浮力”一节插图的分析及在教学中如何发挥插图教育功能的探讨，我们发现插图既是教科书内容不可缺少的组成部分，又能在教学中发挥重要作用.因此，要在初中物理教科书设计中精心选编插图、在教学中合理利用插图进行教学，充分发挥插图应有的教育功能.
参考文献：
[1]（美）理查德·E·迈耶.多媒体学习[M].北京：商务印书馆，2006.
[2]肖莹莹.教科书可读性评价研究[D].济南：山东师范大学，2012.
[3]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.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012.
[4]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.义务教育教科书物理八年级全一册[M].上海：上海科学技术出版社，2012.
[5]刘炳昇，李容.义务教育教科书物理八年级下册（3版）[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2012.
[6]吴祖仁.义务教育教科书八年级下册[M].北京：教育科学出版社，2012.
[7]闫金铎.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：北京师范大学出版社，2013.
[8]教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[9]张建鹏.不同认知方式个体在文本阅读中的插图效应[D].山东：山东师范大学，2013.
[10]阎金铎.郭玉英.中学物理新课程教学概论[M].北京：北京师范大学出版社，2010.
[11]谢昱圣.旨向初中学生核心素养的"浮力"教学[J].物理教学探讨，2017，35（11）：11-12.
[12]George J. Posner， Kenneth A. Strike， Peter W. Hewson， and William A. Gertzog. Accommodation of a Scientific Conception：Toward a Theory of Conceptual Change. [J]. Science Education， 1982，66（2）：212-227.
[13]谢影，钱长炎.“浮力”一节的内容分析及探究性教学设计[J].物理教学探讨，2017，35（7）：13.
