2.3 样本编码示例

C1维度依据表征方式不同分为6个亚类。前3个亚类分别是宏观表征、微观表征和符号表征，即化学中常提及的“三重表征”，此处不再赘述。第4亚类是多重表征，如图1（a），该表征材料意在阐释石墨的结构，其中有宏观表征（石墨实物）和微观表征（石墨的结构示意图），并且两者同用以解释石墨的结构，故定为多重表征。第5亚类是多种表征，如图1（b），该材料旨在证明CO 2 不支持燃烧，其中蜡烛采用宏观表征，CO 2 采用符号表征，两者相互补充形成一个完整的实验示意图，归为多种表征。最后是多类表征，如图1（c），表征用足球类比C 60 来描述C 60 的分子结构，其中C 60 的分子结构用微观示意图表示，该材料视为多类表征。

C2维度依据清晰程度差异分为3个亚类，分别是清晰的、隐含的和模糊的。图2（a）中注释清晰，因其在表征材料内部对各相应部分有清晰注释，简单阅读即可了解其含义。图2（b）试图说明灭火器的工作原理，其中Ⅰ部分有清晰注解，但Ⅱ中注解不够清晰，读者无法直观了解橡皮管中流出什么物质，所以该注释是隐含的。图2（c）意在描述自然界中CO2的循环，却未明确其中的“C”如何生成，也没有说明植物吸收的“C”如何再次参与循环，因此该表征材料的注释是模糊的。

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3 结果与讨论

对6版教科书中视觉表征的编码统计结果如图3所示：

3.1 我国现行初中化学教科书视觉表征的总体特点

3.1.1 教科书中表征类型丰富且符合学生的认知规律

各种表征类型在我国初中化学教科书中都有呈现，其中宏观表征使用最多，在多个版本中使用量超过70.0%。这一共性与初中生思维发展特点有关，初中阶段学生思维发展水平处于由形象思维向抽象思维过渡的时期，合理使用宏观表征能激发并维持学生对化学的兴趣。而且，初中生首次接触化学，想实现从宏观到微观的过渡需循序渐进。因此，初中化学教科书中大量使用宏观示意图，这些材料或与生产生活息息相关，学生能直观的感受到化学与日常生活密切联系；又或是化学实验中常见的仪器、试剂，可让学生在进入实验室之前就对这些基本“工具”有初步的认识和了解。C1维度中，符号表征在各版本中占比均接近或超过10.0%，这一比例仅次于宏观表征，该特点反映了化学学科“以化学用语为工具”的独特之处。

3.1.2 教科书表征注释多清晰呈现

C2维度，各版本中表征注释“清晰的”部分均超过70.0%，说明编者能有意识的对表征材料做出诠释，以此降低学生解码的难度。表征注释为“隐含的”材料在各版本中均有相当一部分是实验实物图，这些实物图仅被用以展示实验结果、呈现实验现象，削弱了化学实验实物图的功能价值。例如，科普版中展示镁、铜、铁与酸的反应时没有相应注释，学生初次接触时无法清晰区分（图4）。又如，在几个版本教科书中都展示了蒸馏装置，该装置对于初中学生而言较为复杂，但未添加注释（图5）。有学者对多个版本教科书实验呈现方式进行研究，认为使用兼具实验操作和实验现象功能的表征材料会有助于学生熟悉和了解相关实验仪器 [14]，同时有研究表明实物图比模拟图更能帮助学生掌握操作方法、感受实验现象 [15]。若能进一步完善表征材料，给予适当的表征注释，能更充分地发挥表征的功能价值。

3.2 不同版本教科书视觉表征的比较分析

3.2.1 C1维度的比较分析

统计显示（图6），不同版本教科书都以宏观表征为主，相比之下鲁教版中宏观表征较少（仅57.4%），推测是因为部分宏观表征与其他表征类型结合，最终构成多重表征或多种表征。鲁教版在第一单元第一节就同时用宏观、微观、符号来表征H 2 和O 2 （如图7），即在学习之初就引导学生从化学的视角看世界，这也促成鲁教版中多重表征、多种表征使用较多，总计达17.2%。微观表征作为理解和解释化学现象的基 础 [13]，可以帮助学生建立心理认知模型以促进对概念的深入理解 [16]， 但微观表征在各版本中使用量均较少。研究发现，使用微观表征稍多的是科普版，达到5.2%，这或许与科普版中宏观-微观-符号的关联设计较少有关。符号表征在鲁教版和科普版中占比略多均超过15%，但就设计方式而言，6种版本很是相似，都以表格为主要呈现形式。

