高中生物教材中科學方法顯性化特點的文本分析

王南佳

【摘要】高中生物教材中科學方法的教學內容可作為啟發學生科學思維的良好載體，利于培養學生的科學探究能力，提高學生的核心素養。本研究對高中生物教材進行文本分析，挖掘剖析科學方法的內容，歸納整理教材中的科學方法的種類，統計科學方法的使用頻率并分析其顯性化特點，有助于一線教師基于生物學科核心素養更好地開展高中生物教學。

【關鍵詞】生物教材;科學方法;顯性化;文本分析

一、問題提出的背景

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》明確指出高中生物學科核心素養包括“生命觀念、科學思維、科學探究及社會責任”四個方面。利用高中生物課堂開展科學方法教育有助于發展學生的科學思維，培養學生的科學探究能力，從而提高學生的核心素養。因此，本研究采用文本分析法對人教版高中生物必修3本教材進行深入剖析，挖掘隱藏于生物知識的科學方法，歸納整理教材中科學方法的種類，統計方法使用頻率并分析其顯性化特點等，幫助學生和教師對科學方法形成條理化、系統化的認識。

二、高中生物學科學方法的種類

本研究依據趙占良教授提出的科學方法分類體系即“科學研究的一般方法主要包括獲取經驗性的方法和理性思維”的方法 ，確定本文研究的對象為法分類體系中的理性思維方法，并結合高中生物學教材的實際情況，在該科學方法分類體系的基礎上做了補充，確定了高中生物學教材中共計17種科學方法：分別是比較法與分類法、歸納法與演繹法、分析法與綜合法、類比法、溯因法、預見法、排除法、轉換法、等效法、假說法、數學方法、模型方法、系統思維方法、控制變量法。

三、科學方法的體現方式和顯性化水平層次

筆者對上述17種科學方法查閱大量文獻資料，明確科學方法精準確全面的定義。針對科學方法種類選取的方法，喬際平學者提出“對應性原則”，即科學知識的得出總是與一定的科學方法相聯系。按照科學方法與生物知識相對應的原則，本研究積極挖掘出教材中隱藏在生物知識中的科學方法，顯化科學方法的名稱類別、體現方式及其對應的顯性化水平層次。

教材中生物知識所對應的科學方法，其體現方式和顯性化水平不同，主要有以下4種體現方式分別對應4種不同的顯性化水平層次：1.滲透使用：教材講解時沒有明確指出科學方法的名稱，而是將其滲透于生物知識中，不作相關的解釋說明，該種方式只是隱性使用，沒有作顯化處理，記為顯性化“零水平層次”;2.命名使用：教材給出科學方法的名稱，但并沒有對該種科學方法作具體的解釋說明，記為顯性化“水平一層次”;3.講解使用：教材具體介紹該種科學方法，例如，解釋科學方法的內涵、分析科學方法的特點、給出基本的定義并進一步舉例說明，記為顯性化“水平二層次”;4.組織使用：教材中除了對該種科學方法具體介紹外，還設定相應的問題情境，組織學生運用科學方法解決問題或是設置具有針對性的習題，訓練學生掌握該方法，記為顯性化“水平三層次”，如表1所示。

四、高中生物教材科學方法顯性化特點文分析

根據上述科學方法的體現方式和顯性化水平指標編制《科學方法顯性化分析記錄表》，對人教版高中生物必修3本教材《分子與細胞》《遺傳與進化》《環境與穩態》進行文本分析，分析內容包含教材正文、問題探討、資料分析、思考與討論、技能訓練、科學前沿、各章節課后習題等欄目，挖掘高中生物學教材各欄目內容所隱含的科學方法，分析科學方法的顯性化特點，如表2所示。

為確保教材文本分析結果的可信度，編制《高中生物科學方法顯性化分析認同調查問卷》（見表3），逐項顯化呈現教材各知識點與其相應的科學方法種類。并對30位一線高中生物教師進行教材文本分析認同度調查，選用綜合態度系數計算來處理數據，了解教師對科學方法種類顯性化分析的認同與否。科學方法顯性化特點文本分析認同度調查結果良好，具有較高信度。

