美國高中生物學(xué)教材中科學(xué)史的特點分析

楊珍珍 鄭曉蕙

(華東師范大學(xué)教師教育學(xué)院 上海 200062)

生物科學(xué)史是人類長期以來在歷史活動中形成的一切關(guān)于生物科學(xué)知識生產(chǎn)和發(fā)展過程的描述[1]。培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)是新一輪生物學(xué)課程改革實施的核心任務(wù)，生物科學(xué)史蘊含的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神有利于培養(yǎng)學(xué)生生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任[2]。本文通過對2016年麥格勞·希爾教育集團出版的美國高中生物學(xué)教材(Glencoe Biology)[3](以下簡稱美版教材)中科學(xué)史呈現(xiàn)方式和內(nèi)容的分析，期許為我國高中生物學(xué)教材的編寫者和一線教師提供參考。

1 靈活的呈現(xiàn)方式，吸引學(xué)生眼球

1.1 欄目多樣，內(nèi)容全面實用 美版教材中呈現(xiàn)科學(xué)史的欄目形式豐富，全面展現(xiàn)豐富多樣的科學(xué)史。除了傳統(tǒng)的正文中穿插科學(xué)史的方式以外，美版教材還設(shè)有多種欄目呈現(xiàn)科學(xué)史，包括“聚焦生物學(xué)史”(connection to history)、“生物發(fā)現(xiàn)”(biodiscoveries)、“聯(lián)系實際”(in the field)、“生物實驗室”(biolab)、“生物與社會”(biology & society)、“生物前沿”(cuting-edge biology)、“與多學(xué)科結(jié)合”(connection to math/heal/chemstry/earth science)等欄目。

1.2 插圖豐富，內(nèi)容真實有趣 美版教材對科學(xué)史的呈現(xiàn)注重視覺效果，插圖色彩鮮艷，搭配協(xié)調(diào)，采用高品質(zhì)硬紙印刷，插圖內(nèi)容貼近生活，真實有趣。美版教材插圖尺寸比較大，平均占頁面的六分之一，如“時間軸”圖片可占到頁面的三分之一，并且插圖內(nèi)容清晰可見，提供學(xué)生舒適的閱讀體驗。同時，科學(xué)史采用了多種類型的圖片，包括“時間軸”、科學(xué)家肖像圖、科學(xué)成果、實驗畫面、實驗裝置、過程圖解、數(shù)據(jù)圖表等。多種類型圖片的呈現(xiàn)，增加了科學(xué)史的趣味性，擴展了科學(xué)史豐富的內(nèi)涵。其中，以“時間軸”(圖1)獨特的方式呈現(xiàn)科學(xué)史，是我國教材中所沒有的?！皶r間軸”是以圖片和簡短的描述組成，每個單元(unit)都含有一個“時間軸”，圖中所示的“時間軸”展示細胞學(xué)史上重大的生物科學(xué)發(fā)現(xiàn)，這種方式可以清晰地展示生物科學(xué)發(fā)展脈絡(luò)，有利于學(xué)生知識框架的建構(gòu)。另外，插圖內(nèi)容與學(xué)生日常生活緊密聯(lián)系并與科學(xué)史相呼應(yīng)，如考古團隊挖掘化石的現(xiàn)場圖，展現(xiàn)了真實的場景，為學(xué)生提供多彩和感切的科學(xué)史材料。

圖1 美版教材中的“時間軸”

1.3 設(shè)置習(xí)題，激發(fā)學(xué)生潛力 美版教材在習(xí)題中融入大量科學(xué)史，這種方式相當(dāng)于為學(xué)生創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生了解或“經(jīng)歷”科學(xué)家在探究歷程中遇到的困難，通過對問題的解決，加深學(xué)生對科學(xué)史內(nèi)容的把握。例如，“遺傳物質(zhì)”小節(jié)后的習(xí)題：“如何評價赫爾希和蔡斯在他們實驗中使用放射性磷和硫元素？他們是否能用碳和氧元素代替？為什么？”學(xué)生通過對這道題的解答可以更加深入掌握噬菌體侵染實驗中兩位科學(xué)家所使用放射性標(biāo)記技術(shù)的原理。再如“有性生殖和遺傳”章后檢測中的寫作題：“想象你是孟德爾，并以日記形式記錄下你取得重大突破的一天，描述你的成就和下一步計劃”。學(xué)生通過完成這個任務(wù)，“經(jīng)歷”了孟德爾進行科學(xué)探索的一天，仿佛自身也處在探究過程，鞏固了獲得的新知。另外，美版教材中有個獨特的習(xí)題板塊“基于文獻的問題”(document-based questions)： 以這個章節(jié)中具代表性科學(xué)家發(fā)表的原始文獻作為閱讀資料，并以此設(shè)計問題(圖2)，通過這類問題的回答，促進學(xué)生對生物科學(xué)史上重要實驗的理解。

