教材插图在学科知识理解、传播与学科实践中扮演重要角色。建立科学类教材插图评价标准，有利于深化科学知识学习，落实科学素养培养以及规范科学教材建设。结合科学类学科特点和学生主体视角，从图像属性、图文关系和认知功能三方面系统阐述科学类教材插图评价标准的生成逻辑。科学类教材插图评价标准在应用过程中需要注意：依据标准优化教材插图设计；指导教师科学用图，发挥科学类教材插图育人功能；培养学生图像素养，提高学生科学学习能力。

教材作为知识的重要载体，其文字、插图、排版设计都会影响学生的学习效果和学习体验。然而，在实践中，不论是学生、家长、教师等教材“用户”，还是负责教材的编制、审查、出版等“开发者”都存在重“字”轻“图”的倾向。偶发的教材插图事件暴露了教材插图在编制和审核过程中的漏洞。我国关于教材插图的编写和修订指导标准正处于发展之中，教材插图的质量如何保证，亟须制定统一的学科教材插图评价标准。

教材插图指教材中的图像类视觉表征，包括照片、图表、图形、地图等，其中，科学类教材由于学科知识的高度抽象性，广泛应用类型多样的教材插图来帮助学生更好地理解科学概念和科学现象。然而，既往研究结果显示，科学类教材插图对学生学习效果的影响存在着两种不同的观点。

第一种观点认为，科学类教材插图是重要的学习资源，有利于促进学生学习。持这种观点的研究者认为插图可以促进学生对科学知识的理解和学习兴趣的提高。比如，已有研究发现，在化学学习中，视觉图像可以帮助学生建立关于化学结构、反应和过程的心智模型，并且教材插图的科学性、清晰度以及精美程度对学生学习化学的兴趣和态度有显著的正向预测作用。

第二种观点认为，科学类教材插图难以针对性改善学生的学习。持这种观点的研究者指出有些科学类教材插图缺乏教育性而导致其效果有限。一种情况是教材插图设计不当造成学生误解。例如，生物教材中的插图由于颜色之间缺乏对比，导致器官无法相互区分；图像结构无标签、标签不正确或箭头指向空位会造成学生的学习误区。另一种情况是教材插图可能增加学生认知负荷。例如，有些教材插图是对文字内容的重复解释，还有一些插图缺乏对学科内容相关性的明确阐述。

由上述分析可知，关于科学类教材插图及其功能还存在诸多争议。造成上述争论的重要原因之一在于缺乏明确的科学类教材插图评价标准，导致教材插图质量不一，插图使用缺乏专业规范。因此，建立科学清晰的科学类教材插图评价标准对于规范教材编写、提升教材插图的适用性具有重要意义。

科学类教材插图应当传播科学知识、促进科学学习以及助力科学类教材建设，也就是说科学类教材插图评价标准具有学科性、教育性以及科学性。

科学知识复杂抽象的学科特征容易造成理解困难，科学类教材插图应当与文字形成互补，以更加准确、生动、具象化的方式呈现科学知识与过程，便于知识的传播与传承。因此，科学类教材插图评价标准的目的之一是以学科性明确教材插图在科学知识传承中的重要作用。

一方面，科学类教材插图评价标准从科学学科本质出发，明确插图在科学知识传承中的独特作用。通常来说，化学、物理或生物等科学类学科在本质上具有视觉属性，因为它们的目标是使自然世界中发生的现象变得可观察和可解释，单靠教材中的文字难以帮助学生“看到”这些科学现象，并且科学学习的很大一部分是对总结归纳的科学模型的学习，这些模型更加抽象。插图的合理使用可以使抽象的科学知识具象化，以类比或简化的方式解释科学概念和现象，以一种更加易于理解的方式促进科学知识的传承。

另一方面，科学类教材插图的评价标准关注图文结合在传承科学知识中的系统效应。相关研究发现，文字合理配以图片的学习效果比仅从文字中学习的效果更好。认知负荷理论认为工作记忆的限制构成了大脑处理信息的重大瓶颈。而根据双重编码理论，大脑对言语信息和视觉信息有着不同的处理方式，图文搭配可以通过战略性地部署言语和视觉两个通道来功能性地扩展工作记忆。当学习者以正确的顺序阅读文本，并在这过程中接受各类视觉表征的刺激，可以更好地获取和理解知识，并且能够在长期记忆中建立起事物如何运作的心智模型。

