高中生物教材中科學(xué)方法顯性化特點的文本分析

王南佳

【摘要】高中生物教材中科學(xué)方法的教學(xué)內(nèi)容可作為啟發(fā)學(xué)生科學(xué)思維的良好載體，利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。本研究對高中生物教材進行文本分析，挖掘剖析科學(xué)方法的內(nèi)容，歸納整理教材中的科學(xué)方法的種類，統(tǒng)計科學(xué)方法的使用頻率并分析其顯性化特點，有助于一線教師基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)更好地開展高中生物教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】生物教材;科學(xué)方法;顯性化;文本分析

一、問題提出的背景

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)包括“生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及社會責(zé)任”四個方面。利用高中生物課堂開展科學(xué)方法教育有助于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，從而提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。因此，本研究采用文本分析法對人教版高中生物必修3本教材進行深入剖析，挖掘隱藏于生物知識的科學(xué)方法，歸納整理教材中科學(xué)方法的種類，統(tǒng)計方法使用頻率并分析其顯性化特點等，幫助學(xué)生和教師對科學(xué)方法形成條理化、系統(tǒng)化的認(rèn)識。

二、高中生物學(xué)科學(xué)方法的種類

本研究依據(jù)趙占良教授提出的科學(xué)方法分類體系即“科學(xué)研究的一般方法主要包括獲取經(jīng)驗性的方法和理性思維”的方法 ，確定本文研究的對象為法分類體系中的理性思維方法，并結(jié)合高中生物學(xué)教材的實際情況，在該科學(xué)方法分類體系的基礎(chǔ)上做了補充，確定了高中生物學(xué)教材中共計17種科學(xué)方法：分別是比較法與分類法、歸納法與演繹法、分析法與綜合法、類比法、溯因法、預(yù)見法、排除法、轉(zhuǎn)換法、等效法、假說法、數(shù)學(xué)方法、模型方法、系統(tǒng)思維方法、控制變量法。

三、科學(xué)方法的體現(xiàn)方式和顯性化水平層次

筆者對上述17種科學(xué)方法查閱大量文獻(xiàn)資料，明確科學(xué)方法精準(zhǔn)確全面的定義。針對科學(xué)方法種類選取的方法，喬際平學(xué)者提出“對應(yīng)性原則”，即科學(xué)知識的得出總是與一定的科學(xué)方法相聯(lián)系。按照科學(xué)方法與生物知識相對應(yīng)的原則，本研究積極挖掘出教材中隱藏在生物知識中的科學(xué)方法，顯化科學(xué)方法的名稱類別、體現(xiàn)方式及其對應(yīng)的顯性化水平層次。

教材中生物知識所對應(yīng)的科學(xué)方法，其體現(xiàn)方式和顯性化水平不同，主要有以下4種體現(xiàn)方式分別對應(yīng)4種不同的顯性化水平層次：1.滲透使用：教材講解時沒有明確指出科學(xué)方法的名稱，而是將其滲透于生物知識中，不作相關(guān)的解釋說明，該種方式只是隱性使用，沒有作顯化處理，記為顯性化“零水平層次”;2.命名使用：教材給出科學(xué)方法的名稱，但并沒有對該種科學(xué)方法作具體的解釋說明，記為顯性化“水平一層次”;3.講解使用：教材具體介紹該種科學(xué)方法，例如，解釋科學(xué)方法的內(nèi)涵、分析科學(xué)方法的特點、給出基本的定義并進一步舉例說明，記為顯性化“水平二層次”;4.組織使用：教材中除了對該種科學(xué)方法具體介紹外，還設(shè)定相應(yīng)的問題情境，組織學(xué)生運用科學(xué)方法解決問題或是設(shè)置具有針對性的習(xí)題，訓(xùn)練學(xué)生掌握該方法，記為顯性化“水平三層次”，如表1所示。

