美國Inspire Science教材初中生物學(xué)部分的編寫特色及啟示

劉 丹

（人民教育出版社課程教材研究所 北京 10081）

2020年，美國麥格勞-希爾出版公司開發(fā)出版了一套綜合性的科學(xué)課程教材——Inspire Science。教材根據(jù)美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）的要求編制內(nèi)容，在激發(fā)學(xué)生的好奇心、學(xué)習(xí)興趣，鼓勵學(xué)生提出問題、進行批判性的思考和提升創(chuàng)新能力等方面頗具特色，分析研究教材中的生物學(xué)相關(guān)內(nèi)容，可以為我國初中生物學(xué)教材的編寫提供啟示。

1 教材的內(nèi)容體系

Inspire Science教材涵蓋了中小學(xué)的所有學(xué)段。初中階段教材的生物學(xué)部分涉及4個單元的內(nèi)容，依次是生態(tài)系統(tǒng)的相互依存、生物體的結(jié)構(gòu)和功能、生物的繁殖、生物的進化。每單元的內(nèi)容又分為若干個模塊，每個模塊由幾課組成，具體內(nèi)容見表1。

表1 Inspire Science教材初中生物學(xué)部分的主要內(nèi)容

NGSS提出了初中生物學(xué)課程的5個主題：①結(jié)構(gòu)、功能和信息處理；②生物體的生長、發(fā)育和繁殖；③生物體和生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)與能量；④生態(tài)系統(tǒng)的相互依存；⑤自然選擇和適應(yīng)。從表1可以看出，Inspire Science教材基本按照這五個主題組織內(nèi)容，只不過將主題③和④整合為一個單元，即單元1的內(nèi)容，這也是教材編寫常見的按照學(xué)科體系來組織內(nèi)容。

2 教材的編寫特色

2.1 基于“5E”教學(xué)模式的編寫體例

20世紀(jì)80年代，美國生物學(xué)課程研究會（Biological Sciences Curriculum Study，BSCS）提出了“5E”教學(xué)模式，將教學(xué)一共分為了參與、探究、解釋、遷移和評價五步。Inspire Science教材基于這樣一種倡導(dǎo)探究式教學(xué)的模式編寫。

以每課的編寫為例，教材在每課的開始以“發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象”部分引入，從一些自然現(xiàn)象提出了科學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生參與到問題的解決中。緊接著，教材提供了上述現(xiàn)象相關(guān)的線上資源，并進一步提出了思考題，安排了“解釋現(xiàn)象”部分，讓學(xué)生對相關(guān)問題進行解釋，要求他們提出自己的觀點，搜集支持觀點的證據(jù)，進而用這些證據(jù)來論證自己的觀點。由于學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)相關(guān)知識，所以這部分內(nèi)容的安排是引領(lǐng)性的，提示學(xué)生應(yīng)該從哪些方面搜集證據(jù)，相關(guān)活動的開展則需要貫穿在整節(jié)課的學(xué)習(xí)中。之后，教材就介紹了本課的知識內(nèi)容，這部分相應(yīng)地設(shè)置了“搜集證據(jù)”的“鏈接”，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合有關(guān)的知識內(nèi)容搜集證據(jù)，并在前面“解釋現(xiàn)象”部分的活動表中進行記錄；在每課“復(fù)習(xí)”部分的最后還有修正觀點的“鏈接”，引導(dǎo)學(xué)生基于搜集的證據(jù)，修正和論證自己的觀點。除了這樣一個貫穿整節(jié)的活動設(shè)計，該教材在介紹知識內(nèi)容的部分還設(shè)置了實驗、調(diào)查等活動，使學(xué)生在觀察、思考、與他人合作和交流等過程中進行探究式學(xué)習(xí)。在開展活動時，學(xué)生自然也會遷移應(yīng)用所學(xué)的知識。每課的最后是“復(fù)習(xí)”部分，教材通過讓學(xué)生總結(jié)知識之間的聯(lián)系、建構(gòu)模型、完成練習(xí)題等反饋學(xué)習(xí)情況，幫助教師開展評價。

