不同版本新教材中生物學科學史呈現的比較與啟示

余軼

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》在教材編寫建議中，提出要適當引入生物學科學史的內容。生物學科學史是生命科學概念和原理的研究歷史，不僅蘊含著科學知識的形成過程，還蘊含著科學家的創造性思維方式和科學方法，體現了科學態度和科學精神，是培養學生生物學核心素養的重要載體。基于此，筆者對比了人民教育出版社（簡稱“人教版”）、北京師范大學出版社（簡稱“北師大版”）、上海科學技術出版社（簡稱“滬科版”）、上海科技教育出版社（簡稱“滬科教版”）、浙江科學技術出版社（簡稱“浙科版”）、江蘇鳳凰教育出版社（簡稱“蘇教版”）6個版本教材必修部分的科學史，提出了科學史的教學啟示，希望能為新教材的實施提供參考。

1不同版本新教材生物學科學史的對比

1.1不同版本新教材中生物學科學史主題的比較

新教材必修1和必修2的主題分別為“分子與細胞”和“遺傳與進化”。各版本的教材中生物學科學史內容比較相似，尤其是必修2中科學史更是高度相似。統計發現，“細胞學說”“生物膜研究史”“酶的本質和作用發現史”“光合作用發現史”“孟德爾遺傳規律研究史”“遺傳物質的發現史”“DNA的結構與復制研究史”和“達爾文進化論研究史”等均存在于各個版本的教材中。不同版本也有特色的科學史，例如，人教版的“科學家訪談——與施一公院士一席談”、北師大版的“青蒿素的抗瘧作用機制”、滬科版“雜交水稻技術的發展”等，體現了中國生物學發展的成果，也展示了我國生物學發展為世界的農業發展作出的巨大貢獻;蘇教版的“基因沉默與表觀遺傳”、人教版的“基因組編輯”等，體現了國際上最新的生物學研究成果。這些內容不僅拓展了學科的知識面，其中很多成果都涉及到中國的科學家，可以增強學生對我國生物學發展的認識，對提升學生學習生物學的熱情和愛國情懷有著重要價值。

1.2不同版本新教材中生物學科學史位置與呈現方式的比較

從科學史所處位置來看，不同版本教材的科學史多是分布在正文及各種閱讀性專欄中，見表1。其中，閱讀性專欄占了大多數。另外，各個版本的閱讀性專欄的名稱也是各具特色，其生物學科學史也都不局限于某一特定專欄，呈現位置都較為多元化。但相對來說，人教版的“思考討論”、蘇教版的“積極思維”、浙教版的“課外讀”、滬科教版的“經典再現”、滬科版的“科學史話”和北師大版的“開闊眼界”是生物學科學史出現較多的欄目。由此可見，在各版本的必修教材中，生物學科學史主要還是起到輔助正文的作用，引導學生通過閱讀性專欄的閱讀加深對正文重要知識內容的理解。對于呈現方式，滬科教版在每章的章首頁下方都配了一個與本章內容相關的生物學科學史時間軸，如圖1所示，清晰呈現科學研究過程，教師可以在教學設計中借鑒使用。

1.3不同版本教材生物學科學史內容的對比

不同版本新教材生物學科學史的內容主要包括“描述生物學的重大發現”“闡述生物學重要理論的發展過程”等，見表2。新教材描述生物學的重大發現，如滬科版教材中呈現了2018年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者發現T淋巴細胞表面的兩種膜蛋白（PD-1和CT?LA-4）會阻止T淋巴細胞對腫瘤細胞的殺傷作用，并描述了CAR-T療法的治療案例。新教材描述生物學重要理論的發展，如人教版教材中“DNA是主要的遺傳物質”一節中，從對遺傳物質的早期推測到肺炎雙球菌的轉化實驗，再到噬菌體侵染細菌的實驗，對于實驗的原理和基本過程都進行了詳細的介紹，完整地向學生展示了DNA是肺炎雙球菌和噬菌體的遺傳物質這一理論的研究過程。這種科學史材料不僅利于學生建構科學知識，還能引導學生像科學家一樣去思考，進行邏輯推理，經歷科學探究之路，感悟科學家探索精神，提升自身的生物學核心素養。除此之外，部分版本教材設置了專欄介紹某一位或某幾位科學家，如人教版介紹了袁隆平、施一公等科學家，滬科教版“榜樣人物：發現雙螺旋結構背后的故事”欄目主要介紹了女科學家富蘭克林，“榜樣人物：麥田的守望者”欄目中介紹了我國著名的中國小麥遠緣雜交之父——李振聲等。另外，在對各版本進行統計發現，滬科版教材中國科學家出現的比例最高，超過了20%，其他版本中中國科學家所占的比例雖然不高，但已經體現出了近現代我國生命科學發展的成果和趨勢。

