改革開放以來我國初中化學(xué)教科書視覺表征的演變

王磊 許敏 孟潘 孫影

摘要以人教版7套不同時(shí)期的初中化學(xué)教科書為樣本，借鑒Gkitzia等人編制的分析框架，分析了各時(shí)期初中化學(xué)教科書中視覺表征的演變趨勢(shì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自改革開放以來，我國初中化學(xué)教科書視覺表征的編排設(shè)計(jì)在表征類型、表征注釋及表征與文本的關(guān)聯(lián)維度都呈現(xiàn)出一定的變化，而在表征標(biāo)題及多重表征間連接維度的變化較小。最后，結(jié)合研究結(jié)論對(duì)今后化學(xué)教科書的編寫和使用提出建議。

關(guān)鍵詞教科書；視覺表征；初中化學(xué)；演變趨勢(shì)

1 引言

教科書是課堂教學(xué)的資源，其中的文本內(nèi)容用于明確地傳達(dá)信息，視覺表征則發(fā)揮重要的輔助作用^[1]。所謂視覺表征即為描述概念或現(xiàn)象的視覺對(duì)象（如照片、插圖、影像等）。良好的視覺表征不僅能傳遞科學(xué)知識(shí)，還能輔助學(xué)生理解復(fù)雜概念^[2]，因此，需要關(guān)注教科書中的視覺表征。對(duì)于化學(xué)教科書中的視覺表征，則不僅需要關(guān)注一般學(xué)科均普適性的分析要素（如標(biāo)題、位置與文本的關(guān)系等），還應(yīng)著眼本科學(xué)的特點(diǎn)——從三重表征的視角看待教科書中的視覺表征。因?yàn)槿乇碚魇腔瘜W(xué)學(xué)科特有的思維方式，Johnston認(rèn)為想要真正地理解化學(xué)，必須能夠靈活自如地從宏觀向微觀轉(zhuǎn)換，并能夠使用恰當(dāng)?shù)姆?hào)進(jìn)行表征^[3]。三重表征自提出以來在化學(xué)教育領(lǐng)域已引起廣泛地關(guān)注，研究也表明學(xué)生在不同表征之間的轉(zhuǎn)化存在一定的困難^[4]。因此，對(duì)于化學(xué)教科書要合理組織宏觀、微觀和符號(hào)表征，幫助學(xué)生從不同層次認(rèn)識(shí)化學(xué)。

然而，目前我國有關(guān)化學(xué)教科書視覺表征的研究中，較少基于學(xué)科特點(diǎn)分析教科書中表征的構(gòu)成設(shè)計(jì)，多數(shù)研究關(guān)注教科書中視覺表征的物理要素，如對(duì)于表征的數(shù)量、類型、位置等的分析^[5，6]。另外，我國化學(xué)教科書的發(fā)展歷史悠久，期間積累了豐富的教科書資源，通過對(duì)于教科書縱向的演變分析，能更好地反映其變遷與發(fā)展，有助于汲取有利經(jīng)驗(yàn)也反思存在的問題。從現(xiàn)有研究看來，對(duì)于不同時(shí)期化學(xué)教科書演變的研究較少，更多是對(duì)于不同本版、不同地區(qū)教科書的研究?；诖?，本研究以我國不同時(shí)期的化學(xué)教科書為樣本，以教科書中的視覺表征為切入點(diǎn)展開分析。研究旨在揭示我國初中化學(xué)教科書中視覺表征的演變與發(fā)展，為今后化學(xué)教科書中視覺表征的編選提供啟迪。

2我國初中化學(xué)教科書發(fā)展背景介紹

改革開放以來我國化學(xué)教科書的發(fā)展可以劃分為3個(gè)階段，分別是恢復(fù)與調(diào)整（1978-1985）、深化與發(fā)展（1986-2000）、探索與更新（2001-?）時(shí)期^[7]。最早依據(jù)《全日制十年制學(xué)校中學(xué)化學(xué)教學(xué)大綱（試行草案）》編撰了1978年版初中化學(xué)教科書，并在此基礎(chǔ)上依據(jù)現(xiàn)實(shí)需求調(diào)整難度，編制成1982年版初中化學(xué)教科書。時(shí)至1986年11月，全國中小學(xué)教材審定委員會(huì)審定并通過修改后的《全日制中學(xué)化學(xué)教學(xué)大綱》，人民教育出版社于1987年開始據(jù)此修訂、出版化學(xué)教科書^[8]，其中初中部分內(nèi)容與1982年版基本相同^[8]。20世紀(jì)90年代，素質(zhì)教育背景下的教育改革興起，人民教育出版社于1994年編寫九年義務(wù)教育初級(jí)中學(xué)化學(xué)教科書^[9]，并于2001再次修訂出版。21世紀(jì)初，教育部頒布《全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》并據(jù)此編訂初中化學(xué)教科書。2011年《義務(wù)教育階段化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》頒布，次年2012年版初中化學(xué)教科書問世。

