學(xué)科核心素養(yǎng)下高中生物學(xué)兩版教材的HPS材料對(duì)比分析
——以《必修2·遺傳與進(jìn)化》為例

熊 敏 王重力 韓 寧

（云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 云南昆明 650500）

隨著新課改的大力推行，在《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中提出了人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實(shí)踐創(chuàng)新的六大核心素養(yǎng)。生物學(xué)科針對(duì)本學(xué)科的現(xiàn)實(shí)要求制定了學(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(huì)責(zé)任，要求教師對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)應(yīng)從知識(shí)、能力、情感態(tài)度價(jià)值觀的三維目標(biāo)轉(zhuǎn)向?qū)W科核心素養(yǎng)。

基于學(xué)科核心素養(yǎng)下學(xué)生的培養(yǎng)，教師在教學(xué)中理應(yīng)從多方面入手，將學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)到具體的教學(xué)過程。其中，教科書的HPS材料在學(xué)科核心素養(yǎng)的多個(gè)維度均有體現(xiàn)，關(guān)系到如何改進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)其科學(xué)精神，提高其科學(xué)素養(yǎng)，是教師應(yīng)切實(shí)利用好的資源。在高中生物教科書《遺傳與進(jìn)化》中，生命科學(xué)史貫穿其中，具有十分豐富的HPS材料。2019年國(guó)家教材委員會(huì)審核通過的普通高中教科書《必修2·遺傳與進(jìn)化》（以下簡(jiǎn)稱“新教材”），在繼承和延續(xù)2004年普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《必修2·遺傳與進(jìn)化》（以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)版教材”）的基礎(chǔ)上，調(diào)整部分章節(jié)，完善知識(shí)內(nèi)容表述，大力落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 HPS界定

HPS原本是“科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)”的英文縮寫，但近年來部分科學(xué)教育專家將科學(xué)社會(huì)學(xué)也納入其中，于是HPS成為“科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)”（His?tory，Philosophy and Sociology of Science）的縮寫詞。

科學(xué)史涉及自然學(xué)科和社會(huì)學(xué)科，是科學(xué)發(fā)展的歷史即人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)發(fā)展史，包括“內(nèi)部史”和“外部史”?！皟?nèi)部史”分析自然科學(xué)理論的發(fā)展過程，“外部史”著重于研究科學(xué)理論的產(chǎn)生背景和社會(huì)淵源。HPS中的科學(xué)史教育不僅包括“內(nèi)部史”，還包括“外部史”。學(xué)生通過HPS教育中科學(xué)史的學(xué)習(xí)，在了解科學(xué)史實(shí)的基礎(chǔ)上，充分體會(huì)科學(xué)家對(duì)科學(xué)理論的探索研究歷程，領(lǐng)會(huì)其中包含的科學(xué)探究方法、科學(xué)思維方式和科學(xué)理念等。

科學(xué)哲學(xué)是哲學(xué)與科學(xué)研究探索的相互交融，指以科學(xué)為研究對(duì)象進(jìn)行分析的哲學(xué)學(xué)科，從哲學(xué)的角度研究科學(xué)基礎(chǔ)、方法和意義?？茖W(xué)哲學(xué)歷史悠久，最早可追溯到亞里士多德的歸納-演繹法?？茖W(xué)在發(fā)展過程中，得益于科學(xué)哲學(xué)家以哲學(xué)的角度思考科學(xué)問題、科學(xué)本質(zhì)觀、科學(xué)方法論等，從而不斷促進(jìn)科學(xué)向前發(fā)展。教師在運(yùn)用HPS材料的教學(xué)過程中，應(yīng)滲透科學(xué)哲學(xué)的理念，點(diǎn)明科學(xué)哲學(xué)的內(nèi)涵，鍛煉學(xué)生用辯證的眼光看待科學(xué)問題，辨別偽科學(xué)，培養(yǎng)自然學(xué)科和社會(huì)學(xué)科融會(huì)貫通的意識(shí)。

科學(xué)社會(huì)學(xué)既是社會(huì)學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，又是科學(xué)的分支學(xué)科。廣義的科學(xué)社會(huì)學(xué)是指科學(xué)與社會(huì)的聯(lián)系，包括經(jīng)濟(jì)、文化、教育等與科學(xué)之間的關(guān)系；狹義的科學(xué)社會(huì)學(xué)指用社會(huì)的方法對(duì)科學(xué)進(jìn)行研究。HPS中的科學(xué)社會(huì)學(xué)是廣義概念，指研究科學(xué)與社會(huì)中各個(gè)因素之間的關(guān)系。社會(huì)責(zé)任這一核心素養(yǎng)與科學(xué)社會(huì)學(xué)聯(lián)系密切，學(xué)生通過對(duì)HPS中科學(xué)社會(huì)學(xué)的深刻領(lǐng)會(huì)，了解科學(xué)理論產(chǎn)生的社會(huì)環(huán)境，科學(xué)家為了堅(jiān)持正確理論所做出的努力，從而學(xué)習(xí)運(yùn)用科學(xué)知識(shí)對(duì)社會(huì)爭(zhēng)論問題作出正確判斷和理性思考，培養(yǎng)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的意識(shí)。

