中美兩國(guó)高中生物學(xué)教材“細(xì)胞呼吸”一節(jié)的比較與啟示

施大華 吳志強(qiáng)

（1.江蘇省揚(yáng)中市第二高級(jí)中學(xué) 江蘇鎮(zhèn)江 212200）

（2.安徽省蕪湖市教育科學(xué)研究所 安徽蕪湖 241000）

2004年美國(guó)麥格勞希爾有限公司出版了高中主流生物教材《生物：生命的動(dòng)力》（Biology：The Dynamics of life），2018年該教材的第二版中譯本由浙江教育出版社出版（以下簡(jiǎn)稱美國(guó)教材）。第二版美國(guó)教材全書的行文風(fēng)格和編寫內(nèi)容明顯不同于第一版，全書的每節(jié)開篇都有聯(lián)系實(shí)際的點(diǎn)睛之筆，除了圖文并茂地闡述生物學(xué)內(nèi)容外，還設(shè)置了豐富多彩的學(xué)習(xí)欄目，介紹了相關(guān)內(nèi)容領(lǐng)域的職業(yè)生涯，從公民科學(xué)素養(yǎng)角度來教授生物學(xué)，努力提升公民的科學(xué)素養(yǎng)。2019年，人民教育出版社重新修訂出版了普通高中生物學(xué)教科書（以下簡(jiǎn)稱人教版教材），以原實(shí)驗(yàn)教材為基礎(chǔ)修訂而來。教材修訂以《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》為根本依據(jù)，在廣泛調(diào)研、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、反思不足的基礎(chǔ)上，吸收原實(shí)驗(yàn)教材的優(yōu)點(diǎn)，在繼承的基礎(chǔ)上努力創(chuàng)新。

為便于一線教師全面認(rèn)識(shí)并實(shí)施新教材，下面以“細(xì)胞呼吸”一節(jié)內(nèi)容為例，嘗試分析兩套教材在知識(shí)內(nèi)容、欄目類型和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面的編寫特點(diǎn)，挖掘其中適合的素材為教學(xué)服務(wù)，旨在為我國(guó)高中生物學(xué)新教材的教學(xué)實(shí)施提供一些參考。

1 中美教材中“細(xì)胞呼吸”的比較

1.1 知識(shí)內(nèi)容分析

從“細(xì)胞呼吸”一節(jié)內(nèi)容編排上看，人教版的教材內(nèi)容覆蓋范圍更廣泛，與人們的生產(chǎn)、生活結(jié)合更緊密。該教材不僅分析有氧呼吸和無氧呼吸的過程，還探究了酵母菌細(xì)胞呼吸的方式，并著重分析了細(xì)胞呼吸的原理在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。例如，包扎傷口時(shí)需要選用透氣的消毒紗布或創(chuàng)口貼等；利用麥芽、葡萄、糧食和酵母菌等釀酒時(shí)需要控制通氣；花盆土壤板結(jié)后，需要及時(shí)松土透氣等促進(jìn)有氧呼吸等。在呈現(xiàn)這些內(nèi)容時(shí)，人教版教材注重分析人們?cè)谏a(chǎn)和生活中應(yīng)用細(xì)胞呼吸原理的重要方面，然后再舉例并加以說明，彰顯了“注重與生活的聯(lián)系”的理念。美國(guó)教材則精選“細(xì)胞呼吸、發(fā)酵和光合作用和呼吸作用過程的關(guān)系”3個(gè)知識(shí)點(diǎn)，著重分析了細(xì)胞呼吸中的糖酵解、三羧酸循環(huán)和電子傳遞的具體過程，并引入了在我國(guó)高校生物化學(xué)教材中才會(huì)出現(xiàn)的專業(yè)性較強(qiáng)的學(xué)術(shù)性名詞，如“NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）、NADPH（還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）、CoA（輔酶A）、乙酰輔酶A、FADH2（還原型黃素腺嘌呤二核苷酸）”。這些名詞對(duì)于中學(xué)生而言具有極大的挑戰(zhàn)性。

綜上分析，人教版教材更加注重培養(yǎng)中學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，在闡述知識(shí)原理的同時(shí)注重與生活的聯(lián)系；而美國(guó)教材在中學(xué)生物學(xué)的知識(shí)選擇上，更注重知識(shí)的專業(yè)性，在知識(shí)的難度和深度有更高的要求。

1.2 欄目類型分析

兩套教材在“細(xì)胞呼吸”一節(jié)中，都在旁欄設(shè)置了內(nèi)容精巧、形式多樣的欄目（表1），可以很好地促進(jìn)教學(xué)的深入理解和拓展。人教版教材的“本節(jié)聚焦”和美國(guó)教材“本節(jié)預(yù)覽”都對(duì)本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的重難點(diǎn)做了相應(yīng)提示。然而，從內(nèi)容上看，美國(guó)教材側(cè)重于對(duì)核心概念的理解和掌握，人教版教材則注重于知識(shí)之間遷移和應(yīng)用。

