基于核心素養的中美高中生物學教材比較分析

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼］A [文章編號] 1674-6058（2025）20-0084-04

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標）明確提出，培養學生生物學學科核心素養是本課程的價值追求，也是課程預期的教學目標；要著眼于學生適應未來社會發展和個人生活的需要，從生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等方面發展學生的學科核心素養[1]教材作為知識的載體，在學科課程中占據十分重要的地位。對國內外不同版本的生物學教材進行分析、比較和反思，有助于生物學學科教學取長補短，進而促進課程與教學的發展。基于此，本文基于核心素養，以“基因指導蛋白質的合成”一節為例，對比中美高中生物學主流教材，探尋中美教材中核心素養的體現方式及培養理念差異，為教師深人解讀教材和有效利用教材提供借鑒，促進學生學科核心素養的發展。

一、教材分析

本文選取2019年人教版高中生物學必修2《遺傳與進化》（以下簡稱人教版教材）和第2版美國生物學教材《科學發現者：生物·生命的動力》（以下簡稱美版教材）作為研究對象。

“基因指導蛋白質的合成”在人教版教材中位于第4章第1節2，在美版教材中位于第六單元第18章第2節[3]。“基因指導蛋白質的合成”一節從分子水平闡明了遺傳物質在生物體內的作用機制，遺傳信息的轉錄和翻譯過程是本節的主要內容。新課標將本節內容納入大概念3下的次位概念“概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成，細胞分化的本質是基因選擇性表達的結果，生物的性狀主要通過蛋白質表現\"]。各國教材均十分重視這部分內容，其在生物學教學中有著重要的地位。

二、中美教材中“基因指導蛋白質的合成”的比較

（一）內容編排比較

人教版教材中“基因指導蛋白質的合成”內容分為三大部分：以美國科幻電影《侏羅紀公園》中恐龍復活的情境導人，引發學生對基因如何指導蛋白質合成的討論。第一部分為“遺傳信息的轉錄”，先設問“RNA為什么適于做DNA的信使”，以圖文結合的方式展示RNA的結構，再按照結構與功能相適應的生命觀念邏輯，探究DNA遺傳信息如何傳給mRNA，即轉錄過程。第二部分為“遺傳信息的翻譯”，先闡明翻譯的概念，借助“英漢詞典\"類比推理，探討堿基與氨基酸的關系，引導學生觀察密碼子表歸納密碼子的特點以及翻譯過程。第三部分為“中心法則”，歸納了轉錄、翻譯及基因的本質等內容。

美版教材的編寫邏輯與人教版教材相似，但穿插“技能實驗”和“迷你實驗”的問題驅動模式，構建以科學思維訓練為核心的教學范式，著重培養學生的科學探究能力。該模式促使學習者從單向知識接收者轉變為自主探究實踐者，在問題解決與知識重構中實現深度學習，有效促進高階思維發展與知識遷移應用能力的協同提升。

中美教材均將遺傳信息的轉錄和翻譯作為本節的核心知識模塊。美版教材的篇幅更長、延展性更強，內容涵蓋更廣、鉆研更深。值得注意的是，美版教材弱化了“中心法則\"的顯性表述，以“RNA加工機制”為切入點，深度解析轉錄后調控過程，引入內含子剪切、外顯子拼接等分子生物學概念，有助于學生構建微觀認知，但會給中學生的學習和理解帶來挑戰。人教版教材細節更豐富清晰，如明確標注RNA聚合酶在轉錄中的功能，用模塊化圖示解構三種RNA的結構功能關系網絡。這種設計降低了認知復雜度，提升了學生的知識遷移效率，助力知識網絡建構，體現了“少而精”的課程理念在生物學基礎教育中的實踐智慧。兩版教材內容編排都遵循“基因指導蛋白質的合成”的邏輯順序，能引導學生構建基因表達的知識體系，實現認知螺旋式遞增，符合學生的認知規律，促進其生命觀念的形成。