教育性是科学类教材插图的核心属性之一，科学类教材插图的评价标准以其教育性规定了教材插图的教育功能，以激发科学类教材插图的育人潜力，促进学生科学素养的发展。

首先，评价标准以其教育属性明确了科学类教材插图编制的实践性原则。科学学科具有强烈的实践性，实践探究既是科学素养的核心组成部分，也是发展科学素养的重要途径。科学类教材插图不仅要帮助学生学习科学类的事实、概念、理论和规律，更要理解科学的认识论基础和知识生产过程，支持学生开展科学实践探究活动。由此，科学类教材插图评价标准规定插图要涵盖科学实践过程的相关知识，不仅通过可视化的方式呈现科学知识，更是借助过程性的图像信息告诉学生“科学知识是如何产生的”，促进学生对科学本质的学习。

其次，评价标准以其教育属性规范了科学类教材插图设计的认知性原则。从学生认知角度考虑，科学类教材插图应当解释这些视觉表征是如何产生的，其特征与意义是什么，帮助学生更好地理解科学知识而不是进一步造成认知负担。同时，教材插图通过呈现视觉表征的产生过程与原因，向学生示范各类视觉表征在科学研究和知识生产过程中的重要应用，引导学生学会解释和构建科学类插图，将内化的科学知识体系以视觉表征形式显现，形成理解图像和利用图像进行科学学习的能力，从而促进学生科学素养的发展。

作为教材的组成部分，插图也是教材建设的重要内容。科学清晰的教材插图评价标准有助于确保科学类教材建设的规范性。

一方面，科学类教材插图评价标准有利于规范教材插图的编写。在编写科学类教材插图的时候需要遵循以下原则。其一，教学性原则。插图的设计应该使其成为学习任务的一部分，激发学生的认知活动，发展学生的能力。其二，准确性原则。插图是科学知识的表征形式，应当注意准确、清晰、严谨，并且根据知识的更新迭代及时修订。其三，学生中心原则。插图的设计需要考虑不同年龄阶段学生的认知水平、学习兴趣、审美需求和生活经验，对原始图像进行合理的筛选和优化，以及提供必要的注释帮助学生建立起图像、知识、经验之间的联系。

另一方面，科学类教材插图评价标准有利于审查教材插图的合理性。一是教材插图评价标准可以作为不同评审专家的统一参考准则，保证审查的一致性。不同专家对于教材插图有不同的直观感受和评审角度，科学类教材插图评价标准可以提供一致的评价维度和指标供专家团队参考和讨论，保证审核结果的客观性。二是教材插图评价标准可以为插图审核提供不同的切入点，保证审查的全面性。评价标准将从插图的质量、功能、图文排版等不同方面为教材插图的审核提供详细的参考指标，从多方面进行严格的把控和筛选。

从科学发展与知识传承的目的考虑，科学类教材插图既要能够精准表达科学知识，又要易于读者理解，因而科学类教材插图评价标准尤为关注插图的图像属性与图文关系。从教材插图的使用者角度考虑，科学类教材插图评价标准理应发挥助学功能，即科学类教材插图对学生认知活动的激发作用。鉴于此，本研究将从教材插图的图像属性、图文关系和认知功能三个维度探讨科学类教材插图评价标准的生成逻辑。

教材插图的图像属性包括图像类型和视觉元素两个方面，详见表1。其中插图的类型影响着研究者对教材中插图分布和使用方式的分析，目前关于教材插图类型并没有一个统一的分类规则。根据图像反馈的信息类型和功能定位，可以将插图分为示例图像、视觉图解、言语图解三大类。示例图像用于呈现事物的内部和外部特征，形成最直观的印象，如照片、技术图像和绘画等；视觉图解旨在呈现事物的结构和演变的特征，如结构图和流程图；言语图解更加强调通过图表的形式说明要素之间的相互关系、数量关系。根据信息类型和学习目的的不同，科学类教材插图需要选择最能够准确表达科学知识的图像类型。

教材插图的视觉元素包括图像清晰度、呈现方式、情境、位置、符号元素和色彩等基础特征，在插图的设计中，可以通过突出视觉元素来增强插图的功能。如在插图的呈现方式上，采用放大、排列、透视、横截面等不同的方式对相似符号的不同含义进行编码，突出重点内容或形成对比；或者是利用插图构建生动的科学情境，帮助学生将抽象的知识转化为具体的图像；还可以用箭头、线条等符号揭示插图中不同要素之间的关系或者体现逻辑和流程，将学生的注意力集中在要素之间的顺序和功能关系上。最后，色彩的合理利用可以帮助区分图像中的不同要素或突出重要的方面。

插图与文本之间密切关联，如果学习者不认为插图与文本相关，或者他们不理解插图的目的，那么插图就无法对其学习产生积极的影响。根据理查德·梅耶尔等人提出的“基于文本和图像整合的教科书设计生成理论”，当文本和图片整合呈现在页面上而不是分开时，学习者能够产生更多的问题解决方案，强调了科学类教材插图在物理位置设计上的重要性。此外，多媒体学习认知理论提出了图文的一致性原则，强调插图应该与文本内容适配，不相关的图像或其他无关却吸引人的细节容易分散学习者的注意力。因此科学类教材插图评价标准需要从两个方面规定插图的图文关系：一是插图与文本的物理布局，二是插图与文本的语义融合，前者会在一定程度上影响后者，详见表2。

