美國高中生物學(xué)教材《Biology》體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的特色分析與啟示

張秀紅 崔鴻 朱家華

摘要 以美國高中生物學(xué)教材《Biology》為研究對象，基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的4個(gè)維度，分別對教材的內(nèi)容選擇、章節(jié)編排、活動(dòng)設(shè)計(jì)、欄目設(shè)置展開分析，并從注重學(xué)科核心素養(yǎng)顯化呈現(xiàn)、設(shè)置真實(shí)情境等方面為我國教科書的編寫和修訂提供啟示和建議。

關(guān)鍵詞 學(xué)科核心素養(yǎng) 教材 高中生物

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)已經(jīng)成為我國當(dāng)前基礎(chǔ)教育改革的目標(biāo)和方向。核心素養(yǎng)的發(fā)展需要通過學(xué)科課程來實(shí)現(xiàn)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出：生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)對中學(xué)生物學(xué)課程教學(xué)、教材編寫、學(xué)業(yè)評價(jià)都提出了新的挑戰(zhàn)，其中教科書起到基礎(chǔ)性作用。本研究主要從生物學(xué)核心素養(yǎng)的視角，分析美國高中生物學(xué)教材《Biology》的設(shè)計(jì)特色，以期為我國教科書的編寫和修訂提供啟示和建議。

1 教材體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2017年，美國麥格勞·希爾教育集團(tuán)以美國《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，對之前出版的高中主流理科教材《Biology： The Dynamics of life》進(jìn)行了修訂。修訂后的教材圍繞大概念組織課程內(nèi)容，注重實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)，利于學(xué)生在知識、能力和情感等方面的全面發(fā)展。

1.1 內(nèi)容組織立足概念框架，有利于生命觀念的形成

生命觀念是人們在對生物學(xué)概念深度理解的基礎(chǔ)上形成的對生命本質(zhì)的理解，體現(xiàn)了對生物學(xué)知識、方法等的概括性認(rèn)識。觀念的形成需要通過從生物學(xué)事實(shí)到一般概念，從一般概念到核心概念，從核心概念到觀念的過程，依賴于對眾多概念間相互關(guān)系的深入理解?！禕iology》對課程內(nèi)容的組織遵循了觀念形成邏輯主線，圍繞主題（Themes）、大概念（Big idea）和重要概念（main idea）組織課程內(nèi)容。其中，“主題”對應(yīng)于美國《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中的跨學(xué)科概念，主要包括：①模式;②因果關(guān)系;③尺度、比例和數(shù)量;④系統(tǒng)和系統(tǒng)模型;⑤物質(zhì)和能量;⑥結(jié)構(gòu)與功能;⑦穩(wěn)定與變化。“大概念”是統(tǒng)領(lǐng)本章內(nèi)容、支撐“主題”的生物學(xué)學(xué)科概念。重要概念則是支撐大概念的次級概念。在教材每一章的章首頁部分，教材以“主題聚焦”和“大概念”專欄顯性化列出本章對應(yīng)的主題和大概念，并陳述其內(nèi)涵。例如，在第十章“有性生殖和遺傳”中，章首頁的主題聚焦陳述為“因果關(guān)系——減數(shù)分裂導(dǎo)致遺傳的多樣性”，緊隨其后的大概念為“減數(shù)分裂產(chǎn)生配子，遺傳性狀代代相傳”，在本章第一節(jié)“減數(shù)分裂”的開頭部分列出了重要概念“減數(shù)分裂可以產(chǎn)生配子”。此外，在每節(jié)課的習(xí)題部分，教材還總結(jié)出了本節(jié)課的知識要點(diǎn)，以便學(xué)生能夠更好地理解本節(jié)的重要概念。在每一章結(jié)束時(shí)，教材又專門設(shè)計(jì)了包含主題、大概念、重要概念和知識要點(diǎn)的層級列表，作為學(xué)生的學(xué)習(xí)指南。教材對概念的這種呈現(xiàn)方式體現(xiàn)了科學(xué)主題統(tǒng)攝下的知識的層級結(jié)構(gòu)，突出了知識的整體性和邏輯性，為學(xué)生提供了“概念聚合器”，幫助他們將零散的生物學(xué)事實(shí)和一般概念進(jìn)一步歸納整合，建構(gòu)概念網(wǎng)絡(luò)，最終形成生命觀念。

