加拿大高中生物學(xué)教材“科學(xué)本質(zhì)”內(nèi)容的編寫特點(diǎn)與啟示

劉楊 王媛媛 劉婉瑩

麥格勞一希爾·瑞爾森公司在2013年出版的生物學(xué)教材《BC生物學(xué)12（BC BIOLOGY 12》>是加拿大高中階段的主流教材，目前在絕大部分學(xué)校使用，對學(xué)生理解生命現(xiàn)象、解釋生命規(guī)律具有重要的價(jià)值?！禕C生物學(xué)12》（以下簡稱加拿大教材）非常注重“科學(xué)本質(zhì)”相關(guān)內(nèi)容的編寫，在教材第一章就詳細(xì)地向?qū)W生呈現(xiàn)了科學(xué)研究過程、科學(xué)方法、科學(xué)理論，以及科學(xué)與社會(huì)之間的關(guān)系。對其進(jìn)行分析，能夠?yàn)槲覈飳W(xué)教材中“科學(xué)本質(zhì)”相關(guān)內(nèi)容的修編帶來一定啟示。

1 顯性展示“科學(xué)本質(zhì)”相關(guān)內(nèi)容

較之于隱涵法，明示法更能夠幫助學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)。因此，教材顯性地呈現(xiàn)“科學(xué)本質(zhì)”相關(guān)內(nèi)容，直接向?qū)W生詮釋科學(xué)本質(zhì)，更有助于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。加拿大教材遵循了這一原則，在第一章第二節(jié)和第三節(jié)向?qū)W生顯性地展示了科學(xué)研究過程、觀察、假設(shè)、實(shí)踐（包括設(shè)計(jì)探究方案、使用模型、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)）、結(jié)論、科學(xué)理論、科學(xué)與社會(huì)的關(guān)系等一系列的“科學(xué)相關(guān)的概念”。這樣的設(shè)計(jì)有利于學(xué)生系統(tǒng)地、整體地構(gòu)建對科學(xué)本質(zhì)的理解，樹立科學(xué)探究的意識，習(xí)得探究過程的思想方法。

2 編制特點(diǎn)

2.1 圖文并茂地展示科學(xué)研究的具體過程

科學(xué)教育要求學(xué)生具備“科學(xué)以實(shí)證為基礎(chǔ)，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯窟^程”這一科學(xué)本質(zhì)觀。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，加拿大教材在開篇就向?qū)W生闡明了生命科學(xué)的屬性，即“生命科學(xué)是基于科學(xué)研究而發(fā)展的，生物學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室、在野外都在進(jìn)行著各種各樣的探究”。進(jìn)而，以流程圖的方式向?qū)W生呈現(xiàn)科學(xué)研究的具體過程，并加以文字描述，引導(dǎo)學(xué)生從整體上進(jìn)行認(rèn)知構(gòu)建。例如，該教材在科學(xué)研究過程流程圖中向?qū)W生闡述了觀察、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)（或進(jìn)一步觀察）、結(jié)論、科學(xué)理論等概念的內(nèi)涵以及它們之間的關(guān)系（圖1）。此外，它還向?qū)W生強(qiáng)調(diào)了“若原假設(shè)在檢驗(yàn)中不成立，則需要提出新的合理的假設(shè)，再次進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究”“科學(xué)理論是需要一系列相關(guān)的科學(xué)結(jié)論的相互佐證才能得到，才能被公眾所認(rèn)同”。

