中美高中生物教材模型構建內容的比較與分析

韋夢杰　李連杰

摘 要 通過比較和分析美國教材《Prentice Hall Biology》和我國高中生物（人教版）必修三教材中關于模型構建的內容，以“減數分裂模型的構建”為例，發現兩國教材有關模型構建在位置、結構安排、內容、表述上均有顯著差異。美國教材力圖通過模型構建培養學生的科學探究思維和能力，中國教材沒有發揮出模型構建應有的教學價值，將重點放在知識和記憶層面。在此基礎上，嘗試性地對我國的模型構建探究活動提出了有一定借鑒價值的建議：正確認識模型構建的教育價值，開發學生的多元智力；樹立真探究的意識，提升學生的科學素養；多渠道開發課程資源，拓寬學生的視野。

關鍵詞 模型構建 美國教材 人教版教材

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 A

《義務教育生物學課程標準（2011版）》中提出了三大基本理念，其中包括“倡導探究性學習”。而模型構建本身也是一種科學探究活動，因此我國人教版教材中加入了模型構建的內容，力圖改變學生的學習方式，幫助學生領悟科學的本質，引導學生主動參與、勤于動手、積極思考，逐步培養學生獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力等，突出創新精神和實踐能力的培養。美國是科學教育的佼佼者，其模型構建在教學中的開展時間較長，方法體系也較為成熟。下面通過對比中美高中教材中模型構建的內容，試圖找到我國教材與美國教材的差距所在，分析其深層次的原因，進而幫助教師更好地理解和借鑒美國的教育經驗，對生物學教學產生啟迪。

模型構建是高中生物教學中常用的一種學習方式，其功能性體現在可以幫助學生更好地表征問題，理解抽象的知識。生物學教學中的常見模型有物理模型、數學模型和概念模型，筆者聚焦于物理模型的構建。物理模型以具體實物或圖畫直觀地表示研究對象的特征，物理模型構建的過程是抽象概念具體化的過程，有助于幫助學生構建并鞏固相應的概念。

1. 中美高中教材模型構建專題的對比

《Prentice Hall Biology》是美國高中生物教材，其中關于模型構建共有9個專題內容；高中生物（人教版）教材是我國的主流教材，其中關于模型構建共有6個專題內容（表1）。“減數分裂模型的構建”是中外教材的共有之處，以“減數分裂模型的構建”為例展開比較和分析。

2 “減數分裂模型的構建”在教材中的地位分析

查閱《Prentice Hall Biology》的目錄，發現“減數分裂模型的構建”出現在實驗和活動模塊中的探究板塊中。在教材中，作為一個獨立的版塊出現在“第11章：遺傳學導論”的最后。

我國人教版高中生物教材中，“建立減數分裂中染色體變化的模型”作為一個探究小活動出現在必修2第二章第一節“減數分裂和受精作用”的減數分裂與受精作用之間。此外，在目錄中沒有體現。

美國教材中，“第11章：遺傳學導論”包括5節內容：孟德爾雜交實驗、概率和旁氏表、探索孟德爾遺傳學、減數分裂、連鎖效應和基因圖譜。經過一整個章節的學習，學生已經有了一定的理論基礎，“減數分裂模型的構建”作為一個獨立版塊出現在章節最后部分，是為了幫助學生鞏固舊知，梳理知識網絡，引導學生在探究活動中運用所學知識解決實際問題。減數分裂是該章節的基礎內容，模型構建有利于加深學生對減數分裂過程中染色體行為變化的理解，為該章節其他內容的學習夯實基礎，有利于知識之間的聯系與遷移。而我國教材則是在“減數分裂”和“受精作用”之間穿插了該內容，主要目的是幫助學生在新課學習的過程中及時構建“減數分裂”的有關概念，并且以初級精母細胞為模型構建的對象，為下面“受精作用”的學習做出鋪墊。

2.1 結構安排的比較

美國教材將模型構建分為7個部分：引言、問題、材料、技能、過程、分析與結論、拓展延伸。該部分內容結構清晰，條理清楚，體現了科學探究上嚴密清晰的思維方式（表2）。每一個步驟對應的目的之間體現了連貫性與一致性，表述明確。

我國教材在結構安排上由活動準備、方法步驟、討論和表達交流4部分組成（表3）。各部分目的不夠細致和明確，還存在環節上的缺失，容易導致教師和學生在整個探究過程中不知道每一個步驟是為了達到什么目的，在一定程度上削弱了模型構建的教學功能。

2.2 操作步驟的比較

美國教材的操作步驟表述簡短，給出學生需要完成的任務，具體操作方法并沒有詳細描述，而是讓學生自主探究，完成模型構建，并且讓學生自己按照減數分裂各個階段的特征為模型進行排序，標出發生同源染色體分離、非同源染色體自由組合、非姐妹染色單體交叉互換的階段。

我國教材的操作步驟表述詳盡，描述了學生在每一步中具體的操作方法，是“食譜式”的探究活動。例如，在描述同源染色體分離時，我國教材是這樣描述的：“雙手分別抓住并移動染色體的著絲點，使紅色和黃色的染色體分離，分別移向細胞的兩極。”學生只要按照教材中的文字操作就可以完成模型的構建。

美國教材更加注重思維方式的訓練，在高中階段就開始著重加強培養學生的科學探究技能，探究過程更傾向于以能力立意為依托，希望通過模型的構建來體現科學的思維方式。我國教材則是把模型構建當做教學的輔助工具，通過物理模型使減數分裂過程更加直觀，幫助學生構建相關的概念，復習鞏固新授知識。整體上偏重知識的掌握，忽略技能的培養，容易導致學生在離開教材的情況下就無法進行模型的構建。概括言之，我國教材側重知識的鞏固，注重記憶層面；美國教材則側重于思維的發展。