1.2 圍繞真實(shí)問題設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，有利于科學(xué)思維的發(fā)展

科學(xué)思維是具有意識的人腦對自然界中事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及自然界事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接的、概括的、能動(dòng)的反映。學(xué)生的科學(xué)思維能力是科學(xué)思維的內(nèi)容、方法和品質(zhì)三者組成的有機(jī)整體。其中科學(xué)思維內(nèi)容包括科學(xué)問題、概念、規(guī)律和現(xiàn)象等，科學(xué)方法主要有分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、科學(xué)推理等，科學(xué)思維的品質(zhì)是指思維的深刻性、靈活性、批判性、敏捷性和獨(dú)創(chuàng)性。因此，學(xué)生需要運(yùn)用科學(xué)概念、表象等材料，通過多種學(xué)習(xí)活動(dòng)訓(xùn)練科學(xué)思維的方法和品質(zhì)，發(fā)展科學(xué)思維能力。

科學(xué)思維的過程就是問題解決的過程。美國高中生物教材通過多個(gè)欄目中的真實(shí)問題情境來滲透科學(xué)思維的培養(yǎng)，尤其是批判性思維的培養(yǎng)。教材章首頁的“Launch Lab”欄目中，設(shè)計(jì)的問題圍繞本章的核心內(nèi)容設(shè)計(jì)開放性的問題。例如，第十章“有性生殖與遺傳”中“Launch Lab”欄目的問題是“如果沒有減數(shù)分裂，會有何結(jié)果”，啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)本章的過程中去思考減數(shù)分裂的意義。教材在每節(jié)的開始還設(shè)置了“Essential Questions”欄目，相當(dāng)于我國人教版教科書中的“本節(jié)聚焦”，可以驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)地進(jìn)行思維活動(dòng)。在章節(jié)的習(xí)題中，也設(shè)置了專門考查批判性思維的模塊，如第十章第一節(jié)“減數(shù)分裂”中設(shè)置的其中一個(gè)批判性思維的習(xí)題為“對比和比較減數(shù)分裂和有絲分裂的異同，并用文氏圖表述”。

科學(xué)思維貫穿于科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)，決定了科學(xué)探究過程的質(zhì)量和方向，科學(xué)思維的培養(yǎng)也需要在科學(xué)探究過程中落實(shí)和實(shí)踐。在教材的“數(shù)據(jù)分析”（Data Analysis Lab）欄目中，選擇了科技論文中的數(shù)據(jù)、圖表等作為思維的材料，并針對這些材料設(shè)置了若干問題，對學(xué)生的分析、比較、闡釋、評估、預(yù)測、推理等批判性思維的方法和技能進(jìn)行了全面的訓(xùn)練。類似的設(shè)計(jì)在章習(xí)題中也有較多的呈現(xiàn)。這種基于真實(shí)問題情境的學(xué)習(xí)活動(dòng)，將生物學(xué)知識與科學(xué)思維有機(jī)結(jié)合，既向?qū)W生展示了科學(xué)研究中的思維過程，也為學(xué)生提供了實(shí)踐科學(xué)思維方法的機(jī)會。