其中：F為綜合態度系數;K為最高等級分值;N為總樣本數;N1、N2、N3分門為各個態度等級的樣本數。由于本研究設定的等級為-1、0、1，研究中綜合態度系數的范圍為[-1，1]。根據相關效度的要求，當綜合態度系數值大于0.75的二級指標才可以保留，綜合態度系數值小于0.75時則被舍去。

五、高中生物科學方法顯性化研究結果與分析

根據以上科學方法種類的分析，筆者對高中生物3本必修教材中科學方法內容的顯性化情況進行統計，具體結果如表4所示：

根據高中生物教材中科學方法內容的顯性化分析結果（見表4）可知：

1.基于高中生物必修教材科學方法顯性化特點的文本分析，確定了高中生物必修教材中共17種科學方法，各類科學方法在教材出現頻數為275次，表明高中生物教材具有很好的科學方法教育基礎。

2.從科學方法出現次數的角度分析，17種科學方法在高中生物教材中的使用頻率和體現的情況差別較大。在高中生物教材中，數學方法出現的次數最多共53次，大約占科學方法總數目的五分之一。數學方法在高中生物教材應用的種類較多，可細分為數學計算、數形結合、數學模型、數學定義等。例如在教材《環境與穩態》中，利用數學計算方法來計算“種群密度”、“物種豐富度”;通過數學定義法直接定義 “種群密度”“出生、死亡率”“遷入、遷出率”等概念;通過數學建模構、數形結合的方法來建構種群增長的“J”“S”曲線模型等。高中生物教材中的高頻使用數學方法，借助形象直觀的圖像，簡單易懂的定義方式來呈現生物知識，這也體現了不同學科交叉的緊密性。其次是比較法，比較法出現的次數為45次，占總數目的16.36%。比較法在教材中的運用例如在《分子與細胞》中，“DNA和RNA的對比”“物質跨膜運輸方式的對比”“呼吸作用和光合作用的對比”等，比較法的使用可幫助學生辨別概念的異同，對比能夠加深印象，該數據表明教材編寫注重引導學生思考、辨析習得知識。第三的是分析法30次占10.90%，分析法可單獨使用，但更多時候結合綜合法（22次）使用，即分析綜合法。例如《分子與細胞》中“細胞器”一節內容中，教材的處理是先一一單獨分析各種細胞器，然后把個細胞器綜合起來學習從整體上了解各細胞器組分在系統中的分工合作。分析綜合法出現次數較多表明教材的編排尊重學生的認知發展規律，注重引導學生由簡單到復雜、由局部到整體，循序漸進理解生物知識。隨后為分類法24次占8.73%、類比法16次占5.82%、假說法13次占4.73%，歸納法12次占4.36%，這些數據表明教材巧用類比，使抽象知識具體化，注重知識的系統分類、引導學生思考、積極探索，主動建構知識。控制變量法14次，占總數目的5.01%，在教材中出現的次數雖然不多，但不代表其不重要，生物實驗設計是高中生物學重要的學習內容，生物實驗的設計離不開控制變量法。出現的剩余其他方法主要還有系統思維方法8次、轉換法8次、排除法8次、模型方法7次、溯因法7次、預見法3次、演繹法2次，以上7種方法出現次數總共占據了教材中科學方法總數目的25%，這些方法對學生學習具有促進作用，應要進行一定的科學方法教育。

3.從“顯性化數目”的角度來分析，高中生物教材中，顯性化次數最多的5種科學方法分別是：假說法9次、數學方法7次、比較法6次、分類法6次、模型方法5次。與科學方法的出現的總數目275次相比，科學方法的顯性化次數僅占總數目16.0%，剩余的其他12種科學方法的顯性化次數均小于5次，其中還有轉換法、等效法、系統思維方法等科學方法顯性化次數為0次。以上數據表明高中生物教材中大部分的科學方法的顯性化程度較低，科學方法的顯性化水平有待提高。

4.從“顯性化化比例”的角度來分析，顯性化化比例較高的科學方法有：模型方法71.4%、假說法69.2%、預見法33.3%、分類法和類比法均為25.0%。比較法、分析法、數學方法、控制變量法等重要科學方法的顯性化比例也都低于20%，而剩余的其他方法其顯性化比例不足10%，由此更能說明教材在使用這些科學方法時較多是作為滲透使用，并未能夠以顯性化處理。