3 分析框架

有關(guān)化學(xué)教科書中視覺表征的分析框架很多，其中Gkitzia^[10]等人建構(gòu)的分析框架，吸收了Johnstone^[3]三重表征理論及眾多心理學(xué)研究成果（表1）。在國際上，該框架廣泛應(yīng)用于美國^[11]、尼日利亞^[12]等國家化學(xué)教科書的研究，國內(nèi)，該框架也成功地用來分析我國初中、高中化學(xué)教科書中的視覺表征^[13，14]。Gkitzia^[10]在該分析框架中提出6種不同的表征類型來描述化學(xué)中特有的表征方式，同時(shí)，該框架對(duì)于表征注釋、標(biāo)題等也提出相應(yīng)的分析標(biāo)準(zhǔn)。后文將詳細(xì)介紹各個(gè)分析維度的評(píng)定方式（鑒于C5與C1關(guān)系密切，故將這兩個(gè)維度一起分析）。

3.1 表征類型（C1）和多重表征間連接（C5）

C1維度共有6個(gè)亞類，分別是宏觀表征、微觀表征、符號(hào)表征、多重表征、多種表征和多類表征。其中宏觀表征、微觀表征和符號(hào)表征即為三重表征。多重表征和多種表征是在三重表征的基礎(chǔ)上衍生而來。所謂多重表征，是指某一表征中同時(shí)使用兩種或三種表征方式描述同一物質(zhì)。如圖1，同時(shí)用宏觀表征和微觀表征描述石墨，其中石墨的實(shí)物屬于宏觀表征，石墨的微觀結(jié)構(gòu)屬于微觀表征，故該表征類型定為多重表征。

多種表征是兩種或三種表征方式之間相互補(bǔ)充形成一個(gè)表征。如圖2，同時(shí)出現(xiàn)了宏觀表征和符號(hào)表征，但兩者并非表征同一個(gè)物質(zhì)，而是分別表征蠟燭和二氧化碳，所以該表征類型定為多種表征。多類表征則不僅要求有宏觀、微觀和符號(hào)表征中的一種或多種，同時(shí)還要有其他的描述方式（如類比等）。在圖3中，同時(shí)存在微觀表征和類比的描述方式，該圖意在闡釋C₆₀的分子結(jié)構(gòu)，其中有C₆₀的分子結(jié)構(gòu)微觀示意圖，并用足球進(jìn)行類比解釋，所以該表征類型歸為多類表征。

對(duì)于多重表征間的連接（C5），以圖1為例，該多重表征中宏觀表征部分與微觀表征部分通過藍(lán)色的折線進(jìn)行連接，由此認(rèn)為在該多重表征中，不同表征方式之間有充分連接。反之，若兩種表征方式間未建立連接，則可以根據(jù)清晰程度不同定為“不充分連接”或是“無連接”。

3.2 表征注釋（C2）

C2維度有3個(gè)亞類，分別是清晰的、隱含的和模糊的。若某表征中，有注釋清晰指明其中各部分的含義，則認(rèn)為該表征注釋是清晰的。若不能充分闡明表征的含義則依據(jù)清晰程度不同分為隱含的或模糊的。如圖4，在該表征中各部分都有清晰的文字說明，簡單閱讀即可了解其含義，故該表征注釋定為清晰的。以此類推，如果注釋不能較好地輔助理解表征中的內(nèi)容，則可以依據(jù)信息給予的程度不同定為“隱含的”或“模糊的”。

3.3 表征與文本的關(guān)聯(lián)（C3）

這一維度主要關(guān)注表征與對(duì)應(yīng)的文本內(nèi)容的相關(guān)性，以及表征與文本之間是否建立連接。關(guān)于表征與文本的相關(guān)性可分為3個(gè)層次，分別是完全相關(guān)、部分相關(guān)和不相關(guān)。在表征與文本建立連接的角度有兩個(gè)層次，有連接或無連接。兩個(gè)角度結(jié)合，最終形成5個(gè)亞類，分別是完全相關(guān)且有連接、完全相關(guān)但無連接、部分相關(guān)且有連接、部分相關(guān)且無連接和不相關(guān)且無連接。如圖5，該表征是高錳酸鉀制取氧氣的實(shí)驗(yàn)裝置圖。其與對(duì)應(yīng)文本完全相關(guān)，并在文本與表征之間有連接（文中有“如圖2-14”，表征中有圖號(hào)“圖2-14”），所以認(rèn)為該表征與文本完全相關(guān)且有連接。