表1 中美生物學(xué)教材特色欄目分析

1.3 插圖比較分析

人教版教材在“細(xì)胞呼吸”一節(jié)編寫中，插圖共有11幅，包括實(shí)物照片9幅和示意圖2幅；美國(guó)教材在“細(xì)胞呼吸”一節(jié)編寫中，插圖共有8幅，包括模式圖3幅和示意圖5幅。兩種教材中插圖的差異主要體現(xiàn)在：人教版教材實(shí)物照片較多，且照片生活化，種類豐富，內(nèi)容與生活的聯(lián)系較為密切。美國(guó)教材實(shí)物照片少，多為模式圖、示意圖。美國(guó)教材的彩圖清晰，標(biāo)注非常詳細(xì)，教材的正文部分又對(duì)圖片中的信息解釋比較詳細(xì)，學(xué)生可以結(jié)合插圖，通過閱讀文字，掌握主要的知識(shí)點(diǎn)。而人教版教材的配圖簡(jiǎn)單，淺顯易懂。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析

從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上看，在“細(xì)胞呼吸”一節(jié)中，人教版教材設(shè)置的是“探究酵母菌呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)，美國(guó)教材設(shè)置“病毒性感染是怎樣影響細(xì)胞呼吸的”數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆治觯私贪娼滩氖窃O(shè)計(jì)和進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)來討論分析有氧和無氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸的情況，通過一個(gè)完整的探究實(shí)驗(yàn)來分析酵母菌細(xì)胞的主要呼吸方式；而美國(guó)教材則是通過一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，并不以獲得知識(shí)為主。

2 啟示與思考

中美教材的比較分析，對(duì)于我國(guó)教師課堂教學(xué)和教材編寫具有以下幾個(gè)方面的啟示和意義。

2.1 積極打造核心素養(yǎng)養(yǎng)成的生物學(xué)課堂

人教版教材內(nèi)容脈絡(luò)清晰，條理性強(qiáng)，插圖精美，插圖數(shù)量已有明顯增加，更加貼合學(xué)生的社會(huì)生活和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，注重對(duì)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。在選取教材素材上，人教版教材關(guān)注學(xué)生的實(shí)際生活，利用學(xué)生已有認(rèn)知水平進(jìn)行有效組織知識(shí)體系。而美國(guó)教材的插圖數(shù)量較少，主要以模式圖解的形式存在，且圖注非常詳細(xì)，方便學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容自主學(xué)習(xí)。相比，美國(guó)教材更加注重對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維的培養(yǎng)，尤其是在作用機(jī)理方面，對(duì)生物學(xué)知識(shí)的直白講解更加深入詳實(shí)，如有氧呼吸的3個(gè)過程介紹等。此外，美國(guó)生物學(xué)教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)更加多樣、對(duì)科學(xué)史的介紹更加注重真實(shí)的數(shù)據(jù)等。

教師在組織教學(xué)過程中，可以根據(jù)需要，將中美教材中的插圖充分利用起來，提高圖片表現(xiàn)形式，增強(qiáng)插圖的可讀性和趣味性。在實(shí)際教學(xué)過程中，教師可以根據(jù)學(xué)情等實(shí)際情況，借用美國(guó)教材的相關(guān)內(nèi)容，適當(dāng)拓展作用機(jī)理方面的知識(shí)、對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)等，積極打造基于核心素養(yǎng)養(yǎng)成的生物學(xué)課堂，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，進(jìn)而幫助學(xué)生養(yǎng)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的操作技能和科學(xué)思維并重

人教版教材的實(shí)驗(yàn)注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)，同時(shí)突出實(shí)驗(yàn)后的討論和分析。美國(guó)教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容簡(jiǎn)潔，在教學(xué)實(shí)踐中給學(xué)生和教師留的空間大，對(duì)教師和學(xué)生的動(dòng)手能力有較高要求。學(xué)生分析真實(shí)的數(shù)據(jù)，在真實(shí)的問題情境中，運(yùn)用所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)，對(duì)科學(xué)研究得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和獨(dú)立思考，并得出相應(yīng)結(jié)論。美國(guó)教材的實(shí)驗(yàn)側(cè)重于學(xué)生批判性思維的訓(xùn)練。對(duì)于高中生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的培養(yǎng)而言，教師更應(yīng)重視高中生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論和分析，才有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)后認(rèn)真分析論證的態(tài)度，有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新能力。

人教版教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)主要包括觀察類、探究類、驗(yàn)證類和模擬調(diào)查類等4種類型的實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面來看，人教版教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)注重探究能力的提高，實(shí)驗(yàn)操作步驟具體詳細(xì)，問題導(dǎo)向明確，易于操作，一般能獲得預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。美國(guó)教材中的每一節(jié)內(nèi)容中都有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要有迷你實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)和生物實(shí)驗(yàn)室三種類型。其中，生物實(shí)驗(yàn)室又包含不同類型的實(shí)驗(yàn)，類型豐富，且多數(shù)實(shí)驗(yàn)是通過設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生自主思考、分析并討論、自主設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)方案來完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)教師的教和學(xué)生的學(xué)都是極具挑戰(zhàn)性。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師需要在提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維訓(xùn)練的強(qiáng)化和思維能力的提升。建議教師引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的問題情境下，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，結(jié)合所學(xué)生物學(xué)知識(shí)，結(jié)合對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析。必要時(shí)，教師甚至可以引導(dǎo)學(xué)生分析科研過程得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過解決實(shí)際問題來實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和應(yīng)用，著力提升學(xué)生思維的深度和廣度。