中美高中生物教材模型構(gòu)建內(nèi)容的比較與分析

韋夢(mèng)杰　李連杰

摘 要 通過(guò)比較和分析美國(guó)教材《Prentice Hall Biology》和我國(guó)高中生物（人教版）必修三教材中關(guān)于模型構(gòu)建的內(nèi)容，以“減數(shù)分裂模型的構(gòu)建”為例，發(fā)現(xiàn)兩國(guó)教材有關(guān)模型構(gòu)建在位置、結(jié)構(gòu)安排、內(nèi)容、表述上均有顯著差異。美國(guó)教材力圖通過(guò)模型構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維和能力，中國(guó)教材沒(méi)有發(fā)揮出模型構(gòu)建應(yīng)有的教學(xué)價(jià)值，將重點(diǎn)放在知識(shí)和記憶層面。在此基礎(chǔ)上，嘗試性地對(duì)我國(guó)的模型構(gòu)建探究活動(dòng)提出了有一定借鑒價(jià)值的建議：正確認(rèn)識(shí)模型構(gòu)建的教育價(jià)值，開(kāi)發(fā)學(xué)生的多元智力；樹(shù)立真探究的意識(shí)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；多渠道開(kāi)發(fā)課程資源，拓寬學(xué)生的視野。

關(guān)鍵詞 模型構(gòu)建 美國(guó)教材 人教版教材

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》中提出了三大基本理念，其中包括“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”。而模型構(gòu)建本身也是一種科學(xué)探究活動(dòng)，因此我國(guó)人教版教材中加入了模型構(gòu)建的內(nèi)容，力圖改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、勤于動(dòng)手、積極思考，逐步培養(yǎng)學(xué)生獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問(wèn)題的能力等，突出創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。美國(guó)是科學(xué)教育的佼佼者，其模型構(gòu)建在教學(xué)中的開(kāi)展時(shí)間較長(zhǎng)，方法體系也較為成熟。下面通過(guò)對(duì)比中美高中教材中模型構(gòu)建的內(nèi)容，試圖找到我國(guó)教材與美國(guó)教材的差距所在，分析其深層次的原因，進(jìn)而幫助教師更好地理解和借鑒美國(guó)的教育經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生物學(xué)教學(xué)產(chǎn)生啟迪。

模型構(gòu)建是高中生物教學(xué)中常用的一種學(xué)習(xí)方式，其功能性體現(xiàn)在可以幫助學(xué)生更好地表征問(wèn)題，理解抽象的知識(shí)。生物學(xué)教學(xué)中的常見(jiàn)模型有物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型，筆者聚焦于物理模型的構(gòu)建。物理模型以具體實(shí)物或圖畫(huà)直觀地表示研究對(duì)象的特征，物理模型構(gòu)建的過(guò)程是抽象概念具體化的過(guò)程，有助于幫助學(xué)生構(gòu)建并鞏固相應(yīng)的概念。

1. 中美高中教材模型構(gòu)建專(zhuān)題的對(duì)比

《Prentice Hall Biology》是美國(guó)高中生物教材，其中關(guān)于模型構(gòu)建共有9個(gè)專(zhuān)題內(nèi)容；高中生物（人教版）教材是我國(guó)的主流教材，其中關(guān)于模型構(gòu)建共有6個(gè)專(zhuān)題內(nèi)容（表1）。“減數(shù)分裂模型的構(gòu)建”是中外教材的共有之處，以“減數(shù)分裂模型的構(gòu)建”為例展開(kāi)比較和分析。

2 “減數(shù)分裂模型的構(gòu)建”在教材中的地位分析

查閱《Prentice Hall Biology》的目錄，發(fā)現(xiàn)“減數(shù)分裂模型的構(gòu)建”出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)和活動(dòng)模塊中的探究板塊中。在教材中，作為一個(gè)獨(dú)立的版塊出現(xiàn)在“第11章：遺傳學(xué)導(dǎo)論”的最后。

我國(guó)人教版高中生物教材中，“建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型”作為一個(gè)探究小活動(dòng)出現(xiàn)在必修2第二章第一節(jié)“減數(shù)分裂和受精作用”的減數(shù)分裂與受精作用之間。此外，在目錄中沒(méi)有體現(xiàn)。