5.從“顯性化水平層次”來分析，教材中不同的科學方法其顯性化水平層次不同。將近50%的科學方法其顯性化層次處于零水平層次，主要包括歸納法、演繹法、綜合法、溯因法、轉換法、等效法、系統思維方法共7種，即教材沒有明確指出科學方法的名稱，不作相關的解釋說明，而是將該種科學方法滲透于知識講解的過程，未進行任何顯性化處理;處于水平一層次的科學方法有分類法、排除法、分析法、預見法、模型方法共5種，即這些科學方法的具體名稱在出現在教材中，學生對其只有初步的了解。處于水平二層次的科學方法有比較法和假說法2種，教材對這些科學方法有具體的介紹，解釋科學方法的內涵、特點、方法步驟、使用注意事項并加以舉例加以說明幫助學生理解并掌握。處于水平三層次的科學方法有類比法、數學方法、控制變量法3種，即教材在介紹這些科學方法之后注重組織學生訓練，促進學生對這些科學方法的體會，學會運用這些方法解決問題。

6.從科學方法的具體“講解內容”情況來分析，對科學方法相關內容的講解多數集中在科學方法的名稱，例如必修一中知識點“地殼與細胞組成部分元素的比較”指出了比較法，知識點“提出假說解釋溶酶體酶膜不被水解酶分解”中指出假說法，知識點“細胞膜類比紗窗”指出了類比法等;講解較為詳細的科學方法主要有假說法（提出假說）、模型法、數學方法（數學模型）。教材給出了假說法（提出假說）定義，并結合“細胞膜的探索歷程”科學史加以說明，但對其方法思路、方法特點缺少介紹;教材中也給出模型法的定義，介紹模型法的類型并組織學生練習模型法，例如“嘗試制作真核細胞的三維模型結構”“DNA分子雙螺旋結構”等，但忽略了其方法的特點、方法的功能以及建立模型的注意事項的解釋;控制變量法在生物實驗設計中具有非常重要的作用，因此教材詳細地介紹了控制變量法，給出明確的定義，解釋各變量名稱、并且將其進行方法訓練，引導學生運用控制變量法進行實驗設計，例如，“設計實驗研究影響光合作用的條件”。教材對控制變量法的內容介紹并不充分，缺少了具體的方法步驟、設計實驗的原則以及在設計實驗中對各變量的處理方法等。還有溯因法、預見法、轉換法、等效法等科學方法的內容在教材中未得到顯性化。

六、關于高中生物學教材科學方法內容的建議

結合本研究的結果與分析，提出以下建議：

1.生物教材中補充完善關于科學方法內容的說明

本研究對高中生物教材進行文本分析后發現，大部分的科學方法隱藏于教材中生物知識，例如，溯因法、轉換法、等效法等在教材中缺少相關內容的介紹，為隱性使用。部分科學方法雖在教材得到顯性化，但其顯性化程度不充分。科學方法的隱性處理方式以及顯性化程度不充分均不利于學生對科學方法的理解和掌握。因此，基于本研究，建議教材中應補充完善對關于科學方法內容的說明，適當增加科學方法訓練方面的相關習題，為生物科學方法教育提供良好基礎。

2.系統規劃進階顯性化生物教材中的科學方法

教育強調遵循學生的認知發展規律，而教材作為教育的載體，教材的編排更應如此。教材應系統規劃科學方法教學，進階顯性化科學方法的內容知識，編寫時采取顯性化處理的方式，即根據合適的知識對應地逐步顯性化科學方法名稱、定義、內涵、方法步驟并且組織使用四個層面的知識。科學方法知識包括其內含和外延，將完整的科學方法知識授予學生，能夠促使學生更好地理解掌握科學方法。教材編寫應采取多樣化呈現方式，可適當借助圖片解釋或是舉例加以說明，這樣增添教材的趣味性，引起學生對科學方法的選擇性注意，激發學生對科學方法的學習興趣。

參考文獻：

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