科学类教材中图文之间的物理布局可以分为三种类型。第一类是插图围绕着文本散布在教材四周任何地方，这类布局一般不会影响学生对插图和文本阅读的先后顺序，插图与文本本身联系并不十分紧密；第二类布局是文本被分解为一系列图片下面的标题，这里的文本一般起到注释的作用，用于概述情境，促进读者对内容的理解，或者是提示关键信息；第三类布局是整个页面变成图表，文本仅存在于图像周围或图像内的小块中，如标签、短语或孤立的句子，这类布局图文之间联系度最高，通常伴随着更高阶的认知活动，学生在读图的过程中自然地完成知识的建构。教材插图与文本之间存在四种语义关系：装饰性、表征性、组织性和解释性。装饰性插图不会增强文本的信息，主要用于丰富视觉体验，吸引学生阅读；表征性插图用于说明文本内容，图文对应，从而增加学生对抽象事物的理解；组织性插图描述了两个或多个要素之间的结构关系；解释性插图通过显示要素的状态变化、相互关系或者增加信息来解释某些科学过程是如何发生的，帮助学生理解更困难、不熟悉的概念。不同类型的物理布局和语义关系的插图设计对于科学类教材来说都是必要的，但是需要根据教材单元内容的重点和难点以及学生认知需求来设计，引导学生合理分配注意力，降低科学知识的学习难度。

基于科学类教材插图的教育性功能定位，插图需要引起学生的认知活动，促进学生科学素养的发展。本研究在马修·彼得森等人提出的科学类教材插图的“接近—活动—结果”认知三阶段基础上，将学生与插图的互动过程细化为每个阶段更加具体的认知活动。不同的教材插图会引发不同的认知活动，同一幅插图也可能先后引起不同的认知活动。

第一阶段为接近，引发学生注意。在该阶段，读者可以快速将教材插图与科学情境联系起来，确定插图是否有意义以及能否引起后续认知活动。科学类教材插图首先需要发挥激发学习兴趣的非认知功能，然后进一步刺激学生与科学知识相关的回忆和集中注意力，将学生快速引入教学主题。比如，采用一些既能激发学生兴趣又能激活先验知识的照片或者漫画，使用一些图标来帮助学生更容易地定位关键信息，适当简化插图内容以减少无关信息打扰。

第二阶段为活动，也是读者的读图阶段。该阶段插图将引发学生的各种认知活动，包括辨别、计算、叙述、分类、综合等活动。比如，“辨别”指学生通过插图中的事物属性或构造抓住相似事物在本质上的差异；“综合”指学生在心理上将不同插图呈现事物的部分特征整合为整体的丰富模型，深化对整个概念的理解。插图激发的认知活动往往与学习任务相结合，活动阶段插图可以引起的学习任务有三个层级：第一层级侧重于处理图像提供的显性信息，学习者只需要读取、识别、定位或记录图像的元素或特征；第二层级侧重于处理图像中隐含的信息，要求学习者分析、推断、关联和比较图像中的元素；第三层级是基于图像的全局分析，需要在其元素之间建立概念关系，这要求学生运用先前对该现象的相关知识来描述、解释或预测图像中表示的现象。

第三阶段为结果，结果阶段描述了学生经历活动阶段之后的认知改变。它代表长期记忆的变化，学生通过插图学习丰富科学概念或者形成心理模型，这是学生获取新图示或者拓展原有知识结构的过程。插图本身也可以作为载体呈现学生的认知结果，如让学生完善插图或者绘制插图来说明他们对科学概念的理解。此外，具有内容拓展功能的插图还可以激发学生进一步探索的兴趣，并提供知识桥梁。

以上从图像属性、图文关系和认知功能三个方面梳理了科学类教材插图评价标准最基本的生成逻辑，但是插图评价标准的生成逻辑并不是一成不变的，而是需要根据教育理念、科学技术和学生的认知发展等因素进行动态调整。教育理念影响着科学类教材插图的功能定位，例如对“科学实践”的重视决定了教材插图需要帮助学生更好地理解和参与科学过程，因而科学类教材插图评价标准规定插图设计要遵循实践性原则。同时，技术的发展使教材形态更加多样化，教材插图可以有更加丰富的呈现形式，这为教材插图的编制与设计提供更多的施展空间。而数智时代下知识生产方式发生变革，插图将被赋予更高的认知功能定位，帮助学生发展应对未来挑战的高阶思维能力与技能。因此，科学类教材插图评价标准的生成逻辑需要根据实际适时调整，以适应新的教育需求。