1.4不同版本教材生物學科學史與核心素養的對應比較

生物學科學史是培育學生生物學學科核心素養的重要載體。生物學科學史展示了科學家思考和解決生物學問題的思想歷程，體現了研究問題和解決問題的方法和思維，呈現了科學家在探索過程中的科學精神及科學態度。生物學科學史的學習能夠幫助學生更好地理解生物學概念的研究過程，在培養學生生命觀念的同時，還為提升學生科學探究和科學思維能力提供了很好的素材，并能夠喚起學生的社會責任，使其積極地參與個人及社會事務的討論。不同版本教材在各個生物學科學史呈現方式中側重培養學生核心素養類型略顯不同，見表3。關于培養學生科學思維和科學探究方面的生物學科學史最多，如浙教版“人工合成胰島素”、人教版“人工合成生命的探索”等，描述了科學家研究的探究過程、探究方法和思維方式，學生在經歷中會受益匪淺。各版本教材側重培養學生社會責任素養的科學史較少，需要教師在科學史教學中進行挖掘和補充。

2教材生物學科學史研究對教學的啟示

通過對各版本新教材生物學科學史內容的比較分析，可見各版本教材在編寫的過程中都貫徹了課程標準中的課程理念，做到了全面滲透學科核心素養，充分體現生物學科學史對發展學生核心素養的重要意義。教師要充分利用好生物學科學史的教育價值。

2.1經歷科學探究過程，培養學生科學思維

生物學科學史中的經典實驗呈現了科學家發現和解決問題，獲得可信研究結果的范式，對于培養學生的科學思維有著重要而無可替代的價值。教師不能簡單地向學生介紹科學家在科學探究過程中所采用的方法，更重要地是要引導學生經歷科學家發現與解決問題的具體思路。具體方式是創設有一定信息量和復雜程度的學習情境，精心設計一系列問題，充分利用生物學科學史中真實的實驗過程和實驗數據，激發學生的認知沖突，推動學生深入探究，激勵學生去解決問題、構建概念，使生物學科學史資源的教育價值實現最大化。例如，在實施“孟德爾發現遺傳規律”科學史教學時，教師可設計以下問題來引導學生深入探究：1孟德爾選擇了哪些實驗材料？為什么用豌豆做實驗獲得了成功？2孟德爾采用了哪些科學研究的方法幫助他獲得成功？3孟德爾實驗設計的思路是什么？這一系列問題能夠幫助學生的思維隨科學家一起參與到探索過程中，能使學生的思維能力得到充分發展。

2.2感悟科學家研究歷程，培養學生社會責任

在生物學發展的漫長歷史進程中不斷涌現出的生物學家，其艱苦探索、嚴謹踏實的科研精神以及為追求生命奧秘的真理不懈奮斗的偉大品質是提升學生社會責任感的重要素材，學習科學家的研究歷程可以潛移默化地引導學生逐漸具有運用生物學的知識和方法，關注社會議題，參與討論并作出理性解釋，辨別迷信和偽科學，解決現實生活問題，參與環境保護，形成健康的生活方式等的意識。例如，浙科版“達爾文的生平及科學活動”科學史是一個能夠培養學生運用生物學知識打破傳統封建枷鎖、創造新知識的科學史案例。在達爾文參加環球航行前，堅持的是“特創論”和“物種不變論”的觀點。但是在航行考察中，他逐漸感到大自然所呈現的事實與他原來的觀點發生了抵觸。在科學事實的沖擊和引導下，他開始懷疑“特創論”和“物種不變論”，逐漸轉變為一位進化論者。這一方面與他參加過多方面的時間活動有關，另一方面也因他具有追求真理、勤奮自學、謙虛謹慎、治學嚴謹、勇于克服困難和堅韌不拔的精神。

2.3利用科學史資料實踐基于核心素養的命題和評價

生物學科學史具有科學家研究過程及階段結果，是評價核心素養試題開發的重要素材和情境。而在當前的教學評價中，基于生物學科學史進行評價試題的開發較少，教師在教學中可適當增加科學史相關內容試題的開發，對評價學生的生物學學科核心素養有著重要意義。例如，光合作用的研究史就是一個評價學生核心素養試題開發的素材。滬科版教材要求學生“查閱資料，選擇光合作用探究史中1～2名科學家的實驗，談談他們的思維過程”;滬科教版教材以“希爾”和“恩格爾曼”科學史實驗，要求學生回答“光照條件下，離體葉綠體將Fe3+還原成Fe2+的物質是什么？”“與恩格爾曼水綿實驗相比，希爾實驗采用離體葉綠體研究光合作用的意義是什么？”......教師還可挖掘教材中其他科學史的素材，編制原創試題，從而更好地評價學生的科學思維和科學探究等學科核心素養。

3小結與反思

在新課程新教材推行的時期，廣大一線教師也面臨著關于新教材使用方面的諸多新的問題和挑戰，其中科學史如何進行教學也是教師關注的熱點問題。不同版本教材中生物學科學史的內容承載了培養學生學科核心素養的重要的使命，對全國6個版本的新教材中科學史進行了分析，并對科學史的教學提出了建議，希望能為廣大一線教師提供參考。

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