美國(guó)教材中，“第11章：遺傳學(xué)導(dǎo)論”包括5節(jié)內(nèi)容：孟德?tīng)栯s交實(shí)驗(yàn)、概率和旁氏表、探索孟德?tīng)栠z傳學(xué)、減數(shù)分裂、連鎖效應(yīng)和基因圖譜。經(jīng)過(guò)一整個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)有了一定的理論基礎(chǔ)，“減數(shù)分裂模型的構(gòu)建”作為一個(gè)獨(dú)立版塊出現(xiàn)在章節(jié)最后部分，是為了幫助學(xué)生鞏固舊知，梳理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)學(xué)生在探究活動(dòng)中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。減數(shù)分裂是該章節(jié)的基礎(chǔ)內(nèi)容，模型構(gòu)建有利于加深學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂過(guò)程中染色體行為變化的理解，為該章節(jié)其他內(nèi)容的學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)，有利于知識(shí)之間的聯(lián)系與遷移。而我國(guó)教材則是在“減數(shù)分裂”和“受精作用”之間穿插了該內(nèi)容，主要目的是幫助學(xué)生在新課學(xué)習(xí)的過(guò)程中及時(shí)構(gòu)建“減數(shù)分裂”的有關(guān)概念，并且以初級(jí)精母細(xì)胞為模型構(gòu)建的對(duì)象，為下面“受精作用”的學(xué)習(xí)做出鋪墊。

2.1 結(jié)構(gòu)安排的比較

美國(guó)教材將模型構(gòu)建分為7個(gè)部分：引言、問(wèn)題、材料、技能、過(guò)程、分析與結(jié)論、拓展延伸。該部分內(nèi)容結(jié)構(gòu)清晰，條理清楚，體現(xiàn)了科學(xué)探究上嚴(yán)密清晰的思維方式（表2）。每一個(gè)步驟對(duì)應(yīng)的目的之間體現(xiàn)了連貫性與一致性，表述明確。

我國(guó)教材在結(jié)構(gòu)安排上由活動(dòng)準(zhǔn)備、方法步驟、討論和表達(dá)交流4部分組成（表3）。各部分目的不夠細(xì)致和明確，還存在環(huán)節(jié)上的缺失，容易導(dǎo)致教師和學(xué)生在整個(gè)探究過(guò)程中不知道每一個(gè)步驟是為了達(dá)到什么目的，在一定程度上削弱了模型構(gòu)建的教學(xué)功能。

2.2 操作步驟的比較

美國(guó)教材的操作步驟表述簡(jiǎn)短，給出學(xué)生需要完成的任務(wù)，具體操作方法并沒(méi)有詳細(xì)描述，而是讓學(xué)生自主探究，完成模型構(gòu)建，并且讓學(xué)生自己按照減數(shù)分裂各個(gè)階段的特征為模型進(jìn)行排序，標(biāo)出發(fā)生同源染色體分離、非同源染色體自由組合、非姐妹染色單體交叉互換的階段。

我國(guó)教材的操作步驟表述詳盡，描述了學(xué)生在每一步中具體的操作方法，是“食譜式”的探究活動(dòng)。例如，在描述同源染色體分離時(shí)，我國(guó)教材是這樣描述的：“雙手分別抓住并移動(dòng)染色體的著絲點(diǎn)，使紅色和黃色的染色體分離，分別移向細(xì)胞的兩極?！睂W(xué)生只要按照教材中的文字操作就可以完成模型的構(gòu)建。

美國(guó)教材更加注重思維方式的訓(xùn)練，在高中階段就開(kāi)始著重加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究技能，探究過(guò)程更傾向于以能力立意為依托，希望通過(guò)模型的構(gòu)建來(lái)體現(xiàn)科學(xué)的思維方式。我國(guó)教材則是把模型構(gòu)建當(dāng)做教學(xué)的輔助工具，通過(guò)物理模型使減數(shù)分裂過(guò)程更加直觀，幫助學(xué)生構(gòu)建相關(guān)的概念，復(fù)習(xí)鞏固新授知識(shí)。整體上偏重知識(shí)的掌握，忽略技能的培養(yǎng)，容易導(dǎo)致學(xué)生在離開(kāi)教材的情況下就無(wú)法進(jìn)行模型的構(gòu)建。概括言之，我國(guó)教材側(cè)重知識(shí)的鞏固，注重記憶層面；美國(guó)教材則側(cè)重于思維的發(fā)展。

