美國高中生物學教材《Biology》體現學科核心素養的特色分析與啟示

張秀紅 崔鴻 朱家華

摘要 以美國高中生物學教材《Biology》為研究對象，基于生物學學科核心素養的4個維度，分別對教材的內容選擇、章節編排、活動設計、欄目設置展開分析，并從注重學科核心素養顯化呈現、設置真實情境等方面為我國教科書的編寫和修訂提供啟示和建議。

關鍵詞 學科核心素養 教材 高中生物

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼B

發展學生的核心素養已經成為我國當前基礎教育改革的目標和方向。核心素養的發展需要通過學科課程來實現。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中指出：生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。生物學學科核心素養對中學生物學課程教學、教材編寫、學業評價都提出了新的挑戰，其中教科書起到基礎性作用。本研究主要從生物學核心素養的視角，分析美國高中生物學教材《Biology》的設計特色，以期為我國教科書的編寫和修訂提供啟示和建議。

1 教材體現學科核心素養的設計特點

2017年，美國麥格勞·希爾教育集團以美國《下一代科學教育標準》為依據，對之前出版的高中主流理科教材《Biology： The Dynamics of life》進行了修訂。修訂后的教材圍繞大概念組織課程內容，注重實踐活動的設計，利于學生在知識、能力和情感等方面的全面發展。

1.1 內容組織立足概念框架，有利于生命觀念的形成

生命觀念是人們在對生物學概念深度理解的基礎上形成的對生命本質的理解，體現了對生物學知識、方法等的概括性認識。觀念的形成需要通過從生物學事實到一般概念，從一般概念到核心概念，從核心概念到觀念的過程，依賴于對眾多概念間相互關系的深入理解。《Biology》對課程內容的組織遵循了觀念形成邏輯主線，圍繞主題（Themes）、大概念（Big idea）和重要概念（main idea）組織課程內容。其中，“主題”對應于美國《下一代科學教育標準》中的跨學科概念，主要包括：①模式;②因果關系;③尺度、比例和數量;④系統和系統模型;⑤物質和能量;⑥結構與功能;⑦穩定與變化。“大概念”是統領本章內容、支撐“主題”的生物學學科概念。重要概念則是支撐大概念的次級概念。在教材每一章的章首頁部分，教材以“主題聚焦”和“大概念”專欄顯性化列出本章對應的主題和大概念，并陳述其內涵。例如，在第十章“有性生殖和遺傳”中，章首頁的主題聚焦陳述為“因果關系——減數分裂導致遺傳的多樣性”，緊隨其后的大概念為“減數分裂產生配子，遺傳性狀代代相傳”，在本章第一節“減數分裂”的開頭部分列出了重要概念“減數分裂可以產生配子”。此外，在每節課的習題部分，教材還總結出了本節課的知識要點，以便學生能夠更好地理解本節的重要概念。在每一章結束時，教材又專門設計了包含主題、大概念、重要概念和知識要點的層級列表，作為學生的學習指南。教材對概念的這種呈現方式體現了科學主題統攝下的知識的層級結構，突出了知識的整體性和邏輯性，為學生提供了“概念聚合器”，幫助他們將零散的生物學事實和一般概念進一步歸納整合，建構概念網絡，最終形成生命觀念。

1.2 圍繞真實問題設計學習活動，有利于科學思維的發展

科學思維是具有意識的人腦對自然界中事物的本質屬性、內在規律及自然界事物間的聯系和相互關系的間接的、概括的、能動的反映。學生的科學思維能力是科學思維的內容、方法和品質三者組成的有機整體。其中科學思維內容包括科學問題、概念、規律和現象等，科學方法主要有分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、科學推理等，科學思維的品質是指思維的深刻性、靈活性、批判性、敏捷性和獨創性。因此，學生需要運用科學概念、表象等材料，通過多種學習活動訓練科學思維的方法和品質，發展科學思維能力。

科學思維的過程就是問題解決的過程。美國高中生物教材通過多個欄目中的真實問題情境來滲透科學思維的培養，尤其是批判性思維的培養。教材章首頁的“Launch Lab”欄目中，設計的問題圍繞本章的核心內容設計開放性的問題。例如，第十章“有性生殖與遺傳”中“Launch Lab”欄目的問題是“如果沒有減數分裂，會有何結果”，啟發學生在學習本章的過程中去思考減數分裂的意義。教材在每節的開始還設置了“Essential Questions”欄目，相當于我國人教版教科書中的“本節聚焦”，可以驅動學生主動地進行思維活動。在章節的習題中，也設置了專門考查批判性思維的模塊，如第十章第一節“減數分裂”中設置的其中一個批判性思維的習題為“對比和比較減數分裂和有絲分裂的異同，并用文氏圖表述”。

科學思維貫穿于科學探究的各環節，決定了科學探究過程的質量和方向，科學思維的培養也需要在科學探究過程中落實和實踐。在教材的“數據分析”（Data Analysis Lab）欄目中，選擇了科技論文中的數據、圖表等作為思維的材料，并針對這些材料設置了若干問題，對學生的分析、比較、闡釋、評估、預測、推理等批判性思維的方法和技能進行了全面的訓練。類似的設計在章習題中也有較多的呈現。這種基于真實問題情境的學習活動，將生物學知識與科學思維有機結合，既向學生展示了科學研究中的思維過程，也為學生提供了實踐科學思維方法的機會。