2.2 案例詳解每一項(xiàng)科學(xué)能力

加拿大教材在解讀每一項(xiàng)科學(xué)能力時(shí)，并非平鋪直敘，而是列舉“生活化案例”和“經(jīng)典科學(xué)實(shí)例”，幫助學(xué)生更好地理解與內(nèi)化。例如，在解讀“觀察”這一能力時(shí)，該教材介紹“與家人共進(jìn)晚餐，可以用鼻子嗅美味的食物，可以用眼睛觀察家人的表情，可以用耳朵聽優(yōu)美的背景音樂”的生活化案例，以及“亞歷山大·弗萊明在檢查培養(yǎng)皿時(shí)，觀察到了霉菌周圍存在一個(gè)無細(xì)菌的區(qū)域，深入研究后發(fā)現(xiàn)了青霉素”的經(jīng)典科學(xué)實(shí)例。這兩個(gè)案例有助于學(xué)生加深理解“什么是觀察”以及“如何有效地觀察”。在解讀“使用模型”這一能力時(shí)，教材描述了“使用計(jì)算機(jī)構(gòu)建模型研究人類活動(dòng)可能影響全球氣候變化的趨勢”和“科學(xué)家使用小鼠作為癌癥研究的模型，而不是直接使用人體”的案例，幫助學(xué)生明晰“模型”在科學(xué)研究中的作用。

2.3 問題討論的方式呈現(xiàn)科學(xué)與社會(huì)之間的關(guān)系

“科學(xué)探究受社會(huì)和文化影響”是學(xué)生必備的一項(xiàng)科學(xué)本質(zhì)觀念。為了在教材中滲透這一觀念，加拿大教材不但列舉案例幫助學(xué)生認(rèn)知科學(xué)與社會(huì)的關(guān)系，而且組織學(xué)生就話題進(jìn)行討論，以引導(dǎo)學(xué)生自行構(gòu)建科學(xué)與社會(huì)的價(jià)值觀念。例如，教材首先以“病毒學(xué)、細(xì)胞學(xué)和分子生物學(xué)的研究，生產(chǎn)了能夠延長艾滋病患者壽命的新藥”“基因治療能夠推動(dòng)癌癥疾病的治愈”“農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的實(shí)施促進(jìn)了糧食產(chǎn)量，解決了人類溫飽問題”等案例，呈現(xiàn)了科學(xué)促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的優(yōu)勢;又以“克隆人會(huì)帶來的危害”“氮肥、殺蟲劑會(huì)導(dǎo)致水污染”等案例，展現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對社會(huì)、對自然環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)向影響。之后，進(jìn)一步向?qū)W生拋出話題——“停用科學(xué)技術(shù)，人類會(huì)怎么樣？”“濫用科學(xué)技術(shù)，人類會(huì)怎樣？”，組織學(xué)生進(jìn)行討論交流，以引導(dǎo)學(xué)生樹立“科學(xué)技術(shù)能夠促進(jìn)社會(huì)發(fā)展”“科學(xué)應(yīng)受到社會(huì)和文化的制約”的價(jià)值觀念。最后，以“日本核電站危機(jī)”為拓展材料，再次組織學(xué)生表達(dá)觀點(diǎn)，進(jìn)一步論證科學(xué)與社會(huì)之間的關(guān)系。

2.4 組織學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)

“通過學(xué)生的外顯行為才能夠真正地、有效地診斷學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力。”加拿大教材踐行了這一準(zhǔn)則，在闡述完科學(xué)過程、科學(xué)能力以及科學(xué)與社會(huì)的關(guān)系后，緊接著設(shè)計(jì)了“豌豆/冬小麥的輪作是否會(huì)提升冬小麥的產(chǎn)量，是否優(yōu)于氮肥的使用？”探究實(shí)驗(yàn)，組織師生進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)。同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)旁欄，建議師生使用“控制變量法”，設(shè)計(jì)4組實(shí)驗(yàn)，分別是：實(shí)驗(yàn)組1（在裝有45 kg/ha氮肥的土壤中種植冬小麥）;實(shí)驗(yàn)組2（在裝有90 kg/ha氮肥的土壤中種植冬小麥）;實(shí)驗(yàn)組3（同一塊土壤中夏季種植豌豆，冬季種植冬小麥，進(jìn)行輪作）;對照組4（在不施肥的土壤中種植冬小麥）。師生通過比較4組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，得出科學(xué)的結(jié)論。

