加拿大高中生物學教材“科學本質”內容的編寫特點與啟示

劉楊 王媛媛 劉婉瑩

麥格勞一希爾·瑞爾森公司在2013年出版的生物學教材《BC生物學12（BC BIOLOGY 12》>是加拿大高中階段的主流教材，目前在絕大部分學校使用，對學生理解生命現象、解釋生命規律具有重要的價值。《BC生物學12》（以下簡稱加拿大教材）非常注重“科學本質”相關內容的編寫，在教材第一章就詳細地向學生呈現了科學研究過程、科學方法、科學理論，以及科學與社會之間的關系。對其進行分析，能夠為我國生物學教材中“科學本質”相關內容的修編帶來一定啟示。

1 顯性展示“科學本質”相關內容

較之于隱涵法，明示法更能夠幫助學生理解科學本質。因此，教材顯性地呈現“科學本質”相關內容，直接向學生詮釋科學本質，更有助于學生科學素養的提升。加拿大教材遵循了這一原則，在第一章第二節和第三節向學生顯性地展示了科學研究過程、觀察、假設、實踐（包括設計探究方案、使用模型、收集數據、分析數據）、結論、科學理論、科學與社會的關系等一系列的“科學相關的概念”。這樣的設計有利于學生系統地、整體地構建對科學本質的理解，樹立科學探究的意識，習得探究過程的思想方法。

2 編制特點

2.1 圖文并茂地展示科學研究的具體過程

科學教育要求學生具備“科學以實證為基礎，需要嚴謹的研究過程”這一科學本質觀。為實現該目標，加拿大教材在開篇就向學生闡明了生命科學的屬性，即“生命科學是基于科學研究而發展的，生物學家在實驗室、在野外都在進行著各種各樣的探究”。進而，以流程圖的方式向學生呈現科學研究的具體過程，并加以文字描述，引導學生從整體上進行認知構建。例如，該教材在科學研究過程流程圖中向學生闡述了觀察、假設、實驗（或進一步觀察）、結論、科學理論等概念的內涵以及它們之間的關系（圖1）。此外，它還向學生強調了“若原假設在檢驗中不成立，則需要提出新的合理的假設，再次進行嚴謹的科學研究”“科學理論是需要一系列相關的科學結論的相互佐證才能得到，才能被公眾所認同”。

2.2 案例詳解每一項科學能力

加拿大教材在解讀每一項科學能力時，并非平鋪直敘，而是列舉“生活化案例”和“經典科學實例”，幫助學生更好地理解與內化。例如，在解讀“觀察”這一能力時，該教材介紹“與家人共進晚餐，可以用鼻子嗅美味的食物，可以用眼睛觀察家人的表情，可以用耳朵聽優美的背景音樂”的生活化案例，以及“亞歷山大·弗萊明在檢查培養皿時，觀察到了霉菌周圍存在一個無細菌的區域，深入研究后發現了青霉素”的經典科學實例。這兩個案例有助于學生加深理解“什么是觀察”以及“如何有效地觀察”。在解讀“使用模型”這一能力時，教材描述了“使用計算機構建模型研究人類活動可能影響全球氣候變化的趨勢”和“科學家使用小鼠作為癌癥研究的模型，而不是直接使用人體”的案例，幫助學生明晰“模型”在科學研究中的作用。

2.3 問題討論的方式呈現科學與社會之間的關系

“科學探究受社會和文化影響”是學生必備的一項科學本質觀念。為了在教材中滲透這一觀念，加拿大教材不但列舉案例幫助學生認知科學與社會的關系，而且組織學生就話題進行討論，以引導學生自行構建科學與社會的價值觀念。例如，教材首先以“病毒學、細胞學和分子生物學的研究，生產了能夠延長艾滋病患者壽命的新藥”“基因治療能夠推動癌癥疾病的治愈”“農業科學技術的實施促進了糧食產量，解決了人類溫飽問題”等案例，呈現了科學促進社會發展的優勢;又以“克隆人會帶來的危害”“氮肥、殺蟲劑會導致水污染”等案例，展現了科學技術的發展對社會、對自然環境產生的負向影響。之后，進一步向學生拋出話題——“停用科學技術，人類會怎么樣？”“濫用科學技術，人類會怎樣？”，組織學生進行討論交流，以引導學生樹立“科學技術能夠促進社會發展”“科學應受到社會和文化的制約”的價值觀念。最后，以“日本核電站危機”為拓展材料，再次組織學生表達觀點，進一步論證科學與社會之間的關系。

