滬科版高中生物學新舊教材中“基因工程”部分的比較分析

李娟娟 張萬貴

(上海市嘉定二中 上海 201802)

教材是生物學課程實施的基本資源,也是教師開展課堂教學的重要依據(jù)。滬科版《選擇性必修3·生物技術與工程》(以下簡稱“新教材”)中的“基因工程”部分是以《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱“《課程標準(2017年版2020年修訂)》”)為依據(jù),在繼承和發(fā)揚2007年版《生命科學(試用本)·高中第二冊》(以下簡稱“舊教材”)相關內容基礎上修訂而來,無論是內容編排、插圖、欄目設置,還是單元小結及習題方面均有顯著變化,值得廣大教師深入研究,以更好地把握教材,服務教學。

1 新舊教材“基因工程”比較

1.1 課程標準的變化

課程標準是教材編寫、修訂的指南和藍圖。舊教材的編寫是以《上海市中學生命科學課程標準(試行稿)》(以下簡稱“《課程標準(試行稿)》”)為指導的。分析比較兩版本課程標準“基因工程”部分的內容與要求可以發(fā)現(xiàn)如下變化。

《課程標準(試行稿)》中“基因工程”歸屬于高中階段的主題七“現(xiàn)代生物技術的應用”,根據(jù)課程結構的安排為必修,教學內容包含“基因工程的基本過程及應用”、“轉基因作物和動物”、“現(xiàn)代生物技術的價值”等?！墩n程標準(2017年版2020年修訂)》中“基因工程”歸屬于模塊3“生物技術與工程”,在課程結構中為選擇性必修,教學內容涉及2 個大概念(概念5和概念6)下的3 個重要概念(概念5.1、5.2 及6.1)和8 個次位概念(概念5.1.1、5.1.2 等);“學業(yè)要求”聚焦學生完成本模塊學習后生命觀念、科學思維、科學探究等學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

綜上,《課程標準(2017年版2020年修訂)》“基因工程”部分從必修改為選擇性必修是重大調整,一方面減輕了生物學合格性考試考生的學習負擔,另一方面,教材內容廣度和深度的提升有利于滿足熱愛生物學并參加等級性考試的學生進一步研究和學習的需要。此外,《課程標準(2017年版2020年修訂)》注重通過大概念、重要概念等概念層級助力學生概念體系的構建,對學生學業(yè)的要求也從原先偏重知識獲得、能力培養(yǎng)轉向學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.2 教材內容的變化

教材作為課程標準的載體,需要與課程標準步調一致以實現(xiàn)新時代的教育目標,因而新舊課標的差異必然在教材的內容體系上體現(xiàn)出來。

1.2.1 內容的編排

兩版教材核心內容一致,均關注基因工程的概念、工具、基本過程以及轉基因技術的應用和安全性等問題(表1),體現(xiàn)了新教材對舊教材的繼承。為契合新課標的理念及要求,新教材在保留舊教材精華的基礎上進行了多處修訂與創(chuàng)新。

①為全面、科學地闡述大概念5 及大概念6 下的重要概念6.1,新教材創(chuàng)造性地將舊教材中僅1 節(jié)篇幅的內容經調整、擴充后重組為4 節(jié)。其中的“蛋白質工程”是全新內容,但科研意義及產業(yè)化價值重大。新增這一內容,既彰顯了生物技術造福于人類生產生活的學科價值,又體現(xiàn)了教材內容的與時俱進。

②新教材對節(jié)名等做了顯著調整,由舊教材的短語式標題改為陳述句的形式,并分別指向核心概念、重要概念和次位概念,凸顯了教材的脈絡和內容主線,對學生生物學概念的建構起到重要作用。

1.2.2 內容的修訂

新教材基于規(guī)范性、時代性等原則修訂了知識內容,主要包括以下幾點:

①增加:新教材在內容增添方面最顯著的是上文已經闡述的“蛋白質工程”一節(jié)。除此以外,第三章第一節(jié)結合科學史闡述了基因工程誕生的歷程和科學意義,列舉了基因工程在醫(yī)學、農牧業(yè)等眾多領域的廣泛應用,既描述了基因工程從哪來、是什么,又闡釋了該技術服務于什么、如何服務。與舊教材直奔主題式的風格相比,這一變化使學生對轉基因技術了解更為深入,有助于調動學生學習的積極性和主動性。再者,第三章第二節(jié)以兩頁的篇幅闡述了PCR 技術,新增此內容既是第二目“PCR 是獲取目的基因的主要方法”理論知識學習的需要,也為后續(xù)探究·實驗3-3“PCR 擴增DNA 的原理和操作”及3-5“PCR 擴增產物的凝膠電泳鑒定”的順利開展打下基礎。

②刪除:舊教材中將基因工程的三大工具分別比喻為“化學剪刀”“化學漿糊”和“分子運輸車”,一定程度上將微觀知識形象化,但由于并不能很好地突顯限制酶、DNA 連接酶等發(fā)揮作用的分子機制,因而在新教材中刪除該內容。