2.3 “分析與結(jié)論”環(huán)節(jié)的比較

美國(guó)教材將“分析與結(jié)論”分為4個(gè)層次逐層展開(kāi)，包括模型的使用、總結(jié)、預(yù)測(cè)、評(píng)估。采用問(wèn)句的形式，引導(dǎo)學(xué)生在回答問(wèn)題的過(guò)程中做出分析，得出結(jié)論。問(wèn)題的難度設(shè)置恰當(dāng)，學(xué)生需要在掌握了減數(shù)分裂的過(guò)程、規(guī)律和原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)思考才能回答出來(lái)，體現(xiàn)了“最近發(fā)展區(qū)”規(guī)律。例如，在預(yù)測(cè)中，問(wèn)題是“在減數(shù)第二次分裂中，如果染色體沒(méi)有成功分離，那么配子將會(huì)受到什么樣的影響？”學(xué)生必須理解并掌握減數(shù)第二次分裂染色體的行為變化，通過(guò)一定的思考才能作答，該問(wèn)題很好地考查了學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。分為4個(gè)層次進(jìn)行總結(jié)的方式較為科學(xué)，邏輯性較強(qiáng)，不容易產(chǎn)生遺漏；在問(wèn)題之后，還讓學(xué)生對(duì)問(wèn)題的答案做出解釋?zhuān)⒅厮季S過(guò)程以及對(duì)結(jié)果的分析，有利于幫助學(xué)生形成一種科學(xué)縝密的思維方式。

我國(guó)教材中沒(méi)有“分析與結(jié)論”的環(huán)節(jié)，相類(lèi)似的是“討論”，以問(wèn)題串的形式引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)討論，能夠引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注到減數(shù)分裂的學(xué)習(xí)重點(diǎn)，有助于幫助學(xué)生及時(shí)地回憶鞏固并記憶新授知識(shí)，進(jìn)行評(píng)價(jià)，查漏補(bǔ)缺。但是，問(wèn)題的難度不夠，大部分問(wèn)題都是學(xué)生不需要經(jīng)過(guò)思考就可以直接回答出來(lái)的，停留在識(shí)記的層面。例如你模擬了減數(shù)分裂中哪些染色體行為？你們小組的模型中只含紅色染色體的配子有幾個(gè)？

2.4 “拓展延伸”環(huán)節(jié)的比較

美國(guó)教材的最后一個(gè)環(huán)節(jié)是“拓展延伸”：建立模型來(lái)對(duì)比精子和卵子的形成過(guò)程。精子和卵子的形成過(guò)程是減數(shù)分裂的實(shí)例，這一活動(dòng)在“減數(shù)分裂模型構(gòu)建”難度的基礎(chǔ)上有所提升，可以檢查學(xué)生是否掌握了模型構(gòu)建的技能。學(xué)生可以在自主探究地過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的不足加以糾正，提高其科學(xué)素養(yǎng)及科學(xué)探究能力，有利于知識(shí)的遷移和應(yīng)用。

我國(guó)教材沒(méi)有“拓展延伸”這一環(huán)節(jié)，由于模型構(gòu)建的內(nèi)容出現(xiàn)在受精作用之前，因此，我國(guó)教材的編寫(xiě)意圖是希望通過(guò)模型構(gòu)建來(lái)幫助學(xué)生鞏固新授知識(shí)，為接下來(lái)的學(xué)習(xí)做出鋪墊，把模型構(gòu)建當(dāng)做教學(xué)的輔助手段。

2.5 “注意事項(xiàng)”的比較

美國(guó)教材多次提到“實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用溫水和肥皂洗手”，除了知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，還注重實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升，我國(guó)的中學(xué)生很少能夠在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后主動(dòng)洗手。此外，美國(guó)教材還特別注重實(shí)驗(yàn)的安全問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)步驟之后，多次出現(xiàn)斜體加粗字體以表示學(xué)生應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意的安全問(wèn)題，而我國(guó)教材在這方面稍有欠缺。

