中美生物教材中物理模型建構對比分析

夏青

1 在課程中的地位

普通高中生物課程標準所提出的三維目標包括知識目標，能力目標以及情感態度價值觀目標，在實施過程中要求三個維度是一個有機的整體，課程標準已經將“模型”納入知識目標中，要求學生具有“獲得生物學基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識”。美國《國家科學教育標準》中明確把模型和科學事實、概念、原理、理論并列為科學主題的重點，可見國外先進國家對構建模型科學是非常重視的。筆者對中美生物教材中所涉及的物理模型進行了整理和歸納，中國高中生物教材以人教版為例進行比較分析。

2 模型建構比較

2.1在教材中編排位置的比較

人教版高中生物教材中“制作DNA雙螺旋結構模型”是《必修2 遺傳與進化》第三章第2節“DNA分子的結構”中的內容，介于學生學習完DNA分子結構之后，未學習DNA的復制、轉錄翻譯等內容之前。而美國教材中“制作DNA復制的模型”安排在第十二單元《DNA和RNA》整個單元的最后，是在學生學習完有關DNA的結構、復制、轉錄、翻譯等全部內容的基礎上設置的。

通過分析和揣測美國教材編寫者的編寫意圖，我們不難發現，美國教材中建構物理模型的設置安排在一個單元之后，更注重知識的整體性，有利于學生對知識的遷移提高融會貫通的能力，而中國教材中物理模型的設置較片面，學生的思維能力也不能得到很好地培養延伸，會導致學生形成的知識碎片化，而不是清晰的知識網絡。因此，若一個單元前后知識內容聯系較緊密，層層遞進，且符合模型建構的要求，建議在學習完整個單元的基礎上指導學生構建物理模型，使最終掌握的知識系統化，美國教材的這一編排特點值得我們借鑒。

2.2材料用具的比較

人教版高中生物教材：曲別針、泡沫塑料、紙片、牙簽、橡皮泥等

美國高中生物教材：紙片（褐色、灰色、綠色、黃色、紅色和紫色）、米尺、

剪刀、透明帶

通過對比我們可以發現，兩國教材所提供的材料用具都體現了方便易得、成本低的特點，但人教版提供的建構物理模型所用的材料更多樣化，供學生選擇的余地更大；而美國教材僅僅提供了卡片、透明帶，狹隘的材料選擇空間可能會扼殺學生的創新能力，建構物理模型本是一種創造性的活動，不管是材料選擇還是方案設計都要充分調動學生的思維，因此，筆者認為在材料提供上可以適當增加多樣性，我國教材在這一方面還是略勝一籌。

2.3模型設計的比較

模型的設計方案是學生構建模型的整體思路和框架，是模型建構的主體部分也是科學思維的外顯。由于中美兩國教材此部分模型建構內容的重點有所不同，人教版高中生物教材側重于DNA雙螺旋結構，美國教材側重于DNA分子的復制，但美國教材中也涉及了DNA雙螺旋結構的構建過程，因此筆者將中美教材中這部分的共同內容作一個比較分析。

中國教材中模型設計部分安排如下：

制作模型前首先應該充分設計，并考慮以下問題：

1.分別用哪幾種材料來代表組成DNA分子的磷酸、脫氧核糖和堿基？這三種物質是在什么部位相互連接的？怎樣將這幾種材料正確地連接起來？

2.在DNA分子中，每個脫氧核苷酸之間是在什么部位相互連接的？怎樣將脫氧核苷酸正確地連接起來？

3.在模型中，如何體現DNA分子的兩條鏈是反向平行的？又怎樣體現兩條鏈的堿基之間互補配對？

美國教材中模型設計部分如下：

1.用所提供的卡片剪出以下部分：脫氧核糖：36個褐色卡片（2cm*2cm）；磷酸基團：36個灰色卡片（1cm*2cm）；堿基A：12個綠色卡片（1cm*2cm）；堿基T：12個黃色卡片（1cm*2cm）；堿基G：6個紅色色卡片（1cm*2cm）；堿基C：6個紫色卡片（1cm*2cm）；

2.將磷酸，脫氧核糖，以及鳥嘌呤（G）粘在一起構成一個脫氧核苷酸（參照書本圖12-5）；

3.用3T，3A，2C含氮堿基組成8個脫氧核苷酸模型；

4.將上一個脫氧核苷酸的脫氧核糖與下一個脫氧核苷酸的磷酸相連，構成DNA的一條單鏈，堿基序列如下：G T T A C A A T C；

5.建構與以上單鏈互補的另一條單鏈，方法如步驟4；

6.將兩條單鏈并排放置，這樣脫氧核苷酸就可以一一對應，注意不要將兩條單鏈串聯在一起；

綜上所述，筆者認為我國教材以問題串的形式指導學生建構物理模型更合理，有利于培養學生的思維能力和創新能力，但從美國教材中值得我們借鑒的是需要關注物理模型的科學性和準確性。

2.4分析與討論的比較

分析與討論是建構物理模型必不可少的部分，是引導學生進行有意義學習的腳手架，是學生思維的拓展和延生，缺少了此部分，建構物理模型就會缺乏生命力。

中國教材中的討論部分設計如下：

1.DNA只含有4種脫氧核苷酸，它如何能夠儲存足夠量的遺傳信息？

2.DNA分子是如何維系它的遺傳穩定性的？

3.你能夠根據DNA分子的結構特點設想DNA分子的復制方式嗎？

美國教材中分析與討論部分設計如下：

1.比較 ：新合成的雙鏈DNA分子模型與原來的DNA分子模型，它們的核苷酸序列是否完全一樣？

2.使用模型：細胞中的DNA分子復制后，一個細胞可能會分裂成兩個。每個子細胞都會獲得來自母細胞復制的一份DNA，根據你的模型，談談在兩個子細胞中新的子鏈和原始鏈是什么關系？

3.得出結論：如果DNA分子不能精確復制將出現什么問題？

4.評估：你認為這個模型能夠充分反應DNA復制的過程嗎？

5.描述一個DNA復制的動態模型

因為中美兩國教材此部分模型建構內容的重點有所不同，人教版高中生物教材側重于DNA雙螺旋結構，美國教材側重于DNA分子的復制，因此討論的問題側重點也有所不同，但我們可以看出中美兩國教材設置的問題都遵循步步深入由現象到本質的原則，通過讓學生思考物理模型背后所隱藏的生物學知識和原理，最終得出結論。筆者還關注到美國教材中有一個評估：你認為這個模型能夠充分反應DNA復制的過程嗎？這樣的評估環節有利于促進學生在深入思考相關知識的基礎上，對模型進行進一步的改進，從而培養他們質疑的精神。

總之，通過比較分析中美兩國生物學教材的目的并不是要分出勝負，而是要在理解承認兩國教材差異的基礎上，尊重差異，相互學習，以便更好地滿足教育工作者的教學需求，滿足學生學習生物科學知識的需要，滿足社會發展對人才培養的要求。