中美高中生物學(xué)教材“遺傳與進(jìn)化”模塊部分實(shí)驗(yàn)難度比較

徐婧 任山章

摘要：“遺傳與進(jìn)化”模塊是中關(guān)高中生物學(xué)教材中共有的必修內(nèi)容之一，通過(guò)構(gòu)建生物學(xué)實(shí)驗(yàn)難度模型，從實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、分析討論5個(gè)難度指標(biāo)對(duì)中關(guān)教材中主題相同的實(shí)驗(yàn)難度進(jìn)行比較研究。得到以下啟示：借助制作模型，達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo);關(guān)注分析討論，培養(yǎng)科學(xué)思維;合理提供器材，注重?cái)?shù)據(jù)處理。

關(guān)鍵詞：中關(guān)教材 遺傳與進(jìn)化 實(shí)驗(yàn)難度比較

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實(shí)驗(yàn)不僅是教材的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的主要途徑。“遺傳與進(jìn)化”模塊是中美高中生物學(xué)教材中共有的必修內(nèi)容之一，有助于學(xué)生建立進(jìn)化與適應(yīng)的生命觀念?！犊茖W(xué)發(fā)現(xiàn)者·生物生命的動(dòng)力》（《Biology：The Dynamics ofLife》）是美國(guó)高中生物學(xué)主流教材之一，在美國(guó)使用較廣（以下簡(jiǎn)稱(chēng)美國(guó)教材）。通過(guò)中國(guó)教材2019版《必修2·遺傳與進(jìn)化》教材（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)教材）與美國(guó)教材“遺傳與進(jìn)化”模塊中的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，從中得到一些啟示。

1實(shí)驗(yàn)難度比較

1.1構(gòu)建生物實(shí)驗(yàn)難度模型

生物實(shí)驗(yàn)的難度水平也是評(píng)價(jià)不同版本教材的重要指標(biāo)。在此主要通過(guò)構(gòu)建生物實(shí)驗(yàn)難度模型來(lái)進(jìn)行比較研究。此模型是以鮑建生教授建構(gòu)的數(shù)學(xué)題綜合難度模型和陳玉彬的物理實(shí)驗(yàn)綜合難度模型為基礎(chǔ)，針對(duì)生物學(xué)科的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、分析討論5個(gè)指標(biāo)的生物實(shí)驗(yàn)難度模型。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)依據(jù)個(gè)數(shù)分為4個(gè)等級(jí);實(shí)驗(yàn)器材分為1-4個(gè)、5-8個(gè)、9個(gè)及以上3個(gè)等級(jí);實(shí)驗(yàn)步驟也依次分為1-4個(gè)、5-8個(gè)、9個(gè)及以上3個(gè)等級(jí);數(shù)據(jù)處理分為簡(jiǎn)單處理、簡(jiǎn)單運(yùn)算、圖表分析3個(gè)等級(jí);分析討論依據(jù)問(wèn)題的個(gè)數(shù)分為1-2個(gè)、3-4個(gè)、5個(gè)及以上3個(gè)等級(jí)。等級(jí)由低到高從1開(kāi)始依次賦值。

其中，上式中的di（i=l，2，3，4，5）依次代表實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、分析討論五個(gè)難度指標(biāo)上的取值;dij為第i個(gè)難度指標(biāo)上的第j個(gè)等級(jí)水平的權(quán)重取值（依次為1、2、3、…）;“nij”則表示這版本教材中屬于第i個(gè)難度指標(biāo)的第j個(gè)等級(jí)水平的實(shí)驗(yàn)的個(gè)數(shù)，n為該版本選擇比較的實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)。

1.2中關(guān)高中生物學(xué)教材中“遺傳與進(jìn)化”模塊共有實(shí)驗(yàn)難度比較

為了使實(shí)驗(yàn)具有一定可比性，本研究選取了中國(guó)教材和美國(guó)教材“遺傳與進(jìn)化”中主題相同的實(shí)驗(yàn)作為研究比較的對(duì)象。因此，在這兩個(gè)版本的教材中分別選取了孟德?tīng)栠z傳定律、減數(shù)分裂、人類(lèi)遺傳病、DNA分子的結(jié)構(gòu)、基因頻率5個(gè)主題，共計(jì)10個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)分和統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1。

將表中的加權(quán)平均數(shù)繪制成雷達(dá)圖，得到兩個(gè)版本生物學(xué)教材“遺傳與進(jìn)化”模塊中相同主題實(shí)驗(yàn)的難度模型圖（圖1）。