2.4 組織學生進行科學實踐實訓

“通過學生的外顯行為才能夠真正地、有效地診斷學生的科學實踐能力。”加拿大教材踐行了這一準則，在闡述完科學過程、科學能力以及科學與社會的關系后，緊接著設計了“豌豆/冬小麥的輪作是否會提升冬小麥的產量，是否優于氮肥的使用？”探究實驗，組織師生進行科學實踐實訓。同時設計了一個旁欄，建議師生使用“控制變量法”，設計4組實驗，分別是：實驗組1（在裝有45 kg/ha氮肥的土壤中種植冬小麥）;實驗組2（在裝有90 kg/ha氮肥的土壤中種植冬小麥）;實驗組3（同一塊土壤中夏季種植豌豆，冬季種植冬小麥，進行輪作）;對照組4（在不施肥的土壤中種植冬小麥）。師生通過比較4組實驗的數據，得出科學的結論。

2.5 設置測評試題，及時評價反饋

加拿大教材在章末設置了一系列的測評試題，來評價學生的科學本質觀。其中有直接考查“科學相關的概念”的試題.有以探究活動為載體的考查科學研究過程和思想方法的試題，體現了評價項目的多元化特征。譬如，例1直接考查了學生對“實驗組和對照組的關系”的認知;例2和例3則依托探究活動考查學生的科學思維、科學探究能力。

【例1】實驗組與對照組有什么區別？

a.兩者沒有真正的區別，因為兩者都是研究的一部分

b.實驗組測試了某種事物，而對照組沒有測試任何事物

c.實驗組接受測試因子的處理，而對照組未接受

d.對照組能夠證明結果正確，而實驗組不能

【例2】研究人員希望確定三種不同的抗菌洗手液的有效性，他們使用了培養箱、細菌、三種抗菌洗手液、蒸餾水、裝有瓊脂營養液的四個培養皿等實驗器材，實驗后得到了如圖2所示的結果。請回答以下問題。

a.陳述該實驗的假設。

b.該實驗探究的變量是什么？

c.對照組和實驗組的不同的處理方案是什么？

d.說出對照組和實驗組應保持相同的兩個條件。

e.描述如何進行實驗以達到上面顯示的結果。

f.此實驗應該收集哪些方面的數據？

【例3】如果你在一家制藥公司工作，研發出了一種新的抗癌藥物，請概述一系列實驗來測試抗癌藥物是否有效。

3 啟示

科學的本質是科學領域學科區別于其他領域學科的根本特征。學生只有具備了科學本質觀，才能理解科學作為一種人類文化所具有的價值，才可以更好地進行與科學有關的社會問題的民主決策。楊文源、劉恩山學者團隊研究發現，我國高中生物學教材中科學探究內容的編寫尚存在些許不足，仍需要改進完善。分析加拿大教材中“科學本質”相關內容的編寫特征，也能夠為我國生物學教材的修編帶來一定啟示。首先，我國生物學教材可汲取該教材的方式，采用明示法，在首章中顯性地將科學相關的概念、原理、技能、過程、與社會的關系闡述清楚，引導學生系統地、整體地構建對科學本質的理解。其次，創設生活化或者科學史情境，將明示法與情境化相結合，依托科學內容設計案例，向學生闡明每一項必備的科學能力和思想品質，組織學生在熟悉的生活情境或者經典的科學史情境中認知、討論每一項科學能力和思想品質的內涵與作用。最后，在教材中設計測評試題、實踐活動等多元化的評價項目，引導學生將科學知識和科學相關的知識理解內化并學以致用，將科學思維和探究能力遷移應用到實際的生活生產中，最終形成“理解科學本質”的重要科學素養。

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