1.3 探究活動設計層次豐富，有利于探究學習的開展

科學探究是科學研究的基本范式，也是學生學習科學的有效途徑。學生通過科學探究，理解科學概念及其產生的過程，學習科學方法，掌握科學技能。教材的第一章生物學研究圍繞“生物學是研究生命的科學”這一大概念，介紹了科學研究的方法，包括觀察現象、提出問題、建立假設、收集和分析數據、獲得結論等，其中詳細介紹了觀察的具體方法、如何設計變量等。學生通過本章的學習對科學探究的方法有了基本的了解，從而可以指導之后的探究實踐活動，也有助于科學本質觀的形成。除了這種對科學探究的集中呈現，教材還為學生設計了多種類型的探究活動，包括“迷你實驗”“數據分析”“生物學實驗”等。“迷你實驗”主要是通過相對短期的實驗活動訓練學生的科學方法和實驗操作技能，教材中共設立了65個迷你實驗，包括觀察、調查、檢測、模型構建等多種類型。“數據分析”主要利用科技論文中的真實數據來訓練學生的數據分析技能，教材中有46個數據分析活動，包括解釋圖表、解釋數據、比較數據、運用數據建立假設和獲得結論等。“生物學實驗”是在一章結束后的綜合性實驗，包括自主設計、野外調查、網絡探究等，相對而言，實驗具有較強的自主性和開放性。例如，在“探究影響酶活性的因素”的生物學實驗中，教材首先介紹了實驗的背景、材料用具和安全事項，實驗計劃和實施部分并沒有為學生提供相關的實驗設計的示例，更沒有具體的實驗操作步驟，而是引導學生自主探究其中的一個影響因素，提示學生在實驗中要經歷提出問題、建立假設、設計實驗方案、收集和解釋數據、論證和交流結論的實際過程，并且設置了多個問題供學生在實驗完成后交流討論。教材設計的這些探究活動不僅幫助學生學會科學探究的方法和技能，還可以幫助學生通過動手、動腦的活動理解科學知識是如何建構起來的，從而更深入地理解知識的本質。同時，通過探究活動的問題設計，學生推理、邏輯分析、解釋等科學思維能力也在反思中獲得了發展。

1.4 關注科學、技術與社會的聯系，有利于社會責任的塑造

社會責任是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力。當前對社會責任的關注源于STS教育。生物學核心素養中的社會責任表現在學生能夠了解并遵守科學研究的道德、倫理和規范，理解科學、技術和社會的關系，能夠辨證地看待科學、技術的發展對社會的積極意義和消極影響;能夠負責任地、主動地運用生物學知識和技能在個人生活和社會事務中做出理性的決策;能夠認識并欣賞生物學的價值和貢獻，樂于傳播生物學知識。社會責任的教育常常通過社會性科學議題、生物科學技術前沿、科學史等多種內容來滲透。美國生物教材中就設置了多個欄目幫助學生理解生物學與真實世界的聯系。“生物學發現”欄目主要介紹與社會生活相關的生物學中的重大發現，如關于帕金森病的新的治療方案;“前沿生物學”欄目主要呈現生物學技術新進展在生活中的應用，如骨密度測量、機械心臟、納米技術等;“生物與社會”欄目介紹了生物學相關的社會性科學議題，如生物激素的利與弊、誰擁有基因、是否修建水壩等，要求學生通過辯論對這些議題展開討論。此外，教材中還結合具體的學科內容，在旁欄和章末的專欄中介紹了70多種生物學相關職業，包括生物學教師、保護生物學家、法醫昆蟲學家等。這些欄目的設計可以幫助學生理解生物學與社會之間的相互作用，建立生物學與日常生活的聯系，喚起責任感。欄目中還設置了辯論、科技論文寫作等活動，為學生提供了運用生物學知識解決現實問題的機會，從而在解決問題的過程中形成和發展社會責任。

2 對我國教材編寫和修訂的啟示

2.1 注重生物學核心素養的顯性化呈現

生物學核心素養是學生通過生物學學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。觀念、品格和能力是內隱的，學生很難主動、自覺地去提煉觀念、發展能力和提升品格。教材作為學生學習最重要的資源，可以將學科核心素養做顯性化的呈現，使學生在發展素養的過程中能有的放矢。美國教材中通過從科學主題到一般概念的概念組織框架來組織課程內容，并且在章節開頭和結尾都有專門的欄目去呈現這些概念，更加有利于生命觀念的教學。對科學思維的呈現亦是如此，美國教材中探究活動和章節習題中都有專門的批判性思維的模塊。我國教材可以通過多種形式的學習活動立體話的呈現科學思維，并對科學思維方法做整體設計，全面發展學生的思維方法、技能和品質。

2.2 設置真實的情境

素養的形成和發展與情境密不可分。美國教材探究活動中的科技論文素材和與STS相關的各種欄目都為學生提供了真實的情境，建立了生物學與現實生活的聯系，使學生在解決真實問題的過程還能夠建立個人經驗和知識有意義的連結，感悟事實中的社會責任。從生物學的學科本質而言，生物學中的因果關系存在多種可能，真實的情境才能反映出生命的復雜性，展示生物學的真實面目，有利于學生分析式思維、整體性思維、辯證邏輯思維和復雜性思維的形成，也有利于他們理解生物學，進而理解科學的本質。

參考文獻：

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