多重表征仅在科普版和科粤版中使用较少（均不足5%）。若论设计，鲁教版特点鲜明，主要体现在其更加注重宏观-微观-符号三者间的联结。在鲁教版的多重表征材料中宏观-微观-符号三者结合的设计占其多重表征总数的46.1%。例如，在表征“水”时，鲁教版中有同时使用宏观、微观和符号的表征方式（图8a），可促进学生准确解码表征信息。沪教版（图8b）、科普版（图8c）中的多重表征仅是宏观、微观结合。研究显示学生很难在不同表征水平间建立联系、进行转换[1]，因此配合符号表征可以减小学生在不同表征之间转换的难度。而且，对于刚开始接触化学的初中生而言，符号表征的呈现不仅是帮助他们建立三重表征之间的联系，还有助于他们熟悉元素符号，这也是鲁教版多重表征设计巧妙之所在。人教版（图8d）、科粤版（图8e）、北京版（图8f）的多重设计是微观和符号的结合，没有关联宏观表征。宏观表征可以促进学生对于化学概念的深入理解 [16]，所以缺乏宏观表征会造成学生的理解障碍。总之，在多重表征的设计上，不同版本倾向不同，人教版总体倾向于微观-符号的多重设计，科粤版、北京版倾向于宏观-符号的结合使用，沪教版、科普版则没有明显倾向性，宏观-符号、微观-符号和宏观-微观的多重设计都占有一定比例，其中鲁教版中大量使用宏-微-符三重表征结合的设计方式值得借鉴。

多种表征在鲁教版（9.5%）和科粤版（6.8%）中使用较多，且不同版本的设计特点一致，都是以宏观-符号的结合为主，均超过多种表征总数的75.0%。这些表征部分是出于便于表达的考虑，如图9为科普版中H 2 爆炸的实验示意图，由于气体不便于用宏观表征所以设计了符号表征。相似的，科粤版在表示氢氧燃料电池时也采用了类似的处理办法。另一部分多种表征是为促进学生理解，如沪教版在表示冷却结晶的过程时不仅使用溶解度曲线的符号表征，而且增加了宏观表征（图10），学生可以借助晶体析出的宏观过程理解曲线变化的内在含义，将会减小学生的理解难度。在鲁教版的多种表征中有25.0%同时呈现宏观、微观和符号表征，如在展示电解水实验装置图时，鲁教版选择用宏观示意图展示装置图，并同时用宏观、微观和符号三种方式表征水（图11）。这种设计不仅让学生了解到电解水该使用怎样的装置，而且微观和符号层面呈现的“水”，再次让学生认识到其微观构成，也将有益于学生理解H 2 、O 2 体积比为2：1的实验结果。这也再次证明鲁教版更注重引导学生建构宏观-微观-符号之间的连接。

多类表征在初中化学教科书中使用较少，各版本中的使用量均少于4.0%，且呈现形式相同，都以三重表征之一与类比结合。如在学习原子的相关知识时，人教版、鲁教版、科普版不约而同的以地球为类比物。类比作为以相似性为基础，建立新旧知识、经验之间关联的一座桥梁，合理使用能够促进学生的知识理解 [17]。同时，类比也被誉为“双刃剑”，因为它可能会引起学生对科学概念的曲解。例如在介绍淀粉水解为葡萄糖时，鲁教版和科粤版都选择用小剪刀类比酶的作用来形象地描述这一反应过程（图12）。仔细分析，剪刀的剪和酶的“剪”并不相同，可以说有本质区别，前者发生物理变化，后者则是化学变化，这就需要说明两者之间的区别与联系。Kapici也提议在使用多类表征时教科书需清晰指出表征材料与类比材料之间是如何关联的 [18]。

