從核心素養(yǎng)視角談高中物理教材插圖中的德育元素
——以新人教版和粵教版必修模塊為例

張凱翔 張軍朋

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

育人為本，德育為先.隨著新課程改革的不斷深入，我國基礎(chǔ)教育課程的目標(biāo)方向和價(jià)值追求經(jīng)歷了從“雙基目標(biāo)”到“三維目標(biāo)”再到“核心素養(yǎng)”的3個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)了從學(xué)科知識(shí)到學(xué)科本質(zhì)，再到學(xué)科育人價(jià)值的轉(zhuǎn)變.物理學(xué)科核心素養(yǎng)作為物理學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，使得學(xué)科和育人走向協(xié)調(diào)統(tǒng)一，這也就意味著：物理學(xué)科德育不再是發(fā)揮物理學(xué)科育人功能過程中的一個(gè)孤立環(huán)節(jié)[1].

物理教材是物理教師開展物理教學(xué)活動(dòng)的主要依據(jù)，其編寫以落實(shí)立德樹人根本任務(wù)為總導(dǎo)向，以提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)為總目標(biāo)[2].根據(jù)心理學(xué)家Paivio的雙重編碼理論，插圖作為教材的非語言表征，可以更好地加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶[3].因此，已有不少學(xué)者對(duì)插圖在教學(xué)實(shí)踐中所具有的教學(xué)價(jià)值進(jìn)行了開發(fā)研究，但是，卻鮮有學(xué)者對(duì)其插圖所蘊(yùn)含的德育價(jià)值進(jìn)行挖掘.實(shí)際上，學(xué)科德育作為一種育人活動(dòng)，尤其看重學(xué)科知識(shí)與學(xué)生生活以及已有認(rèn)知和情感經(jīng)驗(yàn)之間的聯(lián)系[4]，而從認(rèn)知心理學(xué)的角度，教材插圖由于其生動(dòng)逼真、色彩鮮艷的特點(diǎn)，可以為學(xué)生提供更為具體、直觀的感知對(duì)象，是學(xué)生在思維過程中建立正確表象的基礎(chǔ)[3].可見，教材插圖不僅蘊(yùn)含著豐富的知識(shí)信息，還與學(xué)科德育具有天然的契合性.有鑒于此，本文以新人教版和粵教版必修模塊為例，從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)維度談高中物理教材插圖中的德育元素，希望能夠?yàn)槲锢斫處熢谂囵B(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的過程中滲透學(xué)科德育提供有力參考，從而更好地落實(shí)立德樹人的根本任務(wù).

1 物理觀念維度下高中物理教材插圖中的德育元素

教材中有些插圖形象地復(fù)刻了真實(shí)的物理情境，將物理概念和規(guī)律活靈活現(xiàn)地呈現(xiàn)在了學(xué)生面前，能夠幫助學(xué)生形成有關(guān)物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等基本觀念，促使物理概念和規(guī)律等在學(xué)生頭腦中的提煉與升華.而物理學(xué)作為自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學(xué)科，為辯證唯物主義提供了大量的科學(xué)例證，教材插圖中能夠體現(xiàn)辯證唯物主義思想的物理概念和規(guī)律更是比比皆是.因此，物理教師在教學(xué)實(shí)踐中，不僅可以利用插圖來加深學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的理解，還能夠挖掘插圖中蘊(yùn)含的辯證唯物主義思想，并將其融入到物理教學(xué)過程中，使辯證唯物主義教育與物理教學(xué)產(chǎn)生協(xié)同作用.