3.4 表征標(biāo)題的適切性（C4）

關(guān)于表征標(biāo)題的適切性有3個(gè)不同的水平層次，分別是合適的、有問題的和無標(biāo)題。圖6通過微觀和符號(hào)的形式描述了HCl與NaOH在水中解離成自由離子的過程。教科書中給定的標(biāo)題是“HCl和NaOH在水中解離出離子”，這一標(biāo)題簡明概括了對(duì)應(yīng)表征的內(nèi)容，由此判定該標(biāo)題為“合適的”。反之，如果給出的標(biāo)題不能完整描述這一過程，可認(rèn)為標(biāo)題是有問題的，若沒有標(biāo)題則定為無標(biāo)題。

4方法

4.1?樣本選擇

當(dāng)前，我國初中化學(xué)教科書有多種版本，人民教育出版社是其中的一支重要力量。人教社編寫的教材質(zhì)量高，為全國中小學(xué)所通用，即使在“一綱多本”的時(shí)代，人教版教材也是在全國使用量最多的^[15]。因此，最終確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套教科書為分析樣本。各樣本詳細(xì)信息見表2。

4.2 分析過程

采用內(nèi)容分析法對(duì)研究樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。具體而言，對(duì)7版教科書中視覺表征進(jìn)行逐一編碼，并將每個(gè)表征進(jìn)行不同維度的歸類統(tǒng)計(jì)，依據(jù)定量的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)其中存在的規(guī)律。由于本研究重在分析化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)技能類表征，故對(duì)于人物肖像圖、化學(xué)職業(yè)介紹等科普性內(nèi)容未做統(tǒng)計(jì)。此外，教科書中前言、習(xí)題、附錄等部分也未計(jì)入統(tǒng)計(jì)結(jié)果。為確保統(tǒng)計(jì)結(jié)果真實(shí)可靠，本次統(tǒng)計(jì)分析工作由兩位編碼者共同完成，經(jīng)一致性檢驗(yàn)兩位編碼員的編碼結(jié)果達(dá)到較高一致性，在5個(gè)維度兩位編碼員之間的一致性分別達(dá)到0.953、0.949、0.988、0.985和1.000。其后，兩位研究者在獨(dú)立編碼的基礎(chǔ)上對(duì)7版教科書中所有表征編碼結(jié)果一一進(jìn)行核對(duì)，對(duì)于編碼不一致處進(jìn)行商討并重新編碼。由于7版教科書中表征總數(shù)不盡相同，故在后續(xù)分析中主要采用百分比數(shù)據(jù)。

5 結(jié)果與討論

通過統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)我國化學(xué)教科書中視覺表征的編選在各個(gè)維度中都呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，將逐一進(jìn)行討論。由于C5維度僅是描述多重表征間是否建立連接，現(xiàn)將其納入“多重表征”中分析。

5.1 視覺表征在C1維度的演變

圖7展示了7版教科書中視覺表征在C1維度的演變趨勢(shì)，可以看出各種類型的視覺表征在多版教科書中都有使用，但是所占比例會(huì)有起伏變化。

宏觀表征的占比在7版教科書中均超過60%，且隨時(shí)間推移有增長趨勢(shì)，這可能與教科書中與實(shí)際生活相關(guān)的表征增多有關(guān)。從20世紀(jì)70年代到21世紀(jì)，初中化學(xué)愈發(fā)強(qiáng)調(diào)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與社會(huì)生活的關(guān)聯(lián)^[16]，而這類表征通常都是以宏觀的形式出現(xiàn)，直接使用圖畫或照片展示化學(xué)與日常生活的關(guān)聯(lián)。微觀表征的使用量逐年減少，在12版中微觀表征已不足2%，這一方面是由于表征基數(shù)增大，另一方面是因?yàn)椴糠值奈⒂^表征逐漸演變成為宏觀-微觀或宏觀-符號(hào)結(jié)合的多重表征。例如關(guān)于水分解的圖示，在78版-01版教科書中都僅是使用微觀表征（圖8，左），從06版開始改進(jìn)成為微觀-符號(hào)結(jié)合的多重表征（圖8，右）。符號(hào)表征是連接宏觀與微觀的橋梁，其使用量僅次于宏觀表征，但比例有所減少。