圖2 美版教材中的“基于文獻的問題”板塊

2 獨到的內(nèi)容設(shè)計，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)

2.1 多學(xué)科結(jié)合，打破學(xué)科界限 美版教材中科學(xué)史強調(diào)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等多個學(xué)科的結(jié)合，打破學(xué)科之間的界限，完整地展現(xiàn)自然科學(xué)事業(yè)的發(fā)展。上文提到的“與多學(xué)科結(jié)合”的欄目，如“生命起源”章節(jié)的“連接化學(xué)”欄目(connection to chemistry)中的米勒模擬實驗： 模擬在地球早期大氣產(chǎn)生有機物質(zhì)的過程；“分子遺傳學(xué)”章節(jié)中“連接數(shù)學(xué)”(connection to math)欄目中密碼子的發(fā)現(xiàn)： 運用數(shù)學(xué)中排列組合的方法計算氨基酸與密碼子的對應(yīng)數(shù)量。另外，除了欄目之外，教材中多處科學(xué)史與多學(xué)科結(jié)合： 如沃森和克里克在富蘭克林x射線衍射圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)和物理知識，發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)；如教材呈現(xiàn)細胞學(xué)說建立過程的同時介紹了顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，強調(diào)細胞學(xué)說的發(fā)展離不開物理學(xué)對顯微鏡研究的發(fā)展……與多科學(xué)結(jié)合的生物科學(xué)史，讓學(xué)生理解生物不是一門獨立發(fā)展的學(xué)科，而是與其他學(xué)科關(guān)聯(lián)發(fā)展，相互促進。

2.2 問題穿插，引發(fā)學(xué)生思考 美版教材中正文或側(cè)欄中穿插數(shù)量不定的針對科學(xué)史的問題，引發(fā)學(xué)生思考，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)史的積極性。有些問題是讓學(xué)生重新描述科學(xué)史重點內(nèi)容，如“解釋艾弗里是如何發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化因子的？”，通過思考和回答這一問題，學(xué)生能夠掌握艾弗里轉(zhuǎn)化實驗的中所運用的科學(xué)研究方法。有些問題是讓學(xué)生回答科學(xué)史相關(guān)內(nèi)容的疑問，如“分子遺傳學(xué)”章節(jié)中介紹了格里菲思的轉(zhuǎn)化實驗過程之后，隨之在側(cè)欄中提出問題：“為什么格里菲思推斷有部分S型菌是由R型菌轉(zhuǎn)化而來的？”通過這個問題，激發(fā)學(xué)生對“轉(zhuǎn)化現(xiàn)象”的思考?？茖W(xué)史與問題相結(jié)合，使學(xué)生閱讀科學(xué)史更具目的性，更容易掌握科學(xué)史的重點內(nèi)容。

2.3 選材巧妙，體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì) 美版教材中科學(xué)史注重對科學(xué)本質(zhì)的體現(xiàn)，特別是科學(xué)知識的暫時性、科學(xué)探究的質(zhì)疑性?？茖W(xué)知識的暫時性，即科學(xué)知識可能隨著科學(xué)研究的深入而改變，教材中科學(xué)史強調(diào)科學(xué)的暫時性，如生物分類系統(tǒng)一開始采用五界系統(tǒng)，直到古細菌被發(fā)現(xiàn)，才采用六界分類系統(tǒng)；科學(xué)家原來認為眼鏡猴屬于狐猴，直到新的證據(jù)被發(fā)現(xiàn)才將其歸入類人猿的范疇。對科學(xué)暫時性的充分體現(xiàn)，有利于學(xué)生理解科學(xué)過程是不斷修正、不斷發(fā)展的。敢于質(zhì)疑，是科學(xué)探究的動機及延續(xù)的動力，教材中科學(xué)史同時強調(diào)對科學(xué)探究質(zhì)疑性的體現(xiàn)，如巴斯德敢于質(zhì)疑自然發(fā)生學(xué)說，并設(shè)置曲頸瓶實驗驗證這一學(xué)說的錯誤性；達爾文質(zhì)疑神創(chuàng)論，并通過多年的探索提出了進化論學(xué)說。科學(xué)史對科學(xué)探究質(zhì)疑性的體現(xiàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，從而提高學(xué)生的科學(xué)精神。通過對科學(xué)史中蘊含的科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠深入了解生物學(xué)科知識產(chǎn)生的特點、掌握生物學(xué)概念以及把握自然學(xué)科的特點。

(基金項目：上海市基礎(chǔ)教育課程教材改革項目“立德樹人人文社科生命科學(xué)基地建設(shè)”，No.14800-412221-16051；*通信作者)