3.2.2 C2维度的比较分析

不同版本在C2维度分布情况较为相似（图13），“清晰的”占比均超过70.0%，鲁教版、科粤版和北京版中表征注释为“清晰的”接近80.0%。分析发现，鲁教版、科粤版和北京版中不仅对于微观表征有更清晰的注释，对宏观表征也更多的给出了注释。例如，同是描述α离子轰击金属箔，鲁教版对各组成部分都给出了清晰的注释（图14a），而沪教版仅展示了实验示意图（图14b）。Taber认为即使是在宏观层面的学习，初学者仍然存在困难，因为很多材料是学习者所不熟悉的，是在日常生活中不常见的 [19]。此外，受环境影响有些材料对部分学生而言已是司空见惯，但对于另外一些学生并非如此。教科书的使用群体十分广泛，因此有必要对表征赋以更清晰的注释，以满足不同学习者的需求。就这点而言，北京版设计时独具匠心，对实验仪器使用、实验操作的图示都清晰标明注释，如液体取用方法图示（图15），此外，在碳循环、氧循环、水循环这类的表征中也有详细注解，这便可解释为何北京版中清晰注释最多。清晰注释相对较少的版本在设计上可进一步提升，如沪科版介绍酒精灯的三层火焰——外焰、内焰和焰心时，仅选用实物图（图16a）进行表征，且没有给出注释。受多种因素影响，在实物图中未能看到三层火焰，这无疑会引起学生的质疑，若在实物图中添加注释可有效地减少学生的疑惑，也可借鉴其他版本附示意图的方式（图16b），将有益于学生理解。

4 结论

研究分析了6版初中化学教科书，通过总体观察发现，当前我国初中化学教科书在视觉表征的设计方式上特点鲜明。C1维度，教科书中表征类型丰富且都大量使用宏观表征，这符合初中学生的认知特点，但从数量到设计方式版本之间有差异。鲁教版多重表征的设计方式值得借鉴，其中大量呈现宏观-微观-符号三者的结合，在减小学生理解难度的同时，架起了宏观到微观的桥梁，帮助学生树立从化学视角看世界的意识。而人教版更倾向于微观-符号的结合使用，科粤版、北京版更倾向于宏观-符号的结合，沪教版、科普版则没有明显倾向性。多种表征中6版教科书都是以宏观-符号的结合为主，但不同材料的设计目的不同。其中，鲁教版多次将宏观、微观和符号三者结合，再次突出了鲁教版拟通过三重表征的结合使用帮助学生建立宏-微-符之间联系的设计理念。多类表征在各版本中都较少使用，且不同版本均选用类比来辅助表达，其中部分材料尚未说明表征与类比物间的区别与联系。在C2维度各版本间分布情况相似，都以“清晰的”为主，这反映出编者能有意识地通过注释的使用降低学生的认知负荷，其中宏观实物图注释的设计可进一步完善。相比之下，北京版在注释的设计上略胜一筹，其对于实验装置、仪器使用等宏观表征的注释更为清晰。

5 启示建议

在课程标准的指导下，不同版本初中化学教科书呈现出一些共同特点；在“一标多本”的教育体系下，由于不同编者对课标的理解以及编写思路不同，造成了版本间的差异。研究通过分析多版教科书，发现现行初中化学教科书或囿于篇幅限制及其他因素，在视觉表征的设计上仍可提升，故在总结总体规律及各版本的优势与不足后提出建议。

5.1 对教科书编写的建议

鲁迅先生曾言：“书籍的插图，原意是在装饰书籍，增加读者的兴趣，但那力量，能补助文学之所不及”。化学中的微观世界，学生很难透过文字直接想象，故有必要借助恰当地表征辅助学生理解。在表征类型上可适当增加多重表征、多种表征，且要注重宏观、微观和符号的结合使用，帮助学生逐步实现从宏观认识向微观认识的过渡。对于多类表征需谨慎使用，必要时可以配合文本点明两者之间的区别与联系。此外，目前教科书中多类表征的设计更多是与类比结合，然而课标明确提到“通过观察、想象、类比、模型化的方法使学生初步理解化学现象的本质”，所以设计时可以考虑结合其他描述方式。表征注释维度要进一步完善对于宏观表征的注释，以求更充分发挥这些表征材料的功能价值。

