高中《生物學(xué)》不同版本教材必修模塊實(shí)驗(yàn)活動分析與教學(xué)啟示

于佳萍 閆白洋

摘要 在新課程新教材推行的背景下，對6版高中生物學(xué)必修教材在實(shí)驗(yàn)活動編排、實(shí)驗(yàn)活動探究層次和評價(jià)方向進(jìn)行了分析和比較，并提出了新教材實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示，為一線教師提供參考。

關(guān)鍵詞 雙新背景 高中生物教材 實(shí)驗(yàn)活動 教材比較

中圖分類號 G633.91????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出了新時代高中生物學(xué)教學(xué)改革的方向是發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。教材編寫是在課程標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的一次再創(chuàng)造，圍繞一本課標(biāo)，全國共出版6版各具特色的教材，為教師的教和學(xué)生的學(xué)提供了重要載體。筆者對比了人民教育出版社（簡稱“人教版”）、北京師范大學(xué)出版社（簡稱“北師大版”）、上?？茖W(xué)技術(shù)出版社（簡稱“滬科版”，主要在上海市使用）、上海科技教育出版社（簡稱“滬教版”，主要在山東省使用）、浙江科學(xué)技術(shù)出版社（簡稱“浙科版”）、江蘇鳳凰教育出版社（簡稱“蘇教版”）6個版本必修教材中實(shí)驗(yàn)活動，提出實(shí)驗(yàn)活動的教學(xué)啟示，為新課程、新教材（簡稱“雙新”）實(shí)施過程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。1? 6版高中生物學(xué)必修教材實(shí)驗(yàn)活動編排比較

《課程標(biāo)準(zhǔn)》在必修板塊的“教學(xué)提示”環(huán)節(jié)中共提出了19個活動建議，不同教材對其進(jìn)行了分解或合并，但均包括了課程標(biāo)準(zhǔn)中“教學(xué)提示”建議的實(shí)驗(yàn)活動。在實(shí)驗(yàn)數(shù)量（定量實(shí)驗(yàn)數(shù)）、實(shí)驗(yàn)活動欄目名稱、實(shí)驗(yàn)編排結(jié)構(gòu)、拓展實(shí)驗(yàn)（“教學(xué)提示”建議外的實(shí)驗(yàn)）等方面各有所長、特色鮮明，見表1。從實(shí)驗(yàn)數(shù)量（定量實(shí)驗(yàn)數(shù)）可以看出，6版教材必修部分實(shí)驗(yàn)總數(shù)在17～20之間，相差不大，定量實(shí)驗(yàn)滬科版最多，達(dá)到8個，其次是北師大和滬教版。從實(shí)驗(yàn)活動欄目名稱可以看出，北師大版、滬科版和滬教版實(shí)驗(yàn)欄目較為聚焦，明確了實(shí)驗(yàn)活動的性質(zhì)，如觀察、實(shí)驗(yàn)、建模、調(diào)查。實(shí)驗(yàn)編排結(jié)構(gòu)多體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、器具材料、實(shí)驗(yàn)步驟和討論分析等科學(xué)探究過程。人教版和滬科版教材在部分實(shí)驗(yàn)后設(shè)置了進(jìn)一步探究的環(huán)節(jié)，拓展學(xué)生的思維廣度和寬度。例如，滬科版在“觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動”實(shí)驗(yàn)后設(shè)計(jì)了“丙二酸鈉可抑制細(xì)胞能量的產(chǎn)生，分別用物質(zhì)量濃度1 mol/L丙二酸鈉溶液和冰水引流，觀察到怎樣的現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)。除了《課程標(biāo)準(zhǔn)》中“教學(xué)提示”建議的實(shí)驗(yàn)外，6版教材或多或少都設(shè)計(jì)了拓展實(shí)驗(yàn)，如北師大版設(shè)計(jì)了“制作姜汁撞奶”“注射器釀酒”等，蘇教版設(shè)計(jì)了“利用尿蛋白試紙檢測尿液是否含有蛋白質(zhì)”等。

2 6版高中生物學(xué)必修教材實(shí)驗(yàn)活動探究性比較

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中科學(xué)探究核心素養(yǎng)是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對結(jié)果的交流與討論的能力。實(shí)驗(yàn)活動是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要路徑，實(shí)驗(yàn)活動設(shè)計(jì)的探究層次至關(guān)重要。筆者借鑒Herron修正的“實(shí)驗(yàn)活動探究層次”，對6版高中生物學(xué)教材實(shí)驗(yàn)活動的探究層次進(jìn)行定量分析，結(jié)果見表2。