2.2 用問題形式呈現(xiàn)的知識內(nèi)容標(biāo)題

Inspire Science教材每課的知識內(nèi)容部分由若干個小標(biāo)題的內(nèi)容組成。這些標(biāo)題都是以問題形式呈現(xiàn)的。例如，“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能”一課中的小標(biāo)題依次是：細(xì)胞的周圍是什么？細(xì)胞的大小怎樣影響物質(zhì)的運輸？哪些細(xì)胞器參與了物質(zhì)的運輸？什么驅(qū)動了細(xì)胞的生命活動？什么控制著細(xì)胞的生命活動？動物細(xì)胞和植物細(xì)胞的區(qū)別是什么？不同種類細(xì)胞的功能是什么？這樣以問題引導(dǎo)知識的學(xué)習(xí)，可以激發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)他們主動參與問題解決。

教材設(shè)計的問題一般具有遞進性。例如，“遺傳”一課的小標(biāo)題依次是：什么是性狀？為什么子代像它們的親代？什么控制了性狀？你怎樣預(yù)測子代的性狀？你怎樣建立家族的遺傳圖譜？這些問題引導(dǎo)學(xué)生先明白什么是性狀；然后，使學(xué)生了解性狀在親代和子代之間傳遞的規(guī)律，控制性狀的機制；進一步再讓他們結(jié)合所學(xué)的機制來預(yù)測子代的性狀和建立遺傳圖譜。

2.3 貫穿模塊的STEM項目

STEM教育圍繞科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)展開，致力于提高學(xué)生的STEM素養(yǎng)。美國是STEM教育的發(fā)源地，十分重視STEM教育，在科學(xué)教育中加強STEM教育也體現(xiàn)在了相關(guān)教材的編寫中。Inspire Science教材在每個模塊都安排了一個STEM項目。項目的形式豐富多樣，緊密結(jié)合模塊的知識，讓學(xué)生或準(zhǔn)備一篇新聞報道，或參與某項科學(xué)家的工作，或為公司設(shè)計一款游戲，或為自然歷史博物館準(zhǔn)備一個展覽，等等。項目貫穿于整個模塊：在模塊的開始，設(shè)計了“STEM項目啟動”欄目來引入項目，介紹了項目的背景，提出相關(guān)問題為項目的開展進行思維熱身；在每課的最后，設(shè)有一個項目鏈接，提示學(xué)生學(xué)完本課的知識后，可以為項目的設(shè)計做哪些準(zhǔn)備；在模塊的最后則安排了“STEM科學(xué)挑戰(zhàn)”欄目，完整呈現(xiàn)了項目開展的流程，涉及設(shè)計、評價、解釋等環(huán)節(jié)，其中設(shè)計環(huán)節(jié)，與前面的項目鏈接相對應(yīng)。

除了STEM實踐項目，教材中還有“STEM職業(yè)”欄目，該欄目采用文字、圖片的形式介紹了相關(guān)職業(yè)，有野生動物生態(tài)學(xué)家、空氣污染分析師、濕地保護者、微生物學(xué)家、心血管影像技術(shù)人員、遺傳咨詢師、古生物學(xué)家等。了解這些從業(yè)者是如何工作的，有助于學(xué)生體會所學(xué)知識的應(yīng)用價值，形成正確的職業(yè)觀，也為他們?nèi)蘸筮M行職業(yè)規(guī)劃提供了參考。

2.4 豐富的活動安排

Inspire Science教材每課都安排有學(xué)生活動，它們主要分布在“科學(xué)探索”和“科學(xué)實驗”欄目中。整套書共有58個科學(xué)探索活動、39個科學(xué)實驗活動。

科學(xué)探索活動豐富多彩：有觀察思考活動，如讓學(xué)生觀察一張植物結(jié)構(gòu)的圖片，推測它的根和莖怎樣起支撐作用；有資料分析活動，如讓學(xué)生看動物求偶的視頻資料，然后說出有哪些不同的求偶方式；有調(diào)查活動，如讓學(xué)生調(diào)查自己身邊的生態(tài)系統(tǒng)中有哪些生物和非生物等。