2 兩版教材中HPS材料差異分析

《遺傳與進(jìn)化》一書以科學(xué)史為主線，從微觀到宏觀，從孟德爾遺傳因子的發(fā)現(xiàn)到生物的進(jìn)化，沿著發(fā)現(xiàn)基因的歷程層層遞進(jìn)，對(duì)遺傳和進(jìn)化的知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)剖析。對(duì)比兩版教材中的HPS材料發(fā)現(xiàn)，整體變動(dòng)不大，但新教材對(duì)部分HPS材料的章節(jié)、內(nèi)容做出些許改動(dòng)，具體詳見表1。以下將對(duì)兩版教材中HPS材料的差異做簡(jiǎn)要闡述。

表1 兩版教材中HPS材料差異對(duì)比

2.1 科學(xué)家訪談

新教材的科學(xué)家訪談欄目將訪談對(duì)象更改為“雜交水稻之父”袁隆平院士，訪談內(nèi)容包括雜交水稻的優(yōu)勢(shì)、選擇原因、“野敗”等方面，新教材中刪減的雜交育種與誘變育種這一內(nèi)容實(shí)則是放到訪談欄目中進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。袁隆平院士的訪談主要是針對(duì)雜交水稻研究歷程中的遺傳和進(jìn)化方面進(jìn)行交流，而實(shí)驗(yàn)版教材中楊煥明教授的訪談主要是針對(duì)“人類基因組計(jì)劃”測(cè)序和水稻基因測(cè)序，偏向基因技術(shù)內(nèi)容。

2.2 孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)

在孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中，新教材將豌豆“種皮顏色”這一相對(duì)性狀改為“花的顏色”。盡管兩組的性狀不同，但對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)相同，屬于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)有研究表明，種皮顏色和花的顏色由同一對(duì)基因控制。新教材補(bǔ)充了孟德爾遺傳規(guī)律的應(yīng)用，介紹了分離定律和自由組合定律在雜交育種和醫(yī)學(xué)實(shí)踐方面的重要意義。

2.3 道爾頓人類紅綠色盲癥的發(fā)現(xiàn)

道爾頓發(fā)現(xiàn)紅綠色盲癥并撰寫論文，成為了世界上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)紅綠色盲癥的人。在實(shí)驗(yàn)版教材中，用道爾頓在圣誕節(jié)送媽媽襪子從而發(fā)現(xiàn)色覺不同的小故事來引出紅綠色盲癥；新教材中，道爾頓在觀察花時(shí)，發(fā)現(xiàn)白天夜晚花色不同，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)色覺有異。道爾頓買襪子的故事出現(xiàn)在別人為其所寫的傳記中，在道爾頓自己撰寫的有關(guān)色盲的論文中并未出現(xiàn)。在《有關(guān)色覺的離奇事實(shí)——附觀察記錄》一文中，道爾頓提到在觀察馬蹄紋天竺葵的花朵時(shí)，發(fā)現(xiàn)花色在白天和燭光下的顏色不同，進(jìn)而以自己為研究對(duì)象，開始了對(duì)色覺問題的研究并寫出人類第一篇研究色盲問題的論文。由此可見，新教材在舊教材的基礎(chǔ)上，更加注重科學(xué)史實(shí)，更正了存在爭(zhēng)議的科學(xué)史，使HPS材料更加嚴(yán)謹(jǐn)完善。

2.4 格里菲思、艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

新教材將實(shí)驗(yàn)版教材中使用的“肺炎雙球菌”改為“肺炎鏈球菌”，肺炎雙球菌和肺炎鏈球菌其實(shí)是同一種細(xì)菌，由于該細(xì)菌在顯微鏡下呈鏈狀且成對(duì)存在，所以又稱為“肺炎雙球菌”。在艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，由于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)有限，無法完全分離出DNA、RNA、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，新教材將實(shí)驗(yàn)中加入的“S型菌的蛋白質(zhì)、莢膜多糖、DNA”改為了“除去絕大部分糖類、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的細(xì)胞提取物”。此外，新教材補(bǔ)充艾弗里等人對(duì)比DNA和細(xì)胞提取物的理化特性的內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具說服力。新教材對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的敘述周密，符合當(dāng)時(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的實(shí)際情況，契合科學(xué)史實(shí)。

2.5 梅塞爾森、斯塔爾的DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

新教材將這則HPS材料設(shè)為必學(xué)內(nèi)容，提高了實(shí)驗(yàn)證據(jù)的重要性。實(shí)驗(yàn)過程以“思考·討論”的形式出現(xiàn)，設(shè)置了需要學(xué)生運(yùn)用演繹推理預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)預(yù)期的環(huán)節(jié)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)版教材直接呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探究式實(shí)驗(yàn)過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，這與核心素養(yǎng)的要求相吻合。