1.3 探究活動(dòng)設(shè)計(jì)層次豐富，有利于探究學(xué)習(xí)的開展

科學(xué)探究是科學(xué)研究的基本范式，也是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的有效途徑。學(xué)生通過科學(xué)探究，理解科學(xué)概念及其產(chǎn)生的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，掌握科學(xué)技能。教材的第一章生物學(xué)研究圍繞“生物學(xué)是研究生命的科學(xué)”這一大概念，介紹了科學(xué)研究的方法，包括觀察現(xiàn)象、提出問題、建立假設(shè)、收集和分析數(shù)據(jù)、獲得結(jié)論等，其中詳細(xì)介紹了觀察的具體方法、如何設(shè)計(jì)變量等。學(xué)生通過本章的學(xué)習(xí)對科學(xué)探究的方法有了基本的了解，從而可以指導(dǎo)之后的探究實(shí)踐活動(dòng)，也有助于科學(xué)本質(zhì)觀的形成。除了這種對科學(xué)探究的集中呈現(xiàn)，教材還為學(xué)生設(shè)計(jì)了多種類型的探究活動(dòng)，包括“迷你實(shí)驗(yàn)”“數(shù)據(jù)分析”“生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”等?！懊阅銓?shí)驗(yàn)”主要是通過相對短期的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)操作技能，教材中共設(shè)立了65個(gè)迷你實(shí)驗(yàn)，包括觀察、調(diào)查、檢測、模型構(gòu)建等多種類型?！皵?shù)據(jù)分析”主要利用科技論文中的真實(shí)數(shù)據(jù)來訓(xùn)練學(xué)生的數(shù)據(jù)分析技能，教材中有46個(gè)數(shù)據(jù)分析活動(dòng)，包括解釋圖表、解釋數(shù)據(jù)、比較數(shù)據(jù)、運(yùn)用數(shù)據(jù)建立假設(shè)和獲得結(jié)論等?！吧飳W(xué)實(shí)驗(yàn)”是在一章結(jié)束后的綜合性實(shí)驗(yàn)，包括自主設(shè)計(jì)、野外調(diào)查、網(wǎng)絡(luò)探究等，相對而言，實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的自主性和開放性。例如，在“探究影響酶活性的因素”的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教材首先介紹了實(shí)驗(yàn)的背景、材料用具和安全事項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和實(shí)施部分并沒有為學(xué)生提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的示例，更沒有具體的實(shí)驗(yàn)操作步驟，而是引導(dǎo)學(xué)生自主探究其中的一個(gè)影響因素，提示學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中要經(jīng)歷提出問題、建立假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集和解釋數(shù)據(jù)、論證和交流結(jié)論的實(shí)際過程，并且設(shè)置了多個(gè)問題供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)完成后交流討論。教材設(shè)計(jì)的這些探究活動(dòng)不僅幫助學(xué)生學(xué)會科學(xué)探究的方法和技能，還可以幫助學(xué)生通過動(dòng)手、動(dòng)腦的活動(dòng)理解科學(xué)知識是如何建構(gòu)起來的，從而更深入地理解知識的本質(zhì)。同時(shí)，通過探究活動(dòng)的問題設(shè)計(jì)，學(xué)生推理、邏輯分析、解釋等科學(xué)思維能力也在反思中獲得了發(fā)展。