2.5 設(shè)置測評試題，及時(shí)評價(jià)反饋

加拿大教材在章末設(shè)置了一系列的測評試題，來評價(jià)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀。其中有直接考查“科學(xué)相關(guān)的概念”的試題.有以探究活動(dòng)為載體的考查科學(xué)研究過程和思想方法的試題，體現(xiàn)了評價(jià)項(xiàng)目的多元化特征。譬如，例1直接考查了學(xué)生對“實(shí)驗(yàn)組和對照組的關(guān)系”的認(rèn)知;例2和例3則依托探究活動(dòng)考查學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究能力。

【例1】實(shí)驗(yàn)組與對照組有什么區(qū)別？

a.兩者沒有真正的區(qū)別，因?yàn)閮烧叨际茄芯康囊徊糠?/p>

b.實(shí)驗(yàn)組測試了某種事物，而對照組沒有測試任何事物

c.實(shí)驗(yàn)組接受測試因子的處理，而對照組未接受

d.對照組能夠證明結(jié)果正確，而實(shí)驗(yàn)組不能

【例2】研究人員希望確定三種不同的抗菌洗手液的有效性，他們使用了培養(yǎng)箱、細(xì)菌、三種抗菌洗手液、蒸餾水、裝有瓊脂營養(yǎng)液的四個(gè)培養(yǎng)皿等實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)后得到了如圖2所示的結(jié)果。請回答以下問題。

a.陳述該實(shí)驗(yàn)的假設(shè)。

b.該實(shí)驗(yàn)探究的變量是什么？

c.對照組和實(shí)驗(yàn)組的不同的處理方案是什么？

d.說出對照組和實(shí)驗(yàn)組應(yīng)保持相同的兩個(gè)條件。

e.描述如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以達(dá)到上面顯示的結(jié)果。

f.此實(shí)驗(yàn)應(yīng)該收集哪些方面的數(shù)據(jù)？

【例3】如果你在一家制藥公司工作，研發(fā)出了一種新的抗癌藥物，請概述一系列實(shí)驗(yàn)來測試抗癌藥物是否有效。

3 啟示

科學(xué)的本質(zhì)是科學(xué)領(lǐng)域?qū)W科區(qū)別于其他領(lǐng)域?qū)W科的根本特征。學(xué)生只有具備了科學(xué)本質(zhì)觀，才能理解科學(xué)作為一種人類文化所具有的價(jià)值，才可以更好地進(jìn)行與科學(xué)有關(guān)的社會(huì)問題的民主決策。楊文源、劉恩山學(xué)者團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，我國高中生物學(xué)教材中科學(xué)探究內(nèi)容的編寫尚存在些許不足，仍需要改進(jìn)完善。分析加拿大教材中“科學(xué)本質(zhì)”相關(guān)內(nèi)容的編寫特征，也能夠?yàn)槲覈飳W(xué)教材的修編帶來一定啟示。首先，我國生物學(xué)教材可汲取該教材的方式，采用明示法，在首章中顯性地將科學(xué)相關(guān)的概念、原理、技能、過程、與社會(huì)的關(guān)系闡述清楚，引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地、整體地構(gòu)建對科學(xué)本質(zhì)的理解。其次，創(chuàng)設(shè)生活化或者科學(xué)史情境，將明示法與情境化相結(jié)合，依托科學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)案例，向?qū)W生闡明每一項(xiàng)必備的科學(xué)能力和思想品質(zhì)，組織學(xué)生在熟悉的生活情境或者經(jīng)典的科學(xué)史情境中認(rèn)知、討論每一項(xiàng)科學(xué)能力和思想品質(zhì)的內(nèi)涵與作用。最后，在教材中設(shè)計(jì)測評試題、實(shí)踐活動(dòng)等多元化的評價(jià)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)知識和科學(xué)相關(guān)的知識理解內(nèi)化并學(xué)以致用，將科學(xué)思維和探究能力遷移應(yīng)用到實(shí)際的生活生產(chǎn)中，最終形成“理解科學(xué)本質(zhì)”的重要科學(xué)素養(yǎng)。

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