科學(xué)實驗活動大多數(shù)需要動手操作，教材中寫明了材料、步驟、分析和結(jié)論等內(nèi)容，可操作性強。教材還十分重視安全教育，對于一些需要注意安全的科學(xué)實驗活動，其第一部分內(nèi)容就是用若干小圖標(biāo)進行安全提示，如佩戴護目鏡、注意有毒物質(zhì)的圖標(biāo)等，并且每個活動步驟的第一步都是要求學(xué)生閱讀了解實驗室的安全規(guī)范。

2.5 顯性的思維訓(xùn)練設(shè)計

科學(xué)與其說是一種知識體系，不如說是一種思維方式?？茖W(xué)教育離不開科學(xué)思維訓(xùn)練，科學(xué)教材也必然要滲透科學(xué)思維訓(xùn)練的內(nèi)容?？茖W(xué)思維訓(xùn)練有3個基本點：培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑的精神和態(tài)度；培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識、獲取證據(jù)的能力、評價證據(jù)的能力；培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維的嚴(yán)謹(jǐn)性、全面性、深刻性和流暢性。Inspire Science教材在這些方面對學(xué)生進行了科學(xué)思維訓(xùn)練。例如，教材每課之前設(shè)計有“科學(xué)探討”欄目，欄目的內(nèi)容大多數(shù)是從自然現(xiàn)象出發(fā)，呈現(xiàn)了不同人對引起該現(xiàn)象的原因的不同觀點，并讓學(xué)生談?wù)勛约旱目捶ǎ蛘呓o出了幾個選項，讓學(xué)生選出與自己想法最接近的選項。在每課的最后則有一個“重新討論”鏈接導(dǎo)向該欄目，目的是讓學(xué)生在學(xué)完本課后，審視自己是否還持有一樣的觀點，即進行自我校正，而自我校正是批判性思維的核心技能之一。前面提到的“解釋現(xiàn)象”活動，突出培養(yǎng)了學(xué)生搜集證據(jù)進行論證的能力。STEM項目注意引導(dǎo)了學(xué)生基于證據(jù)和邏輯，運用分析、綜合、建模等方法，進行思考和判斷，提出創(chuàng)造性的見解等。教材中還有一個“立體思維”欄目，意在引導(dǎo)學(xué)生從多個角度思考問題，該欄目突出訓(xùn)練了解釋的技能，如讓學(xué)生解釋哪些變化會影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的生物數(shù)量等。

值得關(guān)注的還有，教材設(shè)計了大量的留白，需要學(xué)生將自己的觀點、證據(jù)、分析、解釋等寫下來。文字表達不僅反映了一個人的思維活動，還會使思維變得清晰、敏銳并且具有豐富性。讓學(xué)生用文字、圖表表達，尤其是運用科學(xué)語言表達，也是訓(xùn)練科學(xué)思維的有效方式。

3 對我國初中生物學(xué)教材編寫的啟示

3.1 重視問題引導(dǎo)

布魯納認(rèn)為，教學(xué)過程是一種提出問題和解決問題的持續(xù)不斷的活動。思維永遠(yuǎn)是從問題開始的。問題在教學(xué)中有著極為重要的作用，作為教學(xué)重要資源的教材應(yīng)該要精心設(shè)計問題。Inspire Science教材始終在用問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識、開展活動，這一點值得借鑒。教材編寫可以從下面幾個方面進行考慮。

用問題激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。我國現(xiàn)行人教版初中生物學(xué)教材每節(jié)開篇“想一想，議一議”欄目創(chuàng)設(shè)了一系列的問題情境，在激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣方面發(fā)揮了積極的作用。在編寫新教材時，這樣的設(shè)計應(yīng)該繼承，好的情境素材也可以繼續(xù)使用。隨著生物科學(xué)技術(shù)的進步以及新課程理念的提出，教材還可以挖掘一些新的素材，如體現(xiàn)新時代我國科技發(fā)展的新成就、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的素材等。