例如，人教版在“運(yùn)動(dòng)的描述”這一章節(jié)中，利用圖1描繪了宋代詩人陳與義的一首古詩：“飛花兩岸照船紅，百里榆堤半日風(fēng).臥看滿天云不動(dòng)，不知云與我俱東”.該幅圖不僅蘊(yùn)含著中國傳統(tǒng)詩意文化，以及古人對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)性的理解，還蘊(yùn)含著物理學(xué)中的辯證唯物主義思想.教師在基于此圖進(jìn)行教學(xué)時(shí)，可以從物理學(xué)的視角對(duì)“參考系”進(jìn)行講解之后，引入“運(yùn)動(dòng)與靜止”這一對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，對(duì)學(xué)生進(jìn)行較基礎(chǔ)的辯證唯物主義教育：“運(yùn)動(dòng)與靜止”是辯證唯物主義思想中的運(yùn)動(dòng)觀和對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律在物理學(xué)中的具體體現(xiàn)，辯證唯物主義在肯定運(yùn)動(dòng)是普遍的、永恒的和無條件的同時(shí)，又承認(rèn)靜止是運(yùn)動(dòng)的一種特殊狀態(tài)，絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)靜止是相對(duì)統(tǒng)一的，這看似矛盾對(duì)立的雙方在一定條件下會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換，這種觀念其實(shí)是與物理學(xué)中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相符合的.這樣的教學(xué)過程不僅有利于加深學(xué)生對(duì)“參考系”概念的理解，還可以培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義思想，向?qū)W生滲透認(rèn)識(shí)世界和改造世界的根本方法——矛盾分析法，以便對(duì)學(xué)生進(jìn)一步進(jìn)行教育：引導(dǎo)學(xué)生正確看待同學(xué)之間的競爭關(guān)系，將競爭的壓力轉(zhuǎn)化為前進(jìn)的動(dòng)力；要求學(xué)生從實(shí)際出發(fā)，更加客觀地看待教師、家長和身邊的同學(xué)，切忌嚴(yán)以待人、寬以律己的現(xiàn)象發(fā)生……

圖1 古詩情境

諸如這樣的插圖，教材中還有許多，如圖2所示，牛頓“平拋石頭”的思想實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含著量變質(zhì)變規(guī)律這一辯證唯物法中的基本規(guī)律；再如圖3所示，“同時(shí)性的相對(duì)性”思想實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著唯物主義真理觀：真理和謬誤在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化.類似此類插圖，物理教師都可以參考上述的教學(xué)思路，對(duì)學(xué)生進(jìn)行較基礎(chǔ)的辯證唯物主義教育，幫助學(xué)生根據(jù)自己知識(shí)的掌握程度和遷移的本身需求，養(yǎng)成從物理學(xué)的視角解釋和解決問題的習(xí)慣，領(lǐng)會(huì)物理學(xué)中蘊(yùn)含的科學(xué)價(jià)值和人文價(jià)值，掌握正確的辯證唯物主義世界觀和認(rèn)識(shí)論.

圖2 “平拋石頭”思想實(shí)驗(yàn)

圖3 “同時(shí)性的相對(duì)性”思想實(shí)驗(yàn)

2 科學(xué)思維維度下高中物理教材插圖中的德育元素

物理學(xué)家勞厄曾說：“重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力.教育無非是一切已學(xué)過的東西都遺忘掉的時(shí)候,所剩下來的東西.”可見，在教學(xué)實(shí)踐層面開發(fā)學(xué)生科學(xué)思維尤其重要.教材中有些插圖在時(shí)間上具有遞進(jìn)關(guān)系，在將科學(xué)認(rèn)知的發(fā)展歷程“顯化”的同時(shí)，還利用其生動(dòng)傳神的特點(diǎn)，將錯(cuò)綜復(fù)雜的物理世界中的美學(xué)浮現(xiàn)出來.這類插圖不僅蘊(yùn)含著建構(gòu)物理模型過程中所需的科學(xué)方法和邏輯思維，還蘊(yùn)含著物理學(xué)中的簡約之美、和諧之美.

例如，人教版在“萬有引力與宇宙航行”這一章節(jié)中，在“科學(xué)漫步”模塊中運(yùn)用如圖4所示的組合圖描述了人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程，其不僅蘊(yùn)含著人類從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)革新中所運(yùn)用的科學(xué)思維，以及物理學(xué)家勇于創(chuàng)新、敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神，還蘊(yùn)含著物理學(xué)中的審美情趣對(duì)物理研究的直接推動(dòng)作用.而“科學(xué)漫步”作為教材中的選學(xué)內(nèi)容，如果教師不對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，學(xué)生往往會(huì)當(dāng)作“故事會(huì)”來品讀.因此，基于該插圖組，物理教師可以運(yùn)用以下問題串來驅(qū)動(dòng)學(xué)生的思維.