3 對(duì)教學(xué)的啟示

3.1 正確認(rèn)識(shí)模型構(gòu)建的教育價(jià)值，開(kāi)發(fā)學(xué)生的多元智力

表征是基于建構(gòu)主義理論而提出的子概念，其教育價(jià)值被廣泛認(rèn)可，被認(rèn)為是進(jìn)行建構(gòu)主義教學(xué)的一條有效路徑。而利用模型構(gòu)建的方式激發(fā)學(xué)生進(jìn)行有意義的生物概念學(xué)習(xí)是有效的。有學(xué)者將表征分為微觀表征、宏觀表征與符號(hào)表征。減數(shù)分裂模型的構(gòu)建就是用宏觀的物體重現(xiàn)微觀過(guò)程從而表征出生物概念的典型案例，該教學(xué)活動(dòng)有利于學(xué)生從不同視角了解分裂過(guò)程、掌握分裂特點(diǎn)、運(yùn)用分裂規(guī)律。另一方面，多元智力化理論提出學(xué)習(xí)者的智力是多元而非一元的，因此課程內(nèi)容的呈現(xiàn)方式應(yīng)多樣化，模型構(gòu)建的教學(xué)為教師開(kāi)展探究性教學(xué)提供了新的平臺(tái)，也能使智力結(jié)構(gòu)有所差異的不同學(xué)習(xí)者得以全面發(fā)展。顯然，中美教材均意識(shí)到模型構(gòu)建的教育功能，但理性思考后發(fā)現(xiàn)我國(guó)對(duì)模型構(gòu)建部分的教學(xué)重視程度不高，沒(méi)有有效地發(fā)揮出模型構(gòu)建應(yīng)有的教學(xué)價(jià)值。因此，一線教師在認(rèn)識(shí)到模型構(gòu)建教育功能的基礎(chǔ)上應(yīng)該在課堂上切實(shí)開(kāi)展模型建構(gòu)活動(dòng)，從而提高學(xué)生對(duì)概念的掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維和能力。

3.2 樹(shù)立真探究的意識(shí)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

通過(guò)比較和分析可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)教材關(guān)于“模型構(gòu)建”的編寫(xiě)太過(guò)于詳盡，將學(xué)生應(yīng)該自主探究的過(guò)程步驟也展示出來(lái)，學(xué)生只要按照教材上的文字進(jìn)行操作就可以完成模型的構(gòu)建，不需要經(jīng)過(guò)思考就可以完成這項(xiàng)科學(xué)探究活動(dòng)，往往會(huì)限制學(xué)生的思維，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，長(zhǎng)此以往會(huì)導(dǎo)致學(xué)生依賴(lài)于課本教材，不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。“提高生物科學(xué)素養(yǎng)”是生物課程標(biāo)準(zhǔn)的三大理念之一，科學(xué)教育的基本任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生必備的、可持續(xù)的科學(xué)素養(yǎng)。因此，教師在未來(lái)的生物教學(xué)中必須樹(shù)立真探究的意識(shí)，在適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)下放手讓學(xué)生去自主探究。另外在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)為學(xué)生的思考留有余地，留給學(xué)生更多自主探究和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，盡量避免限制學(xué)生思維的“食譜式”假探究。例如，可以通過(guò)模型的構(gòu)建來(lái)體現(xiàn)科學(xué)的思維方式，在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型的同時(shí)，培養(yǎng)其理論性探究能力，讓學(xué)生能夠積極主動(dòng)、自如地建構(gòu)和完善科學(xué)概念，體會(huì)科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)、科學(xué)理論的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以及科學(xué)知識(shí)形成的曲折歷程，以提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為目的。

3.3 多渠道開(kāi)發(fā)課程資源，拓寬學(xué)生的視野

必須理性承認(rèn)，美國(guó)在科學(xué)教育方面是世界的佼佼者，也必須意識(shí)到我國(guó)科學(xué)教育與美國(guó)科學(xué)教育之間的差距。作為教育工作者，應(yīng)該首先拓寬自己的視野，樹(shù)立“大課程觀”的意識(shí)，不應(yīng)該只滿足于現(xiàn)有的課程資源，應(yīng)該主動(dòng)學(xué)習(xí)、借鑒和吸收國(guó)外優(yōu)秀的課程資源，以提高我國(guó)的科學(xué)教育質(zhì)量，拓寬學(xué)生的視野，增加其學(xué)習(xí)動(dòng)力。

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