美國高中生物學教材中科學史的特點分析

楊珍珍 鄭曉蕙

(華東師范大學教師教育學院 上海 200062)

生物科學史是人類長期以來在歷史活動中形成的一切關于生物科學知識生產和發展過程的描述[1]。培養學生生物學核心素養是新一輪生物學課程改革實施的核心任務，生物科學史蘊含的科學思想、科學方法和科學精神有利于培養學生生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任[2]。本文通過對2016年麥格勞·希爾教育集團出版的美國高中生物學教材(Glencoe Biology)[3](以下簡稱美版教材)中科學史呈現方式和內容的分析，期許為我國高中生物學教材的編寫者和一線教師提供參考。

1 靈活的呈現方式，吸引學生眼球

1.1 欄目多樣，內容全面實用 美版教材中呈現科學史的欄目形式豐富，全面展現豐富多樣的科學史。除了傳統的正文中穿插科學史的方式以外，美版教材還設有多種欄目呈現科學史，包括“聚焦生物學史”(connection to history)、“生物發現”(biodiscoveries)、“聯系實際”(in the field)、“生物實驗室”(biolab)、“生物與社會”(biology & society)、“生物前沿”(cuting-edge biology)、“與多學科結合”(connection to math/heal/chemstry/earth science)等欄目。

1.2 插圖豐富，內容真實有趣 美版教材對科學史的呈現注重視覺效果，插圖色彩鮮艷，搭配協調，采用高品質硬紙印刷，插圖內容貼近生活，真實有趣。美版教材插圖尺寸比較大，平均占頁面的六分之一，如“時間軸”圖片可占到頁面的三分之一，并且插圖內容清晰可見，提供學生舒適的閱讀體驗。同時，科學史采用了多種類型的圖片，包括“時間軸”、科學家肖像圖、科學成果、實驗畫面、實驗裝置、過程圖解、數據圖表等。多種類型圖片的呈現，增加了科學史的趣味性，擴展了科學史豐富的內涵。其中，以“時間軸”(圖1)獨特的方式呈現科學史，是我國教材中所沒有的。“時間軸”是以圖片和簡短的描述組成，每個單元(unit)都含有一個“時間軸”，圖中所示的“時間軸”展示細胞學史上重大的生物科學發現，這種方式可以清晰地展示生物科學發展脈絡，有利于學生知識框架的建構。另外，插圖內容與學生日常生活緊密聯系并與科學史相呼應，如考古團隊挖掘化石的現場圖，展現了真實的場景，為學生提供多彩和感切的科學史材料。

圖1 美版教材中的“時間軸”

1.3 設置習題，激發學生潛力 美版教材在習題中融入大量科學史，這種方式相當于為學生創設學習情境，讓學生了解或“經歷”科學家在探究歷程中遇到的困難，通過對問題的解決，加深學生對科學史內容的把握。例如，“遺傳物質”小節后的習題：“如何評價赫爾希和蔡斯在他們實驗中使用放射性磷和硫元素？他們是否能用碳和氧元素代替？為什么？”學生通過對這道題的解答可以更加深入掌握噬菌體侵染實驗中兩位科學家所使用放射性標記技術的原理。再如“有性生殖和遺傳”章后檢測中的寫作題：“想象你是孟德爾，并以日記形式記錄下你取得重大突破的一天，描述你的成就和下一步計劃”。學生通過完成這個任務，“經歷”了孟德爾進行科學探索的一天，仿佛自身也處在探究過程，鞏固了獲得的新知。另外，美版教材中有個獨特的習題板塊“基于文獻的問題”(document-based questions)： 以這個章節中具代表性科學家發表的原始文獻作為閱讀資料，并以此設計問題(圖2)，通過這類問題的回答，促進學生對生物科學史上重要實驗的理解。

圖2 美版教材中的“基于文獻的問題”板塊

2 獨到的內容設計，培養科學素養

2.1 多學科結合，打破學科界限 美版教材中科學史強調與數學、物理、化學等多個學科的結合，打破學科之間的界限，完整地展現自然科學事業的發展。上文提到的“與多學科結合”的欄目，如“生命起源”章節的“連接化學”欄目(connection to chemistry)中的米勒模擬實驗： 模擬在地球早期大氣產生有機物質的過程；“分子遺傳學”章節中“連接數學”(connection to math)欄目中密碼子的發現： 運用數學中排列組合的方法計算氨基酸與密碼子的對應數量。另外，除了欄目之外，教材中多處科學史與多學科結合： 如沃森和克里克在富蘭克林x射線衍射圖的基礎上，結合化學和物理知識，發現了DNA的雙螺旋結構；如教材呈現細胞學說建立過程的同時介紹了顯微鏡技術的發展，強調細胞學說的發展離不開物理學對顯微鏡研究的發展……與多科學結合的生物科學史，讓學生理解生物不是一門獨立發展的學科，而是與其他學科關聯發展，相互促進。

2.2 問題穿插，引發學生思考 美版教材中正文或側欄中穿插數量不定的針對科學史的問題，引發學生思考，充分調動學生學習科學史的積極性。有些問題是讓學生重新描述科學史重點內容，如“解釋艾弗里是如何發現轉化因子的？”，通過思考和回答這一問題，學生能夠掌握艾弗里轉化實驗的中所運用的科學研究方法。有些問題是讓學生回答科學史相關內容的疑問，如“分子遺傳學”章節中介紹了格里菲思的轉化實驗過程之后，隨之在側欄中提出問題：“為什么格里菲思推斷有部分S型菌是由R型菌轉化而來的？”通過這個問題，激發學生對“轉化現象”的思考。科學史與問題相結合，使學生閱讀科學史更具目的性，更容易掌握科學史的重點內容。

2.3 選材巧妙，體現科學本質 美版教材中科學史注重對科學本質的體現，特別是科學知識的暫時性、科學探究的質疑性。科學知識的暫時性，即科學知識可能隨著科學研究的深入而改變，教材中科學史強調科學的暫時性，如生物分類系統一開始采用五界系統，直到古細菌被發現，才采用六界分類系統；科學家原來認為眼鏡猴屬于狐猴，直到新的證據被發現才將其歸入類人猿的范疇。對科學暫時性的充分體現，有利于學生理解科學過程是不斷修正、不斷發展的。敢于質疑，是科學探究的動機及延續的動力，教材中科學史同時強調對科學探究質疑性的體現，如巴斯德敢于質疑自然發生學說，并設置曲頸瓶實驗驗證這一學說的錯誤性；達爾文質疑神創論，并通過多年的探索提出了進化論學說。科學史對科學探究質疑性的體現，有利于培養學生的批判性思維，從而提高學生的科學精神。通過對科學史中蘊含的科學本質的學習，學生能夠深入了解生物學科知識產生的特點、掌握生物學概念以及把握自然學科的特點。

(基金項目：上海市基礎教育課程教材改革項目“立德樹人人文社科生命科學基地建設”，No.14800-412221-16051；*通信作者)