2.6 克里克提出中心法則

實(shí)驗(yàn)版教材的中心法則圖解有一定的局限性，新教材補(bǔ)充了以RNA為遺傳物質(zhì)的生物遺傳信息的傳遞，RNA自我復(fù)制（不具有逆轉(zhuǎn)錄能力的RNA病毒，如流感病毒）和RNA逆轉(zhuǎn)錄到DNA（具有逆轉(zhuǎn)錄能力的RNA病毒，如艾滋病病毒）的過程，并將中心法則整體移到遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯之后，銜接基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成這一完整過程，使該知識(shí)點(diǎn)更加完善。

2.7 尼倫伯格、馬太對(duì)遺傳密碼的破譯

新教材將這部分內(nèi)容由正文“選學(xué)”改為“生物科學(xué)史話”欄目，以科學(xué)故事的形式呈現(xiàn)，相比實(shí)驗(yàn)版教材選學(xué)章節(jié)的形式，側(cè)重于科學(xué)史的記述，精簡(jiǎn)內(nèi)容，學(xué)生可自主閱讀了解，提升科學(xué)文化素養(yǎng)。

2.8 基因工程的應(yīng)用

新教材刪去“基因工程及其應(yīng)用”這一章節(jié)，將“基因工程的應(yīng)用”設(shè)置在“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”欄目，意味著對(duì)學(xué)生掌握該內(nèi)容程度的要求降低，簡(jiǎn)單了解即可。對(duì)于高中生而言，基因工程的原理較為抽象和微觀，不易理解，需深入學(xué)習(xí)；而基因工程的應(yīng)用與社會(huì)發(fā)展聯(lián)系緊密，學(xué)生應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到其重要性，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

2.9 生物進(jìn)化的證據(jù)

新教材中補(bǔ)充了第六章第一節(jié)“生物有共同祖先的證據(jù)”，介紹了達(dá)爾文的《物種起源》和生物進(jìn)化論，從化石、比較解剖學(xué)、胚胎學(xué)、細(xì)胞和分子水平四個(gè)方面的證據(jù)論證生物有共同祖先這一觀點(diǎn)。相比實(shí)驗(yàn)版教材直接從現(xiàn)代生物進(jìn)化理論提出生物進(jìn)化的觀點(diǎn)，新教材的內(nèi)容設(shè)置方式按層次遞進(jìn)，列舉證據(jù)，得出結(jié)論，注重科學(xué)探究過程。

2.10 拉馬克的進(jìn)化學(xué)說和達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說

新教材將拉馬克的進(jìn)化學(xué)說和達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說置于第六章第二節(jié)“自然選擇與適應(yīng)的形成”中“適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果”這一標(biāo)題下，兩位科學(xué)家的學(xué)說本就具有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，用進(jìn)廢退和獲得性遺傳應(yīng)作為達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的重要補(bǔ)充。新教材的改動(dòng)使適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果這一內(nèi)容更具連貫性，鼓勵(lì)學(xué)生以批判的眼光看待觀點(diǎn)，培養(yǎng)科學(xué)思維。

2.11 協(xié)同進(jìn)化和共同進(jìn)化

新教材中用“協(xié)同進(jìn)化”替換了“共同進(jìn)化”，二者都譯為“coevolution”。共同進(jìn)化多用于相互合作的生物，在合作中共同進(jìn)化；協(xié)同進(jìn)化多用于相互競(jìng)爭(zhēng)或捕食的生物，適應(yīng)生存環(huán)境才能不斷進(jìn)化。就新教材中本節(jié)知識(shí)點(diǎn)而言，協(xié)同進(jìn)化的說法更為準(zhǔn)確。

3 HPS材料體現(xiàn)的核心素養(yǎng)維度

《遺傳與進(jìn)化》一書中蘊(yùn)含眾多的HPS材料，許多章節(jié)幾乎全篇都是科學(xué)史的內(nèi)容。新教材在實(shí)驗(yàn)版教材基礎(chǔ)上，豐富了HPS材料的內(nèi)容，增加了其嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。本書中一共有18則HPS材料，其中4個(gè)核心素養(yǎng)皆有體現(xiàn)的有4則，體現(xiàn)3個(gè)核心素養(yǎng)的有11則，體現(xiàn)2個(gè)核心素養(yǎng)的有2則，且僅有2則材料只體現(xiàn)了一個(gè)核心素養(yǎng)。HPS材料體現(xiàn)的核心素養(yǎng)維度詳見表2。

表2 新教材《必修2·遺傳與進(jìn)化》中HPS材料的核心素養(yǎng)維度分析

由此可見，HPS材料的教育價(jià)值極大，教師在教學(xué)中應(yīng)充分利用HPS材料，挖掘其中蘊(yùn)含的學(xué)科核心素養(yǎng)。教師應(yīng)在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，爭(zhēng)取在教學(xué)過程中不僅僅只是簡(jiǎn)單介紹相關(guān)的科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)，而是能夠帶領(lǐng)學(xué)生重溫科學(xué)家們的探究歷程，體會(huì)科學(xué)本質(zhì)，體驗(yàn)創(chuàng)立科學(xué)理論知識(shí)需要排除萬(wàn)難的艱辛。學(xué)生通過對(duì)HPS材料的深入學(xué)習(xí)，能逐步培養(yǎng)自身的學(xué)科核心素養(yǎng)，從而發(fā)揮HPS材料的重要教育意義。