1.4 關(guān)注科學(xué)、技術(shù)與社會的聯(lián)系，有利于社會責(zé)任的塑造

社會責(zé)任是指基于生物學(xué)的認(rèn)識，參與個(gè)人與社會事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)和能力。當(dāng)前對社會責(zé)任的關(guān)注源于STS教育。生物學(xué)核心素養(yǎng)中的社會責(zé)任表現(xiàn)在學(xué)生能夠了解并遵守科學(xué)研究的道德、倫理和規(guī)范，理解科學(xué)、技術(shù)和社會的關(guān)系，能夠辨證地看待科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展對社會的積極意義和消極影響;能夠負(fù)責(zé)任地、主動(dòng)地運(yùn)用生物學(xué)知識和技能在個(gè)人生活和社會事務(wù)中做出理性的決策;能夠認(rèn)識并欣賞生物學(xué)的價(jià)值和貢獻(xiàn)，樂于傳播生物學(xué)知識。社會責(zé)任的教育常常通過社會性科學(xué)議題、生物科學(xué)技術(shù)前沿、科學(xué)史等多種內(nèi)容來滲透。美國生物教材中就設(shè)置了多個(gè)欄目幫助學(xué)生理解生物學(xué)與真實(shí)世界的聯(lián)系。“生物學(xué)發(fā)現(xiàn)”欄目主要介紹與社會生活相關(guān)的生物學(xué)中的重大發(fā)現(xiàn)，如關(guān)于帕金森病的新的治療方案;“前沿生物學(xué)”欄目主要呈現(xiàn)生物學(xué)技術(shù)新進(jìn)展在生活中的應(yīng)用，如骨密度測量、機(jī)械心臟、納米技術(shù)等;“生物與社會”欄目介紹了生物學(xué)相關(guān)的社會性科學(xué)議題，如生物激素的利與弊、誰擁有基因、是否修建水壩等，要求學(xué)生通過辯論對這些議題展開討論。此外，教材中還結(jié)合具體的學(xué)科內(nèi)容，在旁欄和章末的專欄中介紹了70多種生物學(xué)相關(guān)職業(yè)，包括生物學(xué)教師、保護(hù)生物學(xué)家、法醫(yī)昆蟲學(xué)家等。這些欄目的設(shè)計(jì)可以幫助學(xué)生理解生物學(xué)與社會之間的相互作用，建立生物學(xué)與日常生活的聯(lián)系，喚起責(zé)任感。欄目中還設(shè)置了辯論、科技論文寫作等活動(dòng)，為學(xué)生提供了運(yùn)用生物學(xué)知識解決現(xiàn)實(shí)問題的機(jī)會，從而在解決問題的過程中形成和發(fā)展社會責(zé)任。

2 對我國教材編寫和修訂的啟示

2.1 注重生物學(xué)核心素養(yǎng)的顯性化呈現(xiàn)

生物學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生通過生物學(xué)學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。觀念、品格和能力是內(nèi)隱的，學(xué)生很難主動(dòng)、自覺地去提煉觀念、發(fā)展能力和提升品格。教材作為學(xué)生學(xué)習(xí)最重要的資源，可以將學(xué)科核心素養(yǎng)做顯性化的呈現(xiàn)，使學(xué)生在發(fā)展素養(yǎng)的過程中能有的放矢。美國教材中通過從科學(xué)主題到一般概念的概念組織框架來組織課程內(nèi)容，并且在章節(jié)開頭和結(jié)尾都有專門的欄目去呈現(xiàn)這些概念，更加有利于生命觀念的教學(xué)。對科學(xué)思維的呈現(xiàn)亦是如此，美國教材中探究活動(dòng)和章節(jié)習(xí)題中都有專門的批判性思維的模塊。我國教材可以通過多種形式的學(xué)習(xí)活動(dòng)立體話的呈現(xiàn)科學(xué)思維，并對科學(xué)思維方法做整體設(shè)計(jì)，全面發(fā)展學(xué)生的思維方法、技能和品質(zhì)。

2.2 設(shè)置真實(shí)的情境

素養(yǎng)的形成和發(fā)展與情境密不可分。美國教材探究活動(dòng)中的科技論文素材和與STS相關(guān)的各種欄目都為學(xué)生提供了真實(shí)的情境，建立了生物學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系，使學(xué)生在解決真實(shí)問題的過程還能夠建立個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和知識有意義的連結(jié)，感悟事實(shí)中的社會責(zé)任。從生物學(xué)的學(xué)科本質(zhì)而言，生物學(xué)中的因果關(guān)系存在多種可能，真實(shí)的情境才能反映出生命的復(fù)雜性，展示生物學(xué)的真實(shí)面目，有利于學(xué)生分析式思維、整體性思維、辯證邏輯思維和復(fù)雜性思維的形成，也有利于他們理解生物學(xué)，進(jìn)而理解科學(xué)的本質(zhì)。

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