中美高中生物教材難度比較
——以“光合作用”為例

嚴(yán) 丹 吳萌希 任山章*

（1.杭州師范大學(xué)經(jīng)亨頤教師教育學(xué)院 浙江杭州 310000）

（2.杭州市余杭區(qū)余杭第二高級(jí)中學(xué) 浙江杭州 311100）

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出要“調(diào)整教材內(nèi)容，科學(xué)設(shè)計(jì)課程難度”。2019年中國發(fā)行了各版本高中生物新教材，2018年美國發(fā)行第二版高中生物教材?！肮夂献饔谩睂?duì)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)都具有十分重要的意義，其概念與應(yīng)用也是高中生物學(xué)的重要內(nèi)容。下面使用史寧中與閆春更等建立的課程難度模型評(píng)價(jià)教材質(zhì)量，對(duì)2019年人民教育出版社出版的高中生物教材“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”（以下簡(jiǎn)稱人教版）與美國高中主流生物教材《Biology：The dynamics of Life》“光合作用”（第二版，以下簡(jiǎn)稱美國教材），進(jìn)行定量對(duì)比分析，基于此提出一些新教材的使用建議。

1 研究方法

1.1 評(píng)價(jià)模型簡(jiǎn)介

本研究結(jié)合史寧中等構(gòu)建的教材課程難度定量模型與閆春更等建立的“二維度四指標(biāo)”的教材難度評(píng)價(jià)模型，采用知識(shí)結(jié)構(gòu)表征方法——Flow Map作為評(píng)價(jià)工具。

（1）史寧中等構(gòu)建的教材課程難度定量模型，依據(jù)影響課程難度的3個(gè)因素的關(guān)系建構(gòu)了課程難度定量模型：N=αS/T+（1-α）G/T（0＜α＜1）。其中，N表示課程難度，S表示課程深度，T表示課程時(shí)間，G表示課程廣度，α為加權(quán)系數(shù)，G/T指可見廣度，S/T指可見深度。該模型反映課程難度與可見廣度、可見深度呈正相關(guān)。廣度以知識(shí)目標(biāo)的數(shù)量來量化，深度通過相應(yīng)課程目標(biāo)的不同要求程度的累積量來刻畫，時(shí)間的統(tǒng)計(jì)以課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的課時(shí)量為依據(jù)，加權(quán)系數(shù)α?xí)何从袕V泛認(rèn)同的取值。

（2）閆春更等改進(jìn)史寧中模型后建立“二維度四指標(biāo)”的教材難度評(píng)價(jià)模型，增加整合廣度和表征深度兩個(gè)與課程難度負(fù)相關(guān)的指標(biāo)。整合廣度是通過對(duì)課程內(nèi)容的有效組織整合來實(shí)現(xiàn)對(duì)課程基本廣度的消解，計(jì)算公式為：整合廣度=流程圖中概念回訪總數(shù)/（概念總數(shù)目+概念回訪總數(shù)）。表征深度是通過內(nèi)容表征時(shí)的信息處理水平的合理提升來實(shí)現(xiàn)對(duì)課程基本深度的消解，計(jì)算公式為：表征深度=高表征水平分值/（低表征水平分值+高表征水平分值）。為保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，研究中通過兩名研究者采取這一方法分別對(duì)同一課程內(nèi)容進(jìn)行難度評(píng)價(jià)，然后針對(duì)各維度的數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算一致性系數(shù)。

1.2 依據(jù)課程難度定量模型分析課程內(nèi)容

從課程廣度、課程深度和課程時(shí)間3個(gè)維度對(duì)兩種教材進(jìn)行課程內(nèi)容分析（表1）。課程廣度以知識(shí)目標(biāo)的數(shù)量來量化，人教版和美國教材課程廣度系數(shù)取值分別用G1、G2表示。課程深度使用課標(biāo)中具體的行為動(dòng)詞進(jìn)行賦值，具體賦值如下：知識(shí)性目標(biāo)的要求程度有了解、理解和應(yīng)用，深度賦值分別為1分、2分、3分；技能性目標(biāo)的程度有模仿和獨(dú)立操作，深度賦值分別為1分、3分；情感性目標(biāo)的要求程度有經(jīng)歷、反應(yīng)和領(lǐng)悟，深度賦值分別為1分、2分、3分，人教版和美國教材課程深度系數(shù)取值分別用S1、S2表示。課程時(shí)間取該課程內(nèi)容的課時(shí)，人教版和美國教材課程時(shí)間系數(shù)取值分別用T1、T2表示。

表1 中美高中生物教材“光合作用”課程廣度、課程深度和課程時(shí)間量化表

1.3 借助Flow Map繪制教材知識(shí)結(jié)構(gòu)流程圖

圖1是用Flow Map方法繪制的美國教材“光合作用”概念體系知識(shí)結(jié)構(gòu)流程圖。圖中文字呈現(xiàn)的是教材中知識(shí)或概念，按其出現(xiàn)的先后順序自上而下使用箭頭連接；回歸箭頭表示不同知識(shí)或概念間的“信息回訪”或“概念重現(xiàn)”；A、B、C、D是對(duì)每個(gè)知識(shí)或概念呈現(xiàn)時(shí)信息處理方式的評(píng)分（A為直接定義，B為描述，C為比較或?qū)Ρ?，D為情景推理與解釋），并依次對(duì)其進(jìn)行1分、2分、3分、4分的賦值，其中A、B為低表征水平，C、D為高表征水平。

圖1 美國教材中“光合作用”知識(shí)結(jié)構(gòu)流程圖

2 結(jié)果分析與討論

按照上述方法，研究者1、研究者2分別對(duì)兩種教材中“光合作用”部分內(nèi)容的可見廣度、可見深度、整合廣度和表征深度進(jìn)行了分析和比較，結(jié)果依次記為統(tǒng)計(jì)1、統(tǒng)計(jì)2（表2），其中整合廣度一致性系數(shù)為0.863，表征深度一致性系數(shù)為0.782，信度良好。