5.2 对教科书使用的建议

教师作为教科书的直接使用者，不仅要合理使用相关的视觉表征材料，更要创造性的使用教科书，即要重视对教科书的“二次开发”。具体而言，教师不仅要在授课过程中引导学生关注视觉表征，充分发挥视觉表征的作用来促进学生知识理解，更要有意识的借鉴参考其他版本教科书或是网络资源，对表征不够充分处进行补充和完善。对如上述“剪刀”和“酶”的类比要合理引导，在辅助学生正确理解的基础上，努力让学生明晰其中的差别，防止相异构想的形成。针对表征注释不够清晰之处，也需要进行更为具体、深入的讲解，适当补充缺失的表征注释，降低其带来的外部认知负荷，以此降低学生的解码难度。

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参 考 文 献

[1] 张丙香，毕华林．中学生化学反应三重表征的困难及原因分析[J]．教育科学研究，2013（6）：67-71．

[2] 宋振韶．教科书插图的认知心理学研究[J]．北京师范大学学报（社会科学版），2005（6）：22-26．

[3] JOHNSTONE A H.Macro-and micro- chemistry[J]. The School Science Review, 1982, 64(227):377-379.

[4] 毕华林，黄婕，开英丽．化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[J]．化学教育，2005，26（5）：51-54．

[5] 张丙香，毕华林．化学三重表征的含义及其教学策略[J]．中国教育学刊，2013（2）：73-76．

[6] 万延岚，毕华林．对课堂教学中教师使用教科书插图的研究[J]．教育科学研究，2012（11）：65-69．

[7] PINTO R,AMETLLER J. Students' difficulties in reading images. Comparing results fromfour national research groups[J]. International Journal of Science Education,2002, 24(3): 333-341.

[8] 宋婷，李远蓉，秦小翕．高中化学教材章节图像的特点分析及教学功能研究[J]．化学教育，2014，35（05）：11-13．

[9] 季春阳，赵千一．美国高中化学教科书中氧化还原反应图片设计分析[J]．化学教育(中英文)，2019（03）：36-39．

[10] 邓峰，钱扬义，柴颂刚，等．高中化学新教材(必修)图像系统的教学功能的初步研究[J]．课程·教材·教法，2006，26（3）：78-81．

[11] 廖志刚，袁鑫．中美高中化学教科书插图功能对比研究——以“物质结构与元素周期律”为例[J]．化学教育(中英文)，2019（03）：23-28．

[12] 边雅莉，齐立权．谈新编高中化学教材图片的运用[J]．化学教育，2003（10）：12-13+23．

[13] GKITZIA V,SALTA K, TZOUGRAKI C. Development and application of suitable criteria for theevaluation of chemical representations in school textbooks[J]. ChemistryEducation Research and Practice, 2011, 12(1): 5-14.

[14] 王伟，王后雄．3个版本初中化学教科书实验栏目的比较研究[J]．化学教育，2015（09）：20-25．

[15] 郑舒曼，关仕明，黄柳珊，等．初中化学(科学)启蒙教材中“实验”“插图”“科普知识”的比较分析[J]．化学教育，2020，41（15）：1-8．

[16] SHEHAB S S,BOUJAOUDE S. Analysis of the Chemical Representations in Secondary LebaneseChemistry Textbooks[J]. International Journal of Science and MathematicsEducation, 2017, 15(5): 797–816.

[17] 范增民，毕华林，刘一兵．高中化学教科书中类比特征的分析及编写建议[J]．化学教育，2011（12）：9-12．

[18] KAPICI H O,ACIKALIN-SAVASCI F. Examination of visuals about the particulate nature ofmatter inTurkish middle school science textbooks[J]. Chemistry EducationResearch and Practice, 2015, 16(3): 518-636.

[19] TABER K S.Revisiting the chemistry triplet: drawing upon the nature of chemical knowledgeand the psychology of learning to inform chemical education[J]. ChemistryEducation Research and Practice, 2013, 14(2): 156-168.

（1）若留家庭地址，请保证居住小区有自己的信箱且正常使用，以便邮政投递；返回搜狐，查看更多