科学类教材插图评价标准提供了一套对科学类教材插图进行综合分析的系统工具，可以应用在科学类教材插图的编写、审核、使用和评价等各个环节，以便从不同主体视角理解科学类教材插图的价值与作用，真正发挥科学类教材插图的教育功能。

根据科学类教材插图评价标准，科学类教材插图的设计应该从插图的图像属性、认知功能和图文关系入手，注重插图的丰富性、探究性和图文一致性。

丰富性是指科学类教材要尽可能多地使用不同类型插图帮助学生从多种角度去理解科学知识。不同类型图像有各自的表达优势，如解释科学现象用真实照片更加生动形象，而讲解科学原理用流程图和简笔画更加简洁直观。对于同一事物也可以采用多种类型图像来阐释其现象和本质。

探究性是指科学类教材插图要能够激发学生的探究兴趣和引发学生的认知活动，让学生在探究插图的过程中建构科学知识。插图引发的认知活动与学习任务相关，在设计插图时可以匹配相应的学习任务，比如有些插图的呈现可以不用十分完整，让学生尝试自行完善，或是构建一个科学问题情境，让学生以绘制插图的方式解决科学问题。

图文一致性指插图设计既需要考虑物理布局，也要考虑插图对文本内容的支持作用甚至是拓展作用，以保证学生学习的连贯性。在教材编制过程中，插图设计者或编制者要对文本内容和教学规律有深刻的理解，或与文本内容编制者保持密切交流，保证插图能够准确地传达出关键信息。

教师的教材插图使用策略对于学生学习具有重要影响，科学类教材插图评价标准可以用于指导教师解读教材插图蕴含的教育元素，将其转换为教学语言和学习任务，引导学生在插图学习过程中理解、掌握和应用知识。

首先，教师要以学生学习为中心进行插图教学设计。教师教材理解过程的最后一步是“教师调整与改进教材”，插图的适用性也是教师改进教材时需要考虑的问题之一。教师可以根据教学内容、教学目标和学情，深入挖掘教材插图中蕴含的教育元素，对教材上的插图进行适当取舍和二次开发。

其次，教师要善于激活学生不同层次的认知活动来处理教材插图。教师可以围绕教学目标和图文内容设计适宜的学习任务，如观察细节、辨别差异、编写注解、标注关系、绘制简易图等学习任务，帮助学生迅速在文本和图像之间建立联系，在脑海中形成图文并茂的科学知识体系。

最后，教师要注重挖掘科学类教材插图中的隐性知识，对学生进行情感态度价值观的教育。教材插图中有许多关于科学实验、人物简史、自然景观的描述，图像的直观感受带来的情感体验比文字更加强烈，教师可以利用插图进行情境创设，培养学生探究、合作、创新的科学精神和专注、坚韧的优良品质。

科学类教材插图评价标准强调培养学生创造性地应用各类图像解决问题的技能，即在科学教育中要有意识地发展学生的图像素养。图像素养可以简单地定义为解释和构建图形的能力，可以解压缩图像表征中内含的复杂信息。学生的图像素养可以在科学类教材插图学习中获得培养和锻炼，同时，图像素养的提升也能提高学生的科学学习能力。

首先，在读图之前激活先验知识。教材插图对学生学习的支持效果受学生先验知识的影响，学生在读图之前可先回忆或者了解相关背景知识，以更好地建立教材插图与已有知识和生活经验的联系。

其次，以问题为导向抓取插图中的重点信息和解读隐藏信息。有些类型的教材插图所包含的信息量较大，学习者如果不带着问题意识去主动识别和筛选插图中的有用信息，容易被其它暂时无关的信息影响从而偏离学习目标。

最后，通过完善或者绘制图像检验知识的输出。学习者可以利用箭头、直线、圆圈等符号完善部分教材插图的绘制，也可以通过添加标题、注解的方式加强图文之间的联系，还可以基于对知识的深入理解，尝试绘制简易图像或者扩展教材插图内容以清晰表达概念之间的关系和阐释科学现象。

科学类教材插图的编制需要插图评价标准来确保质量，同样的，科学类教材插图评价标准的制定也需要经过“评价—反馈—修订标准—再评价”的迭代过程不断完善，实现教材插图评价与教材插图编制的相互促进。此外，科学类教材插图的评价还需要考虑评价内容、主体、方式等多方面复杂因素，在未来研究中，需要进一步探讨科学类教材插图评价标准的制定方法、实施策略和评价效果等方面的问题，为科学教育的发展提供有力支持。