(a)火星的逆行

問題1：古人在對(duì)行星運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究時(shí)為何要建立理想模型？

問題2：物理學(xué)家在基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行科學(xué)推理和科學(xué)論證的過程中，所遵循的原則有哪些？

問題3：后人是否都是基于前人的研究成果，才提出自己創(chuàng)造性的見解？

問題4：物理學(xué)家們所追求的“簡約美”是如何指引他們突破對(duì)行星運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的瓶頸的？

通過這種有意識(shí)地引導(dǎo)，原本“呆木”的物理模型插圖中隱性的邏輯思維、科學(xué)精神和審美情趣得到挖掘，教師不僅從科學(xué)思維中質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)推理、模型建構(gòu)和科學(xué)論證4個(gè)要素的角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行了針對(duì)性地訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的形成，還有助于學(xué)生以物理學(xué)中的審美視角去感知客觀世界，逐步形成一定的發(fā)現(xiàn)美、欣賞美和創(chuàng)造美的能力，進(jìn)而在學(xué)習(xí)感性物理的同時(shí)，感悟理性物理，觸發(fā)學(xué)生高階思維的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的深度學(xué)習(xí)[6].

3 科學(xué)探究維度下高中物理教材插圖中的德育元素

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，其教材中自然也設(shè)計(jì)了許多科學(xué)探究活動(dòng).根據(jù)建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的過程中，至關(guān)重要的一點(diǎn)就是讓學(xué)生主動(dòng)經(jīng)歷真實(shí)的探究情境，并運(yùn)用物理學(xué)科中的科學(xué)方法和邏輯思維去發(fā)現(xiàn)新知識(shí)[7].

教材中有許多插圖將科學(xué)探究的物理情境直觀地呈現(xiàn)出來，把“迷你實(shí)驗(yàn)室”搬到了學(xué)生面前，便于教師和學(xué)生“足不出戶”就可以進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng).基于此類插圖，教師不需急于告訴學(xué)生去“做什么”，而可以通過問題引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)覺“為什么做”“怎么做”，幫助學(xué)生在科學(xué)探究的過程中，形成一種主動(dòng)、多元尋求解決問題方案的心理特征，將科學(xué)探究能力內(nèi)化為自身品質(zhì)的一部分[8].

例如，人教版在牛頓第一定律這一節(jié)的“拓展學(xué)習(xí)”板塊中，設(shè)置了如圖5所示的插圖：在桌面上放置一張紙和一個(gè)小鋼球，小鋼球靜止在紙面上.

圖5 牛頓第一定律拓展實(shí)驗(yàn)

教師可以基于這幅插圖開展這樣的教學(xué)活動(dòng).

師：如何根據(jù)圖中的小鋼球和紙來設(shè)計(jì)一個(gè)小實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)牛頓第一定律？

生：迅速拉動(dòng)小鋼球下面的紙張.(學(xué)生可以從插圖中捏著紙張的手獲得線索)

師：結(jié)合觀察和生活經(jīng)驗(yàn)，我們可以猜想小鋼球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是什么？

生：小鋼球會(huì)在原地不動(dòng).(學(xué)生由于思維定勢(shì)說出答案)

師：如果以紙張為參考系，小鋼球還是靜止?fàn)顟B(tài)嗎？如果它的靜止?fàn)顟B(tài)被迫改變，根據(jù)牛頓第一定律，它在水平方向的力難道發(fā)生了改變？

生：小鋼球在相對(duì)于紙張向相反的方向運(yùn)動(dòng)，并且在水平方向上幾乎不受力.(學(xué)生產(chǎn)生迷思概念，表示不符合自己對(duì)牛頓第一定律的理解)

師：如果以地面為參考系，這種矛盾的情況還會(huì)出現(xiàn)嗎？為什么對(duì)于同一物體的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)參考系選擇不同時(shí)，牛頓第一定律就會(huì)“失靈”呢？

顯然，上述的教學(xué)片段中教師通過層層遞進(jìn)的問題，將生活中看似簡單的物理情境進(jìn)行拆分，引導(dǎo)學(xué)生基于自身的思維定勢(shì)和迷思概念進(jìn)行交流與反思，不僅拓寬了學(xué)生對(duì)牛頓第一定律的了解面，還為下一節(jié)“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)探究課進(jìn)行了“預(yù)熱”.

科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)并非一朝一夕之功，學(xué)生只有在反復(fù)經(jīng)歷有效的科學(xué)探究活動(dòng)后，才能使科學(xué)探究的素養(yǎng)和解決實(shí)際物理問題的能力得到真正地培養(yǎng)和升華.教材中還有許多類似的生活趣味小實(shí)驗(yàn)插圖，如圖6所示.教師基于此類插圖，都可以采用類似的引導(dǎo)式提問，讓學(xué)生既能親歷實(shí)驗(yàn)探究的過程，又能體驗(yàn)理論探究的歷程，以科學(xué)探究的形式進(jìn)行物理觀念和科學(xué)思維的教學(xué)，從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，這對(duì)學(xué)生形成物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有重大的推動(dòng)作用.