四、高中生物教材科學(xué)方法顯性化特點文分析

根據(jù)上述科學(xué)方法的體現(xiàn)方式和顯性化水平指標(biāo)編制《科學(xué)方法顯性化分析記錄表》，對人教版高中生物必修3本教材《分子與細(xì)胞》《遺傳與進化》《環(huán)境與穩(wěn)態(tài)》進行文本分析，分析內(nèi)容包含教材正文、問題探討、資料分析、思考與討論、技能訓(xùn)練、科學(xué)前沿、各章節(jié)課后習(xí)題等欄目，挖掘高中生物學(xué)教材各欄目內(nèi)容所隱含的科學(xué)方法，分析科學(xué)方法的顯性化特點，如表2所示。

為確保教材文本分析結(jié)果的可信度，編制《高中生物科學(xué)方法顯性化分析認(rèn)同調(diào)查問卷》（見表3），逐項顯化呈現(xiàn)教材各知識點與其相應(yīng)的科學(xué)方法種類。并對30位一線高中生物教師進行教材文本分析認(rèn)同度調(diào)查，選用綜合態(tài)度系數(shù)計算來處理數(shù)據(jù)，了解教師對科學(xué)方法種類顯性化分析的認(rèn)同與否。科學(xué)方法顯性化特點文本分析認(rèn)同度調(diào)查結(jié)果良好，具有較高信度。

其中：F為綜合態(tài)度系數(shù);K為最高等級分值;N為總樣本數(shù);N1、N2、N3分門為各個態(tài)度等級的樣本數(shù)。由于本研究設(shè)定的等級為-1、0、1，研究中綜合態(tài)度系數(shù)的范圍為[-1，1]。根據(jù)相關(guān)效度的要求，當(dāng)綜合態(tài)度系數(shù)值大于0.75的二級指標(biāo)才可以保留，綜合態(tài)度系數(shù)值小于0.75時則被舍去。

五、高中生物科學(xué)方法顯性化研究結(jié)果與分析

根據(jù)以上科學(xué)方法種類的分析，筆者對高中生物3本必修教材中科學(xué)方法內(nèi)容的顯性化情況進行統(tǒng)計，具體結(jié)果如表4所示：

根據(jù)高中生物教材中科學(xué)方法內(nèi)容的顯性化分析結(jié)果（見表4）可知：

1.基于高中生物必修教材科學(xué)方法顯性化特點的文本分析，確定了高中生物必修教材中共17種科學(xué)方法，各類科學(xué)方法在教材出現(xiàn)頻數(shù)為275次，表明高中生物教材具有很好的科學(xué)方法教育基礎(chǔ)。

2.從科學(xué)方法出現(xiàn)次數(shù)的角度分析，17種科學(xué)方法在高中生物教材中的使用頻率和體現(xiàn)的情況差別較大。在高中生物教材中，數(shù)學(xué)方法出現(xiàn)的次數(shù)最多共53次，大約占科學(xué)方法總數(shù)目的五分之一。數(shù)學(xué)方法在高中生物教材應(yīng)用的種類較多，可細(xì)分為數(shù)學(xué)計算、數(shù)形結(jié)合、數(shù)學(xué)模型、數(shù)學(xué)定義等。例如在教材《環(huán)境與穩(wěn)態(tài)》中，利用數(shù)學(xué)計算方法來計算“種群密度”、“物種豐富度”;通過數(shù)學(xué)定義法直接定義 “種群密度”“出生、死亡率”“遷入、遷出率”等概念;通過數(shù)學(xué)建模構(gòu)、數(shù)形結(jié)合的方法來建構(gòu)種群增長的“J”“S”曲線模型等。高中生物教材中的高頻使用數(shù)學(xué)方法，借助形象直觀的圖像，簡單易懂的定義方式來呈現(xiàn)生物知識，這也體現(xiàn)了不同學(xué)科交叉的緊密性。其次是比較法，比較法出現(xiàn)的次數(shù)為45次，占總數(shù)目的16.36%。比較法在教材中的運用例如在《分子與細(xì)胞》中，“DNA和RNA的對比”“物質(zhì)跨膜運輸方式的對比”“呼吸作用和光合作用的對比”等，比較法的使用可幫助學(xué)生辨別概念的異同，對比能夠加深印象，該數(shù)據(jù)表明教材編寫注重引導(dǎo)學(xué)生思考、辨析習(xí)得知識。第三的是分析法30次占10.90%，分析法可單獨使用，但更多時候結(jié)合綜合法（22次）使用，即分析綜合法。例如《分子與細(xì)胞》中“細(xì)胞器”一節(jié)內(nèi)容中，教材的處理是先一一單獨分析各種細(xì)胞器，然后把個細(xì)胞器綜合起來學(xué)習(xí)從整體上了解各細(xì)胞器組分在系統(tǒng)中的分工合作。分析綜合法出現(xiàn)次數(shù)較多表明教材的編排尊重學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，注重引導(dǎo)學(xué)生由簡單到復(fù)雜、由局部到整體，循序漸進理解生物知識。隨后為分類法24次占8.73%、類比法16次占5.82%、假說法13次占4.73%，歸納法12次占4.36%，這些數(shù)據(jù)表明教材巧用類比，使抽象知識具體化，注重知識的系統(tǒng)分類、引導(dǎo)學(xué)生思考、積極探索，主動建構(gòu)知識。控制變量法14次，占總數(shù)目的5.01%，在教材中出現(xiàn)的次數(shù)雖然不多，但不代表其不重要，生物實驗設(shè)計是高中生物學(xué)重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，生物實驗的設(shè)計離不開控制變量法。出現(xiàn)的剩余其他方法主要還有系統(tǒng)思維方法8次、轉(zhuǎn)換法8次、排除法8次、模型方法7次、溯因法7次、預(yù)見法3次、演繹法2次，以上7種方法出現(xiàn)次數(shù)總共占據(jù)了教材中科學(xué)方法總數(shù)目的25%，這些方法對學(xué)生學(xué)習(xí)具有促進作用，應(yīng)要進行一定的科學(xué)方法教育。