多重表征的占比呈增長趨勢(shì)，在12版中已達(dá)到6.44%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，教科書中多重表征大多數(shù)都充分連接，僅在06版和12版中分別出現(xiàn)1例和2例未建立連接的表征。分析也發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)期教科書中多重表征的設(shè)計(jì)方式也不盡相同。在78版初中化學(xué)教科書中僅有微觀-符號(hào)的多重表征，20世紀(jì)80、90年代出現(xiàn)了宏觀-符號(hào)的多重表征，進(jìn)入21世紀(jì)，多重表征的設(shè)計(jì)方式再次變化，開始使用宏觀-微觀的多重表征。推測(cè)這種變化一方面與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有關(guān)，另一方面也與對(duì)于“從微觀看化學(xué)”的關(guān)注有關(guān)。正如在21世紀(jì)的課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出“幫助學(xué)生用微粒的觀念去學(xué)習(xí)化學(xué)，從五彩繽紛的宏觀世界步入充滿神奇色彩的微觀世界”^{[17，18]}，這是前期教學(xué)大綱中所未見的。這些變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時(shí)期的使用量均不足10%，且未發(fā)現(xiàn)宏觀-微觀-符號(hào)三者結(jié)合的多重設(shè)計(jì)，這一現(xiàn)狀仍需要繼續(xù)關(guān)注。

多種表征在各版教科書中的呈現(xiàn)方式較為相似，不同版本間的差異僅表現(xiàn)在數(shù)量的起伏。分析發(fā)現(xiàn)7版教科書中的多種表征均采用宏觀-符號(hào)結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，且都集中在有關(guān)“C”“H”相關(guān)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)中。20世紀(jì)70年代教學(xué)大綱僅對(duì)“H”相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)提出學(xué)習(xí)要求，未涉及“C”有關(guān)物質(zhì)。20世紀(jì)80年代、90年代則是對(duì)于“C”“H”相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)都有學(xué)習(xí)要求。21世紀(jì)頒布的兩版課程標(biāo)準(zhǔn)較多保留對(duì)于“C”有關(guān)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)，有關(guān)“H”的學(xué)習(xí)較少。這種學(xué)習(xí)內(nèi)容要求的變化導(dǎo)致20世紀(jì)80年代和90年代的教科書中多種表征較其他兩個(gè)時(shí)期更多。

多類表征在06版教科書中首次出現(xiàn)，并在12版中繼續(xù)延用，且在兩版教科書中的使用量均達(dá)到2.4%。多類表征在06版教科書中“突現(xiàn)”并且在12版中保持“穩(wěn)定”的現(xiàn)象，可能與2001年頒布的義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）首次提到“要通過想象、類比、模型化等方式使學(xué)生初步理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)”^[18]，且這一要求在義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）中繼續(xù)延用相關(guān)。可見，不同時(shí)期對(duì)于知識(shí)呈現(xiàn)方式要求的變化會(huì)影響著視覺表征的選用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在我國初中化學(xué)教科書中多類表征均與類比結(jié)合。類比的確能在一定程度上促進(jìn)學(xué)生理解抽象概念，但對(duì)于類比的使用也需要謹(jǐn)防其造成學(xué)生對(duì)于概念的曲解^[19]。

5.2 視覺表征在C2維度的演變

C2維度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖9所示，整體呈現(xiàn)出了比較規(guī)律的變化趨勢(shì)。

自改革開放以來，我國初中化學(xué)教科書在表征注釋維度有所改進(jìn)，整體呈現(xiàn)出清晰注釋增多、模糊注釋減少的變化趨勢(shì)。在06版和12版教科書中表征注釋為“清晰的”均已超過60%。此種變化在一定程度上體現(xiàn)了教科書編排對(duì)于表征注釋的關(guān)注，例如對(duì)于滅火器原理的示意圖的設(shè)計(jì)（圖10），在78版教科書中Ⅰ、Ⅱ兩部分都沒有注釋，直至06版教科書才給出Ⅰ部分清晰注釋。注釋為“隱含的”表征所占比例變化較為平穩(wěn)，在06版中“隱含的”表征注釋最少僅19.02%，其他各版本中表征注釋為“隱含的”占比均約為35%。教科書中出現(xiàn)“隱含的”表征注釋多為正文部分有文字說明，而在表征中沒有詳細(xì)的標(biāo)注。表征注釋為“模糊的”表征在各版本中占比均較少，從95版開始已不足10%。

5.3 視覺表征在C3維度的演變

就C3維度而言，不同時(shí)期教科書中的表征均與文本內(nèi)容密切相關(guān)，不同表征間的區(qū)別僅在于是否與文本建立連接。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示（圖11），在78版、82版和87版教科書中未建立連接的表征均少于5%。從95版開始無連接的表征數(shù)增多，在95版和01版中無連接的表征量分別達(dá)到40%和33.07%。時(shí)至06版和12版，無連接的表征量已超過50%。