表2 中美高中生物教材“光合作用”難度比較

2.1 課程廣度分析

由表2可見，中美可見廣度與整合廣度差異均不大?？梢?，廣度反映知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量，取值越大，代表教材包含的知識(shí)點(diǎn)越多，相應(yīng)的難度越大；整合廣度則反映知識(shí)點(diǎn)的整合性，取值越大，表明知識(shí)點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)性越好，難度越小。結(jié)合表2數(shù)據(jù)，美國教材的可見廣度高于人教版，即知識(shí)點(diǎn)覆蓋面廣于人教版教材；整合廣度略小于人教版，即人教版的知識(shí)有效組織整合略高于美國教材。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程非直線式地對(duì)各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行“機(jī)械性學(xué)習(xí)”，而是對(duì)某個(gè)學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的整體理解過程。因此，相對(duì)來說，人教版“光合作用”一節(jié)更容易學(xué)習(xí)。

進(jìn)一步分析流程圖和教材內(nèi)容，可從質(zhì)性評(píng)價(jià)的角度審視兩種教材內(nèi)容整合的特點(diǎn)。由圖1可知，美國教材按照“光合作用的化學(xué)方程式—光反應(yīng)—葉綠體和色素—卡爾文循環(huán)—選擇性途徑”的順序編制教材，主要以概念轉(zhuǎn)變的形式進(jìn)行組織，不利于對(duì)學(xué)生遷移應(yīng)用能力的培養(yǎng)。此外，美國教材使用插圖解釋電子傳遞與卡爾文循環(huán)，增加了教材的整合廣度，有利于學(xué)生對(duì)光合作用的概念形成。

人教版圍繞兩個(gè)核心概念“葉綠體的結(jié)構(gòu)”“光合作用”進(jìn)行內(nèi)容的組織。①通過“問題探討：生產(chǎn)實(shí)踐中的植物工廠如何進(jìn)行環(huán)境條件控制”創(chuàng)設(shè)情境，由此引導(dǎo)學(xué)生思考光合作用的條件和原料方面的問題。②安排實(shí)驗(yàn)“捕獲光能的色素”，以問題串貫穿正文的形式引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)。③結(jié)合生物學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)光合作用的原理、過程與應(yīng)用。與美國教材不同，人教版使用大量科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，如恩格爾曼探究葉綠體功能、希爾探究光合作用原理等，不僅滲透生物學(xué)史，也是科學(xué)本質(zhì)的教育——科學(xué)工作采用基于實(shí)證的范式，增加了可見廣度，有助于學(xué)生建立生物學(xué)觀念，了解科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過程。

2.2 課程深度分析

由表2可見，中美可見深度差異較大，分別為4.33和6.00；表征深度差異也較大，分別為0.570和0.392。可見，深度通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)本身的抽象度和所要求的思維深度來界定，數(shù)據(jù)越大，表明課程對(duì)學(xué)生要求越高，難度越大；表征深度則通過對(duì)信息處理水平的合理提升來實(shí)現(xiàn)對(duì)課程可見深度的消解，數(shù)據(jù)越大，則知識(shí)的抽象程度越小，課程難度越小。美國教材的可見深度高于人教版，而表征深度卻小于人教版，說明從課程深度看，人教版“光合作用”一節(jié)的課程難度較小。

從質(zhì)性評(píng)價(jià)的角度分析中美教材內(nèi)容表征的差異性，以“光合作用的原理”為例，人教版通過回憶光合作用的定義、化學(xué)方程式，從能量轉(zhuǎn)換角度提出光合作用釋放的氧氣來自哪里，討論科學(xué)家探究光合作用原理的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合示意圖，闡述光合作用是分階段進(jìn)行的，并使用“符-宏-微”三重表征的方法，有利于學(xué)生形成科學(xué)思維、更好地理解光合作用原理。美國教材則直接給出光合作用反應(yīng)式，結(jié)合圖片說明光合作用的發(fā)生分為兩個(gè)階段。

3 基于中美高中生物教材比較的啟示

（1）根據(jù)課程根本任務(wù)——立德樹人，教師在教學(xué)過程中應(yīng)首先考慮光合作用的教育價(jià)值，既關(guān)注生命觀念與科學(xué)思維的形成，又注重科學(xué)探究與社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)。針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，落實(shí)核心素養(yǎng)的側(cè)重點(diǎn)也應(yīng)有所不同。例如，探索光合作用與呼吸作用時(shí)，要闡明細(xì)胞生命活動(dòng)過程中貫穿著物質(zhì)與能量的變化，教師應(yīng)幫助學(xué)生建立起“物質(zhì)與能量觀”；“探究光合作用影響因素”是全過程的探究活動(dòng)，則是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要載體。

（2）教師要注意巧用插圖。美國教材中“電子傳遞”與“卡爾文循環(huán)”的精美插圖更能直觀顯示光合作用的過程，且利于培養(yǎng)興趣、易于自學(xué)。在教學(xué)中，教師可借鑒其插圖，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)能力，使學(xué)生加深對(duì)光合作用機(jī)理的理解。

（3）教師要注重生物科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)，增加課程廣度。人教版大量使用的科學(xué)史能夠增加教材的可讀性與趣味性，同時(shí)又利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

（4）教師要落實(shí)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)相互關(guān)系的教育。人教版在課堂引入的植物工廠及光合作用原理在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用都有體現(xiàn)。教師可升華這部分內(nèi)容，如讓學(xué)生對(duì)如何提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量寫份建議書。