2.3 “分析與結論”環節的比較

美國教材將“分析與結論”分為4個層次逐層展開，包括模型的使用、總結、預測、評估。采用問句的形式，引導學生在回答問題的過程中做出分析，得出結論。問題的難度設置恰當，學生需要在掌握了減數分裂的過程、規律和原理的基礎上，通過思考才能回答出來，體現了“最近發展區”規律。例如，在預測中，問題是“在減數第二次分裂中，如果染色體沒有成功分離，那么配子將會受到什么樣的影響？”學生必須理解并掌握減數第二次分裂染色體的行為變化，通過一定的思考才能作答，該問題很好地考查了學生對知識的掌握程度。分為4個層次進行總結的方式較為科學，邏輯性較強，不容易產生遺漏；在問題之后，還讓學生對問題的答案做出解釋，注重思維過程以及對結果的分析，有利于幫助學生形成一種科學縝密的思維方式。

我國教材中沒有“分析與結論”的環節，相類似的是“討論”，以問題串的形式引導學生展開討論，能夠引導學生關注到減數分裂的學習重點，有助于幫助學生及時地回憶鞏固并記憶新授知識，進行評價，查漏補缺。但是，問題的難度不夠，大部分問題都是學生不需要經過思考就可以直接回答出來的，停留在識記的層面。例如你模擬了減數分裂中哪些染色體行為？你們小組的模型中只含紅色染色體的配子有幾個？

2.4 “拓展延伸”環節的比較

美國教材的最后一個環節是“拓展延伸”：建立模型來對比精子和卵子的形成過程。精子和卵子的形成過程是減數分裂的實例，這一活動在“減數分裂模型構建”難度的基礎上有所提升，可以檢查學生是否掌握了模型構建的技能。學生可以在自主探究地過程中及時發現自己的不足加以糾正，提高其科學素養及科學探究能力，有利于知識的遷移和應用。

我國教材沒有“拓展延伸”這一環節，由于模型構建的內容出現在受精作用之前，因此，我國教材的編寫意圖是希望通過模型構建來幫助學生鞏固新授知識，為接下來的學習做出鋪墊，把模型構建當做教學的輔助手段。

2.5 “注意事項”的比較

美國教材多次提到“實驗結束后用溫水和肥皂洗手”，除了知識和技能的學習，還注重實驗素養的提升，我國的中學生很少能夠在實驗結束之后主動洗手。此外，美國教材還特別注重實驗的安全問題，在實驗步驟之后，多次出現斜體加粗字體以表示學生應該在實驗中應該注意的安全問題，而我國教材在這方面稍有欠缺。

3 對教學的啟示

3.1 正確認識模型構建的教育價值，開發學生的多元智力

表征是基于建構主義理論而提出的子概念，其教育價值被廣泛認可，被認為是進行建構主義教學的一條有效路徑。而利用模型構建的方式激發學生進行有意義的生物概念學習是有效的。有學者將表征分為微觀表征、宏觀表征與符號表征。減數分裂模型的構建就是用宏觀的物體重現微觀過程從而表征出生物概念的典型案例，該教學活動有利于學生從不同視角了解分裂過程、掌握分裂特點、運用分裂規律。另一方面，多元智力化理論提出學習者的智力是多元而非一元的，因此課程內容的呈現方式應多樣化，模型構建的教學為教師開展探究性教學提供了新的平臺，也能使智力結構有所差異的不同學習者得以全面發展。顯然，中美教材均意識到模型構建的教育功能，但理性思考后發現我國對模型構建部分的教學重視程度不高，沒有有效地發揮出模型構建應有的教學價值。因此，一線教師在認識到模型構建教育功能的基礎上應該在課堂上切實開展模型建構活動，從而提高學生對概念的掌握程度，培養學生的科學探究思維和能力。

3.2 樹立真探究的意識，提升學生的科學素養

通過比較和分析可以發現，我國教材關于“模型構建”的編寫太過于詳盡，將學生應該自主探究的過程步驟也展示出來，學生只要按照教材上的文字進行操作就可以完成模型的構建，不需要經過思考就可以完成這項科學探究活動，往往會限制學生的思維，不利于培養學生的創新能力，長此以往會導致學生依賴于課本教材，不利于學生科學素養的提升。“提高生物科學素養”是生物課程標準的三大理念之一，科學教育的基本任務是培養學生必備的、可持續的科學素養。因此，教師在未來的生物教學中必須樹立真探究的意識，在適當的引導下放手讓學生去自主探究。另外在教學過程中，教師應為學生的思考留有余地，留給學生更多自主探究和創新的機會，盡量避免限制學生思維的“食譜式”假探究。例如，可以通過模型的構建來體現科學的思維方式，在引導學生構建模型的同時，培養其理論性探究能力，讓學生能夠積極主動、自如地建構和完善科學概念，體會科學知識的本質、科學理論的質量評價標準，以及科學知識形成的曲折歷程，以提升學生的科學素養為目的。

3.3 多渠道開發課程資源，拓寬學生的視野

必須理性承認，美國在科學教育方面是世界的佼佼者，也必須意識到我國科學教育與美國科學教育之間的差距。作為教育工作者，應該首先拓寬自己的視野，樹立“大課程觀”的意識，不應該只滿足于現有的課程資源，應該主動學習、借鑒和吸收國外優秀的課程資源，以提高我國的科學教育質量，拓寬學生的視野，增加其學習動力。

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