③修改:舊教材中的“限制性核酸內切酶”在新教材中被修訂為“限制性內切核酸酶”。這兩種稱謂沒有對錯之分,但后者與《分子生物學》等專業(yè)書籍一致,此處修訂體現(xiàn)了新教材中專業(yè)術語表述的嚴謹性和規(guī)范性。

1.3 教材插圖的變化

舊教材“基因工程”部分包含實物圖、示意圖、人物圖3 類共10 幅圖;新教材中插圖種類為4 種,總數(shù)為37 幅(表2)。整體來看,插圖數(shù)量上新教材遠高于舊教材,但圖像密度二者基本一致,均接近每頁一幅圖片,體現(xiàn)了兩版教材均重視利用圖像系統(tǒng)豐富版面、拓展知識、增加教材趣味性的共性編寫特色。

表2 兩版教材插圖比較

新教材插圖的主要變化體現(xiàn)在以下兩個方面:①類型及數(shù)量的新增:類型方面,在探究·實驗及課前活動中增添了圖表圖。例如,探究·實驗3-3 及3-5中分別設置了“PCR 體系配方”表及“50×TAE 電泳緩沖液配方”表,圖表詳細列出了配方所需的各種成分及其體積數(shù),便于學生完成實驗探究的過程,突破學習難點。數(shù)量方面,由于增添了PCR 技術、蛋白質工程等重要內容,因而在相關內容處補充了PCR 擴增儀實物圖、PCR 基本程序示意圖及蛋白質工程修飾改造天然蛋白策略的基本流程示意圖等,旨在通過形象的圖示化繁為簡闡明原理,幫助學生理解核心概念、建構知識體系。

②圖片的優(yōu)化:主要為同種類型圖片的更新。例如,為促進微觀知識可視化、抽象知識直觀化,兩版教材在闡述限制性內切核酸酶和DNA 連接酶時均配了插圖,舊教材在一張圖片中同時體現(xiàn)了兩種酶,著重從整體上展示限制酶的切割作用和DNA 連接酶的連接作用。新教材則更加細致,用兩幅圖分別體現(xiàn)了限制酶和DNA 連接酶的作用。其中,前者將酶的識別序列及切割位點清晰地標示出來,并重點展示了切割后的單鏈突出及黏性末端的方向差異;后者除展示低溫下黏性末端之間的氫鍵形成過程,還著重呈現(xiàn)了DNA 連接酶“封閉雙鏈DNA 分子中單鏈‘缺口’”的功能特點。這一變化有助于學生認識科學細節(jié),養(yǎng)成嚴謹?shù)乃季S習慣。

1.4 教材欄目的變化

欄目是課程觀的載體,其形式和內容等都體現(xiàn)了教材深層次的教育理念。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),舊教材含有“廣角鏡”“關鍵問題”“想一想,做一做”“閱讀與思考”“發(fā)現(xiàn)之路”以及“思考與討論”共6 種12 個欄目;新教材中則設置了“廣角鏡”“學習提示”“科學史話”“探究·建?！薄疤骄俊嶒灐薄疤骄俊せ顒印薄八季S訓練”“前沿視窗”“自我評價”共9 種26 個欄目。

新教材無論是在欄目數(shù)量還是欄目種類上均顯著多于舊教材,除旨在對學生可能感興趣的內容進行適當拓展的“廣角鏡”在新舊教材中均有設置,其他欄目都是全新設立而舊教材中沒有的,體現(xiàn)了新教材在繼承基礎上的推陳出新。

根據(jù)欄目的性質和作用,新教材的欄目可分為引導提示類、發(fā)展素養(yǎng)類、評價類、拓展學習類、科學發(fā)現(xiàn)史類等5 大類,尤其前3 類欄目是新教材的一大亮點。引導提示類欄目“學習提示”每節(jié)均設有2 至3個,例如“重組DNA 技術的科學意義在于突破物種之間遺傳信息交流的天然屏障,體現(xiàn)進化與適應觀”,與正文內容銜接,幫助學生聚焦、凝練學習內容,建構生命觀念。發(fā)展素養(yǎng)類欄目中的“探究·建?！薄疤骄俊嶒灐钡确植加谥攸c和難點內容處,落實課程標準中要求的學習活動并適當拓展,例如第三章第二節(jié)的建模活動“模擬限制性內切核酸酶的切割作用”,引導學生以紙片進行實物模擬,將微觀抽象的切割過程和結果可視化呈現(xiàn);評價類欄目“自我評價”位于每節(jié)末尾,以問答題的形式引導學生及時診斷每節(jié)內容的學習情況,促進學業(yè)發(fā)展。此外,科學發(fā)現(xiàn)史類欄目“科學史話”、拓展學習類欄目“前沿視窗”等,內容新穎、內涵豐富,是寶貴的教育資源。