(a)

4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任維度下高中物理教材插圖中的德育元素

隨著新課改的不斷深入，教材在插圖的選擇方面也更加注重人文性與科學(xué)性.教材中的一些插圖栩栩如生地將物理知識(shí)與生產(chǎn)生活、現(xiàn)代社會(huì)及科技發(fā)展之間的聯(lián)系呈現(xiàn)在了讀者面前，不但在一定程度上拓展了學(xué)生的知識(shí)視野，還蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任等學(xué)科情懷.物理教師在教學(xué)過程中，可以基于此類插圖的內(nèi)容，結(jié)合相關(guān)的多媒體資源和時(shí)事新聞，引導(dǎo)學(xué)生逐步形成學(xué)習(xí)物理的內(nèi)在動(dòng)機(jī)，在生活中自覺遵守社會(huì)上普遍接受的道德規(guī)范，樹立保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的意識(shí).

例如，人教版序言中的圖7，向?qū)W生展示了半導(dǎo)體芯片的外觀，為教師引導(dǎo)學(xué)生去感受物理學(xué)對(duì)半導(dǎo)體材料等前沿行業(yè)的影響提供了素材.基于此圖，教師可以結(jié)合美國封殺中興、制裁華為等，與國家、高新技術(shù)行業(yè)密切相關(guān)的時(shí)事對(duì)學(xué)生進(jìn)行更深度的拓展，促使學(xué)生了解我國目前在芯片技術(shù)領(lǐng)域被“卡脖頸”的現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)去改變現(xiàn)狀的信念，培養(yǎng)學(xué)生承擔(dān)民族復(fù)興與時(shí)代發(fā)展的使命感.

圖7 半導(dǎo)體芯片

教材中還有其他類似的插圖，如圖8和圖9所示，教師都可以結(jié)合時(shí)事展開教學(xué)，對(duì)我國高新技術(shù)行業(yè)的現(xiàn)狀以及國際形勢(shì)加以分析.長久下去，不僅能讓學(xué)生在和平年代依舊保持“憂患意識(shí)”，更深層次地激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，甚至可能影響中學(xué)生在未來對(duì)專業(yè)和職業(yè)的選擇.

圖8 飛機(jī)在航母上起飛

圖9 嫦娥三號(hào)登月探險(xiǎn)器

又如，粵教版在“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”這一章節(jié)的課后習(xí)題中，設(shè)置了如圖10所示“跑馬射箭項(xiàng)目”的插圖，教師可以在講解完這道題的物理知識(shí)之后，提醒學(xué)生們注意插圖中的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，嘗試引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“跑馬射箭”的少數(shù)民族傳統(tǒng)習(xí)俗，從而進(jìn)一步呼吁學(xué)生保護(hù)和傳承少數(shù)民族文化，秉持尊重差異、包容多樣的觀念.此外，如“機(jī)械能及其守恒定律”這一章節(jié)中的圖11，描繪了潮汐發(fā)電的原理，不僅可以幫助學(xué)生回顧機(jī)械能守恒定律的物理知識(shí)，還能夠?yàn)槲锢斫處熞龑?dǎo)學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)本質(zhì)，進(jìn)行STSE教育提供素材，喚起學(xué)生對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)，更好地建立人與自然的和諧關(guān)系.

圖10 跑馬射箭項(xiàng)目

圖11 潮汐發(fā)電原理

5 結(jié)束語

綜上所述，我們不難看出，不僅核心素養(yǎng)和德育元素之間是相互交融的，各個(gè)德育元素之間往往也是相互聯(lián)系的.教材插圖中的德育元素還遠(yuǎn)不止本文中列舉的例子，物理教師在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)在確保物理知識(shí)主體地位的同時(shí)，充分挖掘教材插圖中的德育元素，將物理學(xué)科德育實(shí)施的過程“如鹽在水”地穿插在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的過程中，真正做到“守好一段渠、種好責(zé)任田”，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù).當(dāng)然，教師還要做到言行一致，以身作則，牢記教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的榜樣，自身才是最重要的“德育元素”，實(shí)現(xiàn)全方位育人，努力開創(chuàng)高中物理德育新局面.