推測(cè)06版及12版中大量出現(xiàn)“無連接”的表征，可能與從21世紀(jì)開始初中化學(xué)教科書使用彩色印刷有關(guān)。彩色印刷的教科書色彩豐富，會(huì)利用一些色彩或線條區(qū)分不同板塊內(nèi)容，如此，即使未連接也能定位相關(guān)表征材料。例如2012版教科書中自制白糖晶體的課外實(shí)驗(yàn)附有相應(yīng)的表征（圖12），且該表征與文本內(nèi)容無連接，但由于與此無關(guān)的內(nèi)容（此內(nèi)容上方部分）被限定在藍(lán)色方框中，所以學(xué)生能夠輕松地將實(shí)驗(yàn)的文字描述與對(duì)應(yīng)表征匹配。盡管如此，表征與文本連接的缺失實(shí)屬會(huì)在教學(xué)中造成不便，已有研究也指出教科書中的連接能提示學(xué)生何時(shí)查看表征，幫助學(xué)生在概念上整合材料^[20]。因此，教科書仍需重視表征與文本間的連接的建立。

5.4 視覺表征在C4維度的演變

表征標(biāo)題能夠指導(dǎo)學(xué)習(xí)者關(guān)注其中的重要內(nèi)容。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知（圖13），在我國多版初中化學(xué)教科書中標(biāo)題為“合適的”比例超過95%，“無標(biāo)題”的表征量甚少，在各版教科書中均少于4%，標(biāo)題為“有問題的”表征在各版教科書中也均少于5%。由此，可以認(rèn)為，我國初中化學(xué)教科書一直較為重視表征標(biāo)題的設(shè)計(jì)，但也有可繼續(xù)完善之處。如2012版教科書在介紹氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)于試驗(yàn)前后的兩幅表征均未擬定標(biāo)題（圖14），如此會(huì)對(duì)教科書的閱讀形成不便，編者可以對(duì)此類表征增加標(biāo)題以輔助理解。

6?結(jié)論與啟示

6.1 研究結(jié)論

本研究通過定量分析總結(jié)出我國初中化學(xué)教科書中視覺表征的演變趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，我國初中化學(xué)教科書表征類型豐富，各種表征類型均有使用，且都以宏觀表征為主，其中多重表征的設(shè)計(jì)方式在不斷地創(chuàng)新。在表征注釋維度，清晰的注釋有所增多，但注釋模糊的或隱含的表征也仍然存在。20世紀(jì)90年代開始我國初中化學(xué)教科書中出現(xiàn)大量與文本未建立連接的表征，在06版、12版中表現(xiàn)更為明顯，不過教科書中所有表征都與對(duì)應(yīng)文本內(nèi)容相關(guān)。研究也發(fā)現(xiàn)，我國初中化學(xué)教科書一直較為重視表征標(biāo)題的設(shè)計(jì)，教科書多數(shù)表征標(biāo)題都是合適的。

6.2 啟示建議

依據(jù)對(duì)于我國初中化學(xué)教科書中視覺表征研究所得結(jié)果，對(duì)今后教科書編排以及教學(xué)應(yīng)用提出幾點(diǎn)建議。

第一，教科書中要適當(dāng)增加多重表征的使用量，在設(shè)計(jì)方式上可考慮使用宏觀-微觀-符號(hào)三者結(jié)合的多重設(shè)計(jì)。因?yàn)楝F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生在不同表征間進(jìn)行轉(zhuǎn)化存在困難，然而，對(duì)一種化學(xué)現(xiàn)象的全面理解需要實(shí)現(xiàn)不同表征間的靈活轉(zhuǎn)換。

第二，教科書中使用多類表征時(shí)考慮結(jié)合多種描述方式，若與類比結(jié)合使用需說明目標(biāo)表征和類比表征之間的聯(lián)系。因?yàn)轭惐缺碚鳠o法全面地描述目標(biāo)概念，要在學(xué)生理解類比概念和目標(biāo)概念，并知道兩者之間關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，類比才能發(fā)揮作用。

第三，教科書編排時(shí)需重視在表征與文本間建立連接。教科書視覺表征中的連接作為一種索引，能幫助學(xué)生快速將表征與文本建立聯(lián)系。由此，建議在表征和文本之間建立相應(yīng)連接。

第四，教師在授課過程中需要合理組織和使用教科書中的視覺表征，也要積極參考其他版本的教科書或是借助網(wǎng)絡(luò)資源完善不充分的表征，科學(xué)地對(duì)教科書進(jìn)行“二次開發(fā)”。

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