3.從“顯性化數(shù)目”的角度來分析，高中生物教材中，顯性化次數(shù)最多的5種科學(xué)方法分別是：假說法9次、數(shù)學(xué)方法7次、比較法6次、分類法6次、模型方法5次。與科學(xué)方法的出現(xiàn)的總數(shù)目275次相比，科學(xué)方法的顯性化次數(shù)僅占總數(shù)目16.0%，剩余的其他12種科學(xué)方法的顯性化次數(shù)均小于5次，其中還有轉(zhuǎn)換法、等效法、系統(tǒng)思維方法等科學(xué)方法顯性化次數(shù)為0次。以上數(shù)據(jù)表明高中生物教材中大部分的科學(xué)方法的顯性化程度較低，科學(xué)方法的顯性化水平有待提高。

4.從“顯性化化比例”的角度來分析，顯性化化比例較高的科學(xué)方法有：模型方法71.4%、假說法69.2%、預(yù)見法33.3%、分類法和類比法均為25.0%。比較法、分析法、數(shù)學(xué)方法、控制變量法等重要科學(xué)方法的顯性化比例也都低于20%，而剩余的其他方法其顯性化比例不足10%，由此更能說明教材在使用這些科學(xué)方法時較多是作為滲透使用，并未能夠以顯性化處理。

5.從“顯性化水平層次”來分析，教材中不同的科學(xué)方法其顯性化水平層次不同。將近50%的科學(xué)方法其顯性化層次處于零水平層次，主要包括歸納法、演繹法、綜合法、溯因法、轉(zhuǎn)換法、等效法、系統(tǒng)思維方法共7種，即教材沒有明確指出科學(xué)方法的名稱，不作相關(guān)的解釋說明，而是將該種科學(xué)方法滲透于知識講解的過程，未進行任何顯性化處理;處于水平一層次的科學(xué)方法有分類法、排除法、分析法、預(yù)見法、模型方法共5種，即這些科學(xué)方法的具體名稱在出現(xiàn)在教材中，學(xué)生對其只有初步的了解。處于水平二層次的科學(xué)方法有比較法和假說法2種，教材對這些科學(xué)方法有具體的介紹，解釋科學(xué)方法的內(nèi)涵、特點、方法步驟、使用注意事項并加以舉例加以說明幫助學(xué)生理解并掌握。處于水平三層次的科學(xué)方法有類比法、數(shù)學(xué)方法、控制變量法3種，即教材在介紹這些科學(xué)方法之后注重組織學(xué)生訓(xùn)練，促進學(xué)生對這些科學(xué)方法的體會，學(xué)會運用這些方法解決問題。