（二）旁欄結構比較

中美教材在欄目設計（見表1）上有很多相似之處，比如欄目類型豐富且設計精美，可在教學過程中發揮教學支架的作用。人教版教材有7個欄目，美版教材有5個欄目，都能滿足學生科學探究的需求。在本節引入環節，人教版教材用“問題探討”美版教材用“折疊式學習卡\"引發學生思考。人教版教材的“本節聚焦\"欄目，引導學生聚焦基因如何指導蛋白質的合成及中心法則的過程，這一目標的設定有助于培養學生的生命觀念和科學思維，其啟示類問題注重知識的遷移和應用，強調達成社會責任培養目標。而美版教材的“本節預覽\"欄目則著重幫助學生理解本節的重要概念，促進學生生命觀念的形成。

表1中美教材欄目設計比較

加強各學科之間的聯系。

中美教材的欄目也有許多不同之處。人教版教材中，“想象空間\"欄目不同于美版教材直接給出“汽車裝配流水線”例子，鼓勵學生自主類比，以培養學生的發散性思維；“思考·討論\"欄目圍繞所學內容提出關于轉錄與DNA復制關系的問題，引導學生推理和思考，發展其科學思維；“相關信息\"欄自幫助學生厘清概念性問題，樹立生命觀念；“生物科學史話\"欄目借助科學史展現遺傳密碼破譯歷程，培養學生的社會責任意識。美版教材通過兩個實驗欄目，分別介紹堿基和遺傳密碼的關系以及轉錄和翻譯的過程，強調構建與運用模型、理性思維解決問題并科學解釋，以培養學生的科學探究能力和科學術語運用能力；“詞源”欄目拓寬學生視野，

（三）圖表設置比較

中美教材“基因指導蛋白質的合成”一節中，通過豐富的圖表（見表2），為學生搭建起理解分子生物學基礎內容的橋梁。這些圖表不僅有助于學生精準掌握本節課的概念和抽象的分子生物學流程，還為教師的教學提供輔助，使學生能夠更好地理解相關知識。

表2中美教材“基因指導蛋白質的合成”一節所附圖表比較

續表

中美教材對轉錄和翻譯過程均有詳細描繪，有利于培養學生的圖表觀察與分析能力，提升學生的科學思維能力，但也存在差異：1.人教版教材以圖片展示核糖與脫氧核糖的結構，比美版教材更直觀易懂，富有趣味性和啟發性，便于學生記憶和分析。2.人教版教材沒有詳細介紹“在RNA中與腺嘌呤配對的是尿嘧啶\"這一知識點，而美版教材在“DNA和RNA的化學組成的三大區別”圖中直觀呈現。3.兩版教材均將密碼子表作為圖表的重要部分，但美版教材在氨基酸后加密碼子表述，可供教師教學時借鑒。總之，中美教材都為教師的教學提供了豐富的教學素材。人教版教材的圖表內容更豐富，形象性更強，增強了學習吸引力與教材可讀性。美版教材圖片飽和度高、立體感強、色彩明麗，能吸引學生的視覺注意力，體現人文關懷。

（四）習題編寫比較

習題是教材編寫的重要組成部分，不僅能夠考查學生對知識點的掌握情況，也是落實學科核心素養的途徑之一。人教版教材的習題包括“概念檢測”和“拓展應用\"兩部分。“概念檢測”中，判斷題先創設“基因的表達包括遺傳信息的轉錄和翻譯兩個過程”的主題干情境，再據此設計小題，考查學生概念掌握程度并培養生命觀念；選擇題側重培養科學思維，也注重考查概念知識。“拓展應用\"部分基于學生的認知特點，以知識掌握為基礎，注重邏輯推理，結合資料說明醫學藥物的原理，體現“注重與生活相聯系”的理念，落實對學生科學思維、社會責任的培養，促進學生核心素養落地。