6版教材實(shí)驗(yàn)活動的探究層次多位于水平1，呈現(xiàn)給學(xué)生研究的問題和步驟，學(xué)生只需按照步驟整理記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果并分析。浙科版和人教版在探究層次2的水平分別設(shè)計(jì)了6個和5個實(shí)驗(yàn)，滬科版和蘇教版都設(shè)計(jì)了4個，主要集中在模型建構(gòu)類實(shí)驗(yàn)和“探究不同環(huán)境因素對光合作用的影響”上，均隱去了具體的實(shí)驗(yàn)操作，通過資料參考或引導(dǎo)式思考，如分析自變量、因變量、無關(guān)變量、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則等，由學(xué)生小組自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。蘇教版在“探究酵母菌的呼吸方式”上進(jìn)行了大膽突破，設(shè)計(jì)了層次3的探究實(shí)驗(yàn)，通過圖片提供了一位學(xué)生設(shè)計(jì)的探究酵母菌呼吸方式的實(shí)驗(yàn)裝置，要求小組在分析該學(xué)生的探究活動后提出有關(guān)酵母菌呼吸方式的問題，不同組在探究問題，裝置、材料等方面都可能存在差異，更具有開放性。

3 6版高中生物學(xué)必修教材實(shí)驗(yàn)活動評價(jià)方向比較

6版高中生物學(xué)必修教材實(shí)驗(yàn)評價(jià)試題均通過“分析與討論”等類似的方式進(jìn)行?，F(xiàn)以《課程標(biāo)準(zhǔn)》中“教學(xué)提示”建議的“影響酶活性的因素”實(shí)驗(yàn)為例，分析6版教材的評價(jià)方向和評價(jià)要點(diǎn)。運(yùn)用科學(xué)思維和科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì)屬性之一，6版教材的實(shí)驗(yàn)評價(jià)均聚焦科學(xué)探究和科學(xué)思維素養(yǎng)的評價(jià)，見表3。多是評價(jià)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，聚焦科學(xué)探究水平二的評價(jià);也有要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如滬科版要求學(xué)生設(shè)計(jì)探究pH 對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)方案，聚焦科學(xué)探究水平三的評價(jià)。對科學(xué)思維的評價(jià)主要是在給定情境中，要求學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)原理展開探討解釋或判斷，如人教版在探究活動后，請學(xué)生探討在酶制品的儲藏、運(yùn)輸和使用過程中，應(yīng)該注意的問題，并做出解釋，聚焦科學(xué)思維水平三。也有要求學(xué)生以特定生物學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象，如人教版要求學(xué)生嘗試應(yīng)用酶的化學(xué)本質(zhì)知識，解釋本組結(jié)論，聚焦科學(xué)思維水平二。縱觀所有實(shí)驗(yàn)活動的“分析與討論”環(huán)節(jié)，還涉及了討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的意義、判斷替換材料的可行性、在新的變化情境下，應(yīng)用規(guī)律或原理，解決實(shí)際生活問題或提出可行方案建議等不同層次的評價(jià)方式，助推學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)活動發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

4 6版高中生物學(xué)教材實(shí)驗(yàn)活動比較后的啟示

4.1開發(fā)定量實(shí)驗(yàn)，彰顯學(xué)科特質(zhì)

人類認(rèn)知從定性到定量，反映的是從現(xiàn)象到本質(zhì)的規(guī)律，是科學(xué)發(fā)展的必然。定量研究側(cè)重?cái)?shù)量化的統(tǒng)計(jì)分析。相比定性實(shí)驗(yàn)，它作為一種演繹的、尋求預(yù)測和解釋性的研究，利于深入了解各種物質(zhì)或生物現(xiàn)象的特征，發(fā)展科學(xué)思維能力。例如，滬科版教材在蛋白質(zhì)成分鑒定定性研究的基礎(chǔ)上，增加了“食物中蛋白質(zhì)含量測定”，在操作中培養(yǎng)定量意識;在質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)中增加“數(shù)據(jù)處理”環(huán)節(jié)，通過繪制描述坐標(biāo)曲線，在表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中培養(yǎng)定量意識;在葉綠體色素的提取和分離以往操作中，加入了“葉綠素含量測定”，在觀察測量中培養(yǎng)定量意識。因此，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要加強(qiáng)定量實(shí)驗(yàn)的研究，引導(dǎo)學(xué)生主動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論等。定量實(shí)驗(yàn)不僅可以提升學(xué)生科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，也能提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。

