學科核心素養下高中生物學兩版教材的HPS材料對比分析
——以《必修2·遺傳與進化》為例

熊 敏 王重力 韓 寧

（云南師范大學生命科學學院 云南昆明 650500）

隨著新課改的大力推行，在《中國學生發展核心素養》中提出了人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當和實踐創新的六大核心素養。生物學科針對本學科的現實要求制定了學科核心素養，包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任，要求教師對學生的培養應從知識、能力、情感態度價值觀的三維目標轉向學科核心素養。

基于學科核心素養下學生的培養，教師在教學中理應從多方面入手，將學科核心素養落實到具體的教學過程。其中，教科書的HPS材料在學科核心素養的多個維度均有體現，關系到如何改進學生對科學本質的理解，培養其科學精神，提高其科學素養，是教師應切實利用好的資源。在高中生物教科書《遺傳與進化》中，生命科學史貫穿其中，具有十分豐富的HPS材料。2019年國家教材委員會審核通過的普通高中教科書《必修2·遺傳與進化》（以下簡稱“新教材”），在繼承和延續2004年普通高中課程標準實驗教科書《必修2·遺傳與進化》（以下簡稱“實驗版教材”）的基礎上，調整部分章節，完善知識內容表述，大力落實課程標準要求，發展學生學科核心素養。

1 HPS界定

HPS原本是“科學史和科學哲學”的英文縮寫，但近年來部分科學教育專家將科學社會學也納入其中，于是HPS成為“科學史、科學哲學和科學社會學”（His?tory，Philosophy and Sociology of Science）的縮寫詞。

科學史涉及自然學科和社會學科，是科學發展的歷史即人類對自然的認識發展史，包括“內部史”和“外部史”。“內部史”分析自然科學理論的發展過程，“外部史”著重于研究科學理論的產生背景和社會淵源。HPS中的科學史教育不僅包括“內部史”，還包括“外部史”。學生通過HPS教育中科學史的學習，在了解科學史實的基礎上，充分體會科學家對科學理論的探索研究歷程，領會其中包含的科學探究方法、科學思維方式和科學理念等。

科學哲學是哲學與科學研究探索的相互交融，指以科學為研究對象進行分析的哲學學科，從哲學的角度研究科學基礎、方法和意義。科學哲學歷史悠久，最早可追溯到亞里士多德的歸納-演繹法。科學在發展過程中，得益于科學哲學家以哲學的角度思考科學問題、科學本質觀、科學方法論等，從而不斷促進科學向前發展。教師在運用HPS材料的教學過程中，應滲透科學哲學的理念，點明科學哲學的內涵，鍛煉學生用辯證的眼光看待科學問題，辨別偽科學，培養自然學科和社會學科融會貫通的意識。

科學社會學既是社會學的一個分支學科，又是科學的分支學科。廣義的科學社會學是指科學與社會的聯系，包括經濟、文化、教育等與科學之間的關系；狹義的科學社會學指用社會的方法對科學進行研究。HPS中的科學社會學是廣義概念，指研究科學與社會中各個因素之間的關系。社會責任這一核心素養與科學社會學聯系密切，學生通過對HPS中科學社會學的深刻領會，了解科學理論產生的社會環境，科學家為了堅持正確理論所做出的努力，從而學習運用科學知識對社會爭論問題作出正確判斷和理性思考，培養承擔社會責任的意識。

2 兩版教材中HPS材料差異分析

《遺傳與進化》一書以科學史為主線，從微觀到宏觀，從孟德爾遺傳因子的發現到生物的進化，沿著發現基因的歷程層層遞進，對遺傳和進化的知識進行詳細剖析。對比兩版教材中的HPS材料發現，整體變動不大，但新教材對部分HPS材料的章節、內容做出些許改動，具體詳見表1。以下將對兩版教材中HPS材料的差異做簡要闡述。

表1 兩版教材中HPS材料差異對比

2.1 科學家訪談

新教材的科學家訪談欄目將訪談對象更改為“雜交水稻之父”袁隆平院士，訪談內容包括雜交水稻的優勢、選擇原因、“野敗”等方面，新教材中刪減的雜交育種與誘變育種這一內容實則是放到訪談欄目中進行了簡單介紹。袁隆平院士的訪談主要是針對雜交水稻研究歷程中的遺傳和進化方面進行交流，而實驗版教材中楊煥明教授的訪談主要是針對“人類基因組計劃”測序和水稻基因測序，偏向基因技術內容。

2.2 孟德爾豌豆雜交實驗

在孟德爾豌豆雜交實驗中，新教材將豌豆“種皮顏色”這一相對性狀改為“花的顏色”。盡管兩組的性狀不同，但對應的數據相同，屬于同一個實驗的實驗結果。同時有研究表明，種皮顏色和花的顏色由同一對基因控制。新教材補充了孟德爾遺傳規律的應用，介紹了分離定律和自由組合定律在雜交育種和醫學實踐方面的重要意義。

2.3 道爾頓人類紅綠色盲癥的發現

道爾頓發現紅綠色盲癥并撰寫論文，成為了世界上第一個發現紅綠色盲癥的人。在實驗版教材中，用道爾頓在圣誕節送媽媽襪子從而發現色覺不同的小故事來引出紅綠色盲癥；新教材中，道爾頓在觀察花時，發現白天夜晚花色不同，進而發現色覺有異。道爾頓買襪子的故事出現在別人為其所寫的傳記中，在道爾頓自己撰寫的有關色盲的論文中并未出現。在《有關色覺的離奇事實——附觀察記錄》一文中，道爾頓提到在觀察馬蹄紋天竺葵的花朵時，發現花色在白天和燭光下的顏色不同，進而以自己為研究對象，開始了對色覺問題的研究并寫出人類第一篇研究色盲問題的論文。由此可見，新教材在舊教材的基礎上，更加注重科學史實，更正了存在爭議的科學史，使HPS材料更加嚴謹完善。