6.從科學(xué)方法的具體“講解內(nèi)容”情況來分析，對科學(xué)方法相關(guān)內(nèi)容的講解多數(shù)集中在科學(xué)方法的名稱，例如必修一中知識點“地殼與細(xì)胞組成部分元素的比較”指出了比較法，知識點“提出假說解釋溶酶體酶膜不被水解酶分解”中指出假說法，知識點“細(xì)胞膜類比紗窗”指出了類比法等;講解較為詳細(xì)的科學(xué)方法主要有假說法（提出假說）、模型法、數(shù)學(xué)方法（數(shù)學(xué)模型）。教材給出了假說法（提出假說）定義，并結(jié)合“細(xì)胞膜的探索歷程”科學(xué)史加以說明，但對其方法思路、方法特點缺少介紹;教材中也給出模型法的定義，介紹模型法的類型并組織學(xué)生練習(xí)模型法，例如“嘗試制作真核細(xì)胞的三維模型結(jié)構(gòu)”“DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)”等，但忽略了其方法的特點、方法的功能以及建立模型的注意事項的解釋;控制變量法在生物實驗設(shè)計中具有非常重要的作用，因此教材詳細(xì)地介紹了控制變量法，給出明確的定義，解釋各變量名稱、并且將其進行方法訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生運用控制變量法進行實驗設(shè)計，例如，“設(shè)計實驗研究影響光合作用的條件”。教材對控制變量法的內(nèi)容介紹并不充分，缺少了具體的方法步驟、設(shè)計實驗的原則以及在設(shè)計實驗中對各變量的處理方法等。還有溯因法、預(yù)見法、轉(zhuǎn)換法、等效法等科學(xué)方法的內(nèi)容在教材中未得到顯性化。

六、關(guān)于高中生物學(xué)教材科學(xué)方法內(nèi)容的建議

結(jié)合本研究的結(jié)果與分析，提出以下建議：

1.生物教材中補充完善關(guān)于科學(xué)方法內(nèi)容的說明

本研究對高中生物教材進行文本分析后發(fā)現(xiàn)，大部分的科學(xué)方法隱藏于教材中生物知識，例如，溯因法、轉(zhuǎn)換法、等效法等在教材中缺少相關(guān)內(nèi)容的介紹，為隱性使用。部分科學(xué)方法雖在教材得到顯性化，但其顯性化程度不充分?？茖W(xué)方法的隱性處理方式以及顯性化程度不充分均不利于學(xué)生對科學(xué)方法的理解和掌握。因此，基于本研究，建議教材中應(yīng)補充完善對關(guān)于科學(xué)方法內(nèi)容的說明，適當(dāng)增加科學(xué)方法訓(xùn)練方面的相關(guān)習(xí)題，為生物科學(xué)方法教育提供良好基礎(chǔ)。

2.系統(tǒng)規(guī)劃進階顯性化生物教材中的科學(xué)方法

教育強調(diào)遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，而教材作為教育的載體，教材的編排更應(yīng)如此。教材應(yīng)系統(tǒng)規(guī)劃科學(xué)方法教學(xué)，進階顯性化科學(xué)方法的內(nèi)容知識，編寫時采取顯性化處理的方式，即根據(jù)合適的知識對應(yīng)地逐步顯性化科學(xué)方法名稱、定義、內(nèi)涵、方法步驟并且組織使用四個層面的知識?？茖W(xué)方法知識包括其內(nèi)含和外延，將完整的科學(xué)方法知識授予學(xué)生，能夠促使學(xué)生更好地理解掌握科學(xué)方法。教材編寫應(yīng)采取多樣化呈現(xiàn)方式，可適當(dāng)借助圖片解釋或是舉例加以說明，這樣增添教材的趣味性，引起學(xué)生對科學(xué)方法的選擇性注意，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)方法的學(xué)習(xí)興趣。

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