用問題揭示知識的內(nèi)在邏輯。Inspire Science教材每課知識內(nèi)容的小標(biāo)題都是一個問題，不少問題以問題串的形式有序呈現(xiàn)，揭示了知識之間的內(nèi)在邏輯。教材編寫時，不一定小標(biāo)題都要用問題呈現(xiàn)，但是在行文時，可以考慮問題串的設(shè)計，使知識發(fā)展的脈絡(luò)更加清晰，便于學(xué)生理解。

用問題引導(dǎo)實踐活動的開展?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）指出，探究實踐是源于對自然界的好奇心、求知欲和現(xiàn)實需求，解決真實情境中的問題或完成實踐項目的能力與品格?？梢?，很多實踐活動的開展不是單純地訓(xùn)練動手能力，或?qū)W習(xí)某項操作技能，而是指向問題的解決。所以，教材在編寫這樣的活動時，可以問題情境引入，并且要盡量創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，從而使學(xué)生有了開展活動的內(nèi)驅(qū)力，繼而將解決問題的想法或創(chuàng)意付諸實踐。教材如果有版面空間，也可以像Inspire Science教材那樣多一些留白，讓學(xué)生將活動的設(shè)計、結(jié)論的分析等記錄下來。

3.2 創(chuàng)新跨學(xué)科實踐活動

生物學(xué)是一門實踐性較強的學(xué)科，實踐活動在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實踐創(chuàng)新能力等方面具有不可替代的作用。結(jié)合《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，教材中的探究實踐活動應(yīng)該包括兩類：科學(xué)探究活動和跨學(xué)科實踐活動?！吧飳W(xué)與社會·跨學(xué)科實踐”是新增的學(xué)習(xí)主題，相關(guān)活動的編排將是教材實踐活動部分重要的創(chuàng)新點。

內(nèi)容選擇上，跨學(xué)科實踐活動應(yīng)該突出綜合性?！吧飳W(xué)與社會·跨學(xué)科實踐”學(xué)習(xí)主題對應(yīng)的大概念為：真實情境中的問題解決，通常需要綜合運用科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的概念、方法和思想，設(shè)計方案井付諸實施，以尋求科學(xué)問題的答案或制造相關(guān)產(chǎn)品?？梢姡鐚W(xué)科實踐活動的內(nèi)容選擇要重點考慮科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)學(xué)科的融通。例如，引導(dǎo)學(xué)生運用工程學(xué)的思想來獲得某些物化的產(chǎn)品；運用數(shù)學(xué)知識建構(gòu)模型、分析生物學(xué)現(xiàn)象等。在與人文學(xué)科的融合方面也可以有所探索，如結(jié)合中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化開展的實踐項目、有利于學(xué)生審美情趣培養(yǎng)的設(shè)計制作項目等。

形式上，跨學(xué)科實踐活動可以具有多樣性。除了新課標(biāo)中列出的模型制作類、植物栽培和動物飼養(yǎng)類、發(fā)酵食品制作類這三類活動外，像Inspire Science教材中的準(zhǔn)備新聞報道、為博物館準(zhǔn)備展覽等鼓勵學(xué)生大量搜集資料，提煉有價值信息的活動也可以考慮。

跨學(xué)科實踐活動的呈現(xiàn)方式要注意體現(xiàn)開放性?？鐚W(xué)科實踐活動不以單一學(xué)科知識體系為基礎(chǔ)，開放性的設(shè)計更能拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識，如材料選擇的開放性、設(shè)計思路的開放性、結(jié)果探討的開放性等。開放性活動的難度可能會略有提升，為了讓學(xué)生的實踐有抓手，教材可以提供一些參考案例。另外，活動的設(shè)計還可以借鑒Inspire Sci?ence教材STEM項目的設(shè)計思路，每個單元設(shè)計1或2個活動，同時關(guān)注每節(jié)知識內(nèi)容與活動的聯(lián)系，在教材相應(yīng)位置予以提示。

新初中生物學(xué)教材的編寫已經(jīng)啟動，繼承老教材的特色和優(yōu)點，學(xué)習(xí)國外優(yōu)秀教材編寫的先進理念和做法，對于教材來說又將是一次新的提高。