2.4 格里菲思、艾弗里的肺炎鏈球菌轉化實驗

新教材將實驗版教材中使用的“肺炎雙球菌”改為“肺炎鏈球菌”，肺炎雙球菌和肺炎鏈球菌其實是同一種細菌，由于該細菌在顯微鏡下呈鏈狀且成對存在，所以又稱為“肺炎雙球菌”。在艾弗里證明DNA是遺傳物質的實驗中，由于當時的實驗技術有限，無法完全分離出DNA、RNA、蛋白質等物質，新教材將實驗中加入的“S型菌的蛋白質、莢膜多糖、DNA”改為了“除去絕大部分糖類、蛋白質和脂質的細胞提取物”。此外，新教材補充艾弗里等人對比DNA和細胞提取物的理化特性的內容，使實驗結論更具說服力。新教材對實驗過程的敘述周密，符合當時科學實驗技術的實際情況，契合科學史實。

2.5 梅塞爾森、斯塔爾的DNA半保留復制的實驗證據

新教材將這則HPS材料設為必學內容，提高了實驗證據的重要性。實驗過程以“思考·討論”的形式出現，設置了需要學生運用演繹推理預測實驗預期的環節。對比實驗版教材直接呈現實驗結果，探究式實驗過程有助于培養學生的科學思維，這與核心素養的要求相吻合。

2.6 克里克提出中心法則

實驗版教材的中心法則圖解有一定的局限性，新教材補充了以RNA為遺傳物質的生物遺傳信息的傳遞，RNA自我復制（不具有逆轉錄能力的RNA病毒，如流感病毒）和RNA逆轉錄到DNA（具有逆轉錄能力的RNA病毒，如艾滋病病毒）的過程，并將中心法則整體移到遺傳信息的轉錄和翻譯之后，銜接基因指導蛋白質的合成這一完整過程，使該知識點更加完善。

2.7 尼倫伯格、馬太對遺傳密碼的破譯

新教材將這部分內容由正文“選學”改為“生物科學史話”欄目，以科學故事的形式呈現，相比實驗版教材選學章節的形式，側重于科學史的記述，精簡內容，學生可自主閱讀了解，提升科學文化素養。

2.8 基因工程的應用

新教材刪去“基因工程及其應用”這一章節，將“基因工程的應用”設置在“科學·技術·社會”欄目，意味著對學生掌握該內容程度的要求降低，簡單了解即可。對于高中生而言，基因工程的原理較為抽象和微觀，不易理解，需深入學習；而基因工程的應用與社會發展聯系緊密，學生應充分認識到其重要性，培養社會責任意識。

2.9 生物進化的證據

新教材中補充了第六章第一節“生物有共同祖先的證據”，介紹了達爾文的《物種起源》和生物進化論，從化石、比較解剖學、胚胎學、細胞和分子水平四個方面的證據論證生物有共同祖先這一觀點。相比實驗版教材直接從現代生物進化理論提出生物進化的觀點，新教材的內容設置方式按層次遞進，列舉證據，得出結論，注重科學探究過程。

2.10 拉馬克的進化學說和達爾文的自然選擇學說

新教材將拉馬克的進化學說和達爾文的自然選擇學說置于第六章第二節“自然選擇與適應的形成”中“適應是自然選擇的結果”這一標題下，兩位科學家的學說本就具有千絲萬縷的聯系，用進廢退和獲得性遺傳應作為達爾文自然選擇學說的重要補充。新教材的改動使適應是自然選擇的結果這一內容更具連貫性，鼓勵學生以批判的眼光看待觀點，培養科學思維。

2.11 協同進化和共同進化

新教材中用“協同進化”替換了“共同進化”，二者都譯為“coevolution”。共同進化多用于相互合作的生物，在合作中共同進化；協同進化多用于相互競爭或捕食的生物，適應生存環境才能不斷進化。就新教材中本節知識點而言，協同進化的說法更為準確。

3 HPS材料體現的核心素養維度

《遺傳與進化》一書中蘊含眾多的HPS材料，許多章節幾乎全篇都是科學史的內容。新教材在實驗版教材基礎上，豐富了HPS材料的內容，增加了其嚴謹性和科學性。本書中一共有18則HPS材料，其中4個核心素養皆有體現的有4則，體現3個核心素養的有11則，體現2個核心素養的有2則，且僅有2則材料只體現了一個核心素養。HPS材料體現的核心素養維度詳見表2。

表2 新教材《必修2·遺傳與進化》中HPS材料的核心素養維度分析

由此可見，HPS材料的教育價值極大，教師在教學中應充分利用HPS材料，挖掘其中蘊含的學科核心素養。教師應在教學設計環節精心設計教學活動，爭取在教學過程中不僅僅只是簡單介紹相關的科學史、科學哲學和科學社會學，而是能夠帶領學生重溫科學家們的探究歷程，體會科學本質，體驗創立科學理論知識需要排除萬難的艱辛。學生通過對HPS材料的深入學習，能逐步培養自身的學科核心素養，從而發揮HPS材料的重要教育意義。