4.2豐富探究形式，延伸探究主題

為增加學(xué)生探究活動的積極性，調(diào)動學(xué)生的思維活躍度，各教材在科學(xué)探究過程的基本框架下，呈現(xiàn)了豐富的探究活動形式。例如，人教版教材通過提供探究活動的參考資料代替固定的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生可以此為啟發(fā)開展有個性的探索;蘇教版教材借助“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”展示某研究小組的數(shù)據(jù)報(bào)告、設(shè)計(jì)方案或裝置圖，引導(dǎo)學(xué)生分析已有探究活動并提出新的相關(guān)研究問題。科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能局限于已經(jīng)得出的結(jié)論，學(xué)生也會產(chǎn)生新的疑問或探究靈感，教師在教學(xué)中，可在探究主題后適度留有學(xué)生進(jìn)一步探索的彈性。例如，人教版教材在“影響酶活性的條件”后引導(dǎo)學(xué)生可進(jìn)一步探究“不同溫度或pH 條件下酶的活性差別有多大”，讓學(xué)生更接近于“像科學(xué)家一樣思考”，形成一條探究鏈。實(shí)驗(yàn)活動的情境化設(shè)計(jì)也是豐富探究形式的重要方式，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以探究問題情境化、探究過程情境化，或探究結(jié)果的情境化等。例如，滬科版以某島上不同海龜在食物缺乏的情況下，分趾海龜（WW、Ww）個體數(shù)每年減少20%為背景，請學(xué)生探究“自然選擇使種群基因頻率發(fā)生變化”規(guī)律，豐富實(shí)驗(yàn)活動的趣味性。北師大版真核細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模型制作后，以制作“胰腺細(xì)胞分泌消化酶”模型，需要重點(diǎn)呈現(xiàn)哪些細(xì)胞結(jié)構(gòu)為情境，幫助學(xué)生通過建模加深結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

4.3關(guān)注探究本質(zhì)，實(shí)施多元評價(jià)

科學(xué)探究有助于學(xué)生理解科學(xué)知識的發(fā)展過程，有助于學(xué)生認(rèn)同人類研究解釋世界的方法，讓學(xué)生更好地理解科學(xué)知識。教材實(shí)驗(yàn)活動的設(shè)置融入了多元評價(jià)的思想，通過學(xué)生自評、生生互評、師生互動綜合評定實(shí)現(xiàn)評價(jià)主體的多元化，如浙科版在“探究酵母菌的呼吸方式”設(shè)計(jì)探究活動方案環(huán)節(jié)，指出“小組在充分討論并與教師交流獲得認(rèn)可后開展實(shí)驗(yàn)”。評價(jià)內(nèi)容關(guān)注對學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的促進(jìn)和提升。例如，人教版在學(xué)生制作了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)后，進(jìn)一步請學(xué)生在此基礎(chǔ)上闡明“DNA 只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能儲存足夠量的遺傳信息”，評價(jià)其歸納與概括能力;請學(xué)生“根據(jù)DNA 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)想DNA 的復(fù)制方式”，評價(jià)其創(chuàng)造性思維能力。多樣化的評價(jià)方式增加了教材實(shí)驗(yàn)活動的豐富性。除實(shí)驗(yàn)室探究外，各版教材也設(shè)置了豐富的模型制作、社會調(diào)查等活動，以評價(jià)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。例如，滬教版建議學(xué)生以小組為單位，組內(nèi)分工調(diào)查常見的人類遺傳病，匯集數(shù)據(jù)繪制圖譜，計(jì)算發(fā)病率，并走訪專家或醫(yī)生，探討發(fā)病機(jī)制和預(yù)防措施。

4.4聯(lián)系社會生活情境，實(shí)驗(yàn)分析生活化

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生解決真實(shí)情境問題所需的關(guān)鍵能力、必備品格和價(jià)值觀念。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果本身的討論外，教師要注意滲透若干與生活情境相聯(lián)系的討論話題，激發(fā)學(xué)生基于證據(jù)與事實(shí)參與社會議題的討論，或提供參考建議，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的參與感。例如，滬教版在“探究不同環(huán)境因素對光合作用的影響”的分析討論3中，要求學(xué)生討論“人們常用人工照明方式提高設(shè)施農(nóng)業(yè)的作物產(chǎn)量，選用什么光質(zhì)的燈具可達(dá)到節(jié)能高效的目的”，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益;滬科版在“葉綠體色素的提取分離及葉綠素含量的測定”分析與討論2中，請學(xué)生“根據(jù)色素條帶結(jié)果，推測從盛夏到深秋銀杏葉片中色素種類會有怎樣的變化”，發(fā)展知識遷移能力。

5 結(jié)論與反思

6版高中生物學(xué)教材在實(shí)驗(yàn)活動整體設(shè)計(