1.5 單元小結及習題的變化

單元小結是教材單元結構體系中旨在系統(tǒng)總結本章核心知識點、引導學生溫故知新的重要部分。單元習題是對學生學習成效進行檢驗和評價的重要材料。新舊教材的單元小結名稱不同,但其主要內容有共通之處,均重視對概念的梳理和回顧,通過呈現(xiàn)本章的主要概念幫助學生建構知識體系(表3)。與舊教材小結僅關注知識點的復習鞏固相比,新教材以“核心素養(yǎng)為宗旨”等理念為指導,其單元小結不僅系統(tǒng)總結本章的主要概念,更聚焦本單元需要達成的科學思維、科學探究、社會責任等學科核心素養(yǎng)目標,體現(xiàn)新教材從知識、能力立意向素養(yǎng)立意的轉變。

單元評價方面,舊教材在章結尾沒有習題,不利于學生及時自我評價、查漏補缺。新教材中設置了“學業(yè)評價”,以簡答題、選擇題、表述題、設計題等形式呈現(xiàn),題量適中、題型多樣,而且題目設計重視情境創(chuàng)設,通過將問題置于情境中來評價學生對本章學習目標的達成情況,有利于學生對所學知識的遷移應用及素養(yǎng)發(fā)展。

2 新教材“基因工程”的編寫特色

2.1 內容呈現(xiàn)聚焦學科大概念

如上文“內容編排”所述,為落實“內容聚焦大概念”的編寫理念,新教材在遵循學生認知規(guī)律的基礎上對節(jié)名和目名進行了調整:節(jié)名指向課標大概念和重要概念,目名則指向次位概念。例如,本模塊四個節(jié)名依次對應大概念5 及重要概念5.1、5.2 和6.1,第三章第一節(jié)第一目的標題對應次位概念5.1.1。這一特色使學生通過瀏覽目錄就能對本單元的核心內容形成整體的把握,為概念的建構奠定基礎。

2.2 活動組織強化實驗和探究

新教材高度關注學生學習過程中的實踐經歷,與舊教材僅有1 個關于轉基因生物產品安全性的“小組討論”活動相比,新教材中共設置了3 個探究實驗、2個建?；顒蛹? 個辯論活動。教師可以在教學過程中引導學生在學中做、在做中學,學生通過主動參與動手和動腦的系列活動深化對概念的理解,并在討論交流中構建新知、發(fā)展思維,增強科學探究能力。

2.3 情景創(chuàng)設關注學科育人

新教材“基因工程”的核心內容是在法律和倫理的約束下,以人類需求為導向進行產品開發(fā)和制造,因而在內容的選擇和組織上,創(chuàng)設了人胰島素的大規(guī)模制備及性能改善的單元情境貫穿始終,欄目及學業(yè)評價也注重引導學生在真實情境中思考和解決問題。這一特色有利于學生在關注、探討社會熱點問題的過程中,逐步形成以科學技術發(fā)展造福人類的社會責任意識。

3 教學啟示與建議

教材的編寫和修訂是為教學和育人服務的?！墩n程標準(2017年版2020年修訂)》、新教材對教師的課堂教學及學生的學習均帶來了較大挑戰(zhàn)。因此,教師可以在明晰教材變化的基礎上采取以下策略提高教育教學效果。

3.1 摒棄固有教學思維,關注學科核心素養(yǎng)

《課程標準(2017年版2020年修訂)》的價值取向是以人的發(fā)展為核心,重視學生核心素養(yǎng)的達成。雙新背景下教師應及時轉變教學觀念,明確學生的學習主體的地位,拋棄知識灌輸?shù)睦纤枷?。教師在教學設計時應始終以發(fā)展學生的生物學核心素養(yǎng)為首要目標;教學過程中,基于真實情境,提供驅動問題,引導學生在思考、探究、問題解決的過程中內化知識,形成概念,發(fā)展思維。同時,教師可以采用欄目解讀、案例分析或查閱資料、開展辯論等形式引導學生探討生物技術的安全與倫理問題,落實生命觀念、科學思維、社會責任等素養(yǎng)的培育。

3.2 依托章節(jié)特色內容,建構單元概念體系

新教材提倡以學科大概念為核心,建構結構化知識體系。為達成這一目標,教師可以挖掘教材的章引言等特色內容進行教學。新課開始時,教師可以將章首頁、章引言和章首圖有機結合,以圖文并茂的形式概括并展示本章聚焦的主要內容和核心問題,引導學生通過討論交流,以繪制思維導圖等形式初步梳理單元結構框架和內容主線。學習結束,教師可以指導學生結合“本章小結”修改完善思維導圖,建構單元概念層級和知識網(wǎng)絡,促進學生對概念的整體把握,實現(xiàn)深度學習。

3.3 注重學科實驗探究,引導學生主動學習

“教學過程重實踐”是新教材的重要編寫理念。本模塊的知識比較微觀抽象,傳統(tǒng)的講授式教學難以調動學生積極性。教師應積極創(chuàng)造條件保障教材的實驗及實踐活動充分開展?？紤]到課時問題,教師還可以將部分活動(如模型制作)安排在課余時間,通過課上課下聯(lián)動,提供更多探索空間,促進學生學習。