美版教材的習題包括“理解概念”“理性思維”“綜合應用”。其中，“理解概念\"以問答題形式，要求學生用文字闡述，加強了生物學與語文學科的聯系，有利于提升學生的人文素養，培養綜合型人才；“理性思維”習題注重培養學生的科學思維，具有重質疑、重實證、重邏輯等特點。“綜合應用”習題注重知識的逐步深化，延伸到真實的生物學議題，深化概念理解和應用，逐步滲透核心素養。

三、教學啟示

開展中美教材“基因指導蛋白質的合成\"核心概念對比研究，系統分析其在知識結構編排、科學思維培養、實驗探究活動設計以及跨學科聯系建構等方面的異同。這一比較研究為我國教材編寫和課堂教學帶來啟示：在教材編寫方面，有助于教師精準把握知識邏輯，為科學整合信息化或多媒體教學資源提供方向。在課堂教學方面，能為教師提供創設真實問題情境、設計遞進式探究活動或問題等策略，引導學生深人理解轉錄翻譯微觀機制和中心法則等教學難點，達成教學目標。該研究成果對于落實生物學學科核心素養培育具有顯著的實踐指導價值，既可以優化知識建構方式強化學生科學思維，又可以依托社會議題討論深化生命觀念與社會責任意識。以下將從教材內容、圖文和版面設計以及教師專業發展三個方面進一步闡述具體的教學啟示。

（一）教材內容的生活化

教師可以基于建構主義學習理論，根據學生的實際生活經驗、認知水平和概念體系，選擇和組織教學內容，使其貼近學生實際，增強學習的相關性和實用性，促進學生生命觀念和科學思維的發展。鑒于生命科學領域抽象概念密集，建議采用“生活化情境遷移”教學策略，使學生更加容易接受和理解。例如，在闡釋RNA分子結構與功能時，可構建多維度類比模型，將單鏈RNA比作半根拉鏈，RNA參與蛋白質裝配比作汽車制造中工人工作。這種基于工程學原理的跨學科類比，能夠打破微觀認知的壁壘，有效培養學生的聯想思維與模型建構能力。持續開展此類生活化教學轉化實踐，教師能夠系統地提升課程內容的情境適配性與認知具象化水平，將遺傳信息的流動規律、中心法則的普適性等核心概念轉化為可感知、可操作的思維腳手架，從而實現科學思維進階與養成生命觀念的雙重目標。

（二）教材的圖文和版面設計

教師在教學中運用教材時應注重圖文結合，提升教材的互動性與知識表征的科學性。具體可以從以下三個方面進行優化：1.色彩運用。巧妙運用顏色傳遞信息，如用冷暖色系區分生物過程的不同階段。通過合理的顏色搭配，能夠幫助學生建立微觀現象和教材圖片的對應關系。2.圖片編排。科學編排圖片組合，綜合不同版本教材的插圖優勢。3.圖像類型。將傳統靜態插圖升級為“會說話”的動態圖，幫助學生完成從真實觀察到理論模型的認知過渡。這種圖文優化能有效降低學習難度，學生先通過顏色標記的流程圖形成直觀印象，再理解抽象知識，最終構建完整的生物學認知體系。

（三）教師的專業發展

在人工智能與大數據技術快速發展的今天，教師專業能力的提升是多維度的、螺旋上升的過程基于建構主義學習理論與教師專業發展標準框架，教師應從“教材的嚴格遵循者\"轉變為“專家型教育者”，成為反思實踐者與研究者。這一身份轉變對教師提出了新要求，應加強專業培訓，提升專業素質，以適應多種教材和新教學方法，使更多教師在全球化教育浪潮中保持高度專業水平和創新批判思維。

［參考文獻］

[1］中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準：2017年版2020年修訂M].北京：人民教育出版社，2020：1-10.

[2]朱正威，趙占良.普通高中教科書生物學必修2遺傳與進化[M].北京：人民教育出版社，2019：64-70.

[3」比格斯.科學發現者生物生命的動力[M].廖蘇梅，譯.杭州：浙江教育出版社，2008.

（責任編輯 羅艷）