從總體上看，美國(guó)教材在實(shí)驗(yàn)設(shè)置的難度各方面較中國(guó)教材均衡。中國(guó)教材在實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、數(shù)據(jù)處理這兩個(gè)難度因素方面要偏難一些，而在分析討論、實(shí)驗(yàn)器材這兩個(gè)維度美國(guó)教材難度水平高于中國(guó)教材。兩個(gè)版本的實(shí)驗(yàn)步驟難度水平基本一致。

以減數(shù)分裂主題為例，在實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)難度方面，中國(guó)教材通過(guò)減數(shù)分裂模型制作活動(dòng)演示減數(shù)分裂過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂過(guò)程的理解。美國(guó)教材通過(guò)模擬染色體交叉的迷你實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生理解交叉互換的概念。中國(guó)教材對(duì)學(xué)生提出了更高實(shí)驗(yàn)要求，要求學(xué)生不僅能夠明白相關(guān)概念，也要理解整個(gè)減數(shù)分裂過(guò)程。就分析討論難度來(lái)看，中國(guó)教材從減數(shù)分裂形成的子細(xì)胞數(shù)目以及分裂過(guò)程中染色體的數(shù)目變化進(jìn)行了討論;美國(guó)教材從預(yù)測(cè)、比較、類(lèi)比、理性思維、評(píng)估5個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析。美國(guó)教材更加注重在實(shí)驗(yàn)完成后，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果運(yùn)用科學(xué)思維進(jìn)行分析解讀。在實(shí)驗(yàn)步驟難度方面，中國(guó)教材實(shí)驗(yàn)分6步進(jìn)行，美國(guó)教材共有5步，兩版教材難度水平相差不大。在基因頻率主題中，中國(guó)教材用數(shù)學(xué)的方法討論自然選擇使種群的基因頻率發(fā)生變化。美國(guó)教材給學(xué)生提供彩色鉛筆、紙袋、繪圖紙、白色豆和雜色豆等實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生動(dòng)手模擬自然選擇計(jì)算等位基因的頻率，對(duì)數(shù)據(jù)的處理以折線(xiàn)圖的方式呈現(xiàn)。就實(shí)驗(yàn)器材而言，美國(guó)教材注重動(dòng)手操作器材，借助實(shí)踐活動(dòng)記錄數(shù)據(jù)來(lái)得出結(jié)果。

2啟示

2.1借助制作模型.達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

在減數(shù)分裂的主題實(shí)驗(yàn)中，中國(guó)教材和美國(guó)教材都借助制作相關(guān)模型來(lái)達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。利用身邊的材料制作一些有關(guān)生物結(jié)構(gòu)的模型，學(xué)生在親自參與制作模型以及運(yùn)用模型來(lái)解決生物學(xué)問(wèn)題時(shí)，不僅能夠加深對(duì)知識(shí)的理解領(lǐng)悟而且能使自身動(dòng)手操作能力提高。迷你實(shí)驗(yàn)具有激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、加深理解和鞏固所學(xué)知識(shí)、提高實(shí)驗(yàn)操作技能、將科學(xué)與生活實(shí)際相聯(lián)系的功能。教師在教學(xué)中，可以借鑒美國(guó)教材中的迷你實(shí)驗(yàn)。

2.2關(guān)注分析討論，培養(yǎng)科學(xué)思維

科學(xué)知識(shí)的獲取不僅需要按照實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，更需要對(duì)所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果運(yùn)用邏輯思維進(jìn)行分析解讀。在討論分析環(huán)節(jié)，教師可以借鑒美國(guó)教材，從不同的角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考，不僅要關(guān)注知識(shí)層面，也要注重能力提升，使學(xué)生能夠通過(guò)分析做出科學(xué)的合理解釋?zhuān)贸稣_的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，形成自己的科學(xué)認(rèn)知，進(jìn)而逐步培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

2.3合理提供器材.注重?cái)?shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)器材是學(xué)生動(dòng)手操作的前提條件。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師可以依據(jù)目標(biāo)提供數(shù)量合適的實(shí)驗(yàn)器材供學(xué)生利用。數(shù)據(jù)的處理有助于學(xué)生科學(xué)概念的形成和實(shí)證意識(shí)的提升。在數(shù)據(jù)分析時(shí)，教師可以借助數(shù)學(xué)工具，繪制圖表建立數(shù)據(jù)之間的量化關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到數(shù)學(xué)不僅是數(shù)據(jù)處理的重要工具。這也是邏輯推理的有效手段，科學(xué)分析數(shù)據(jù)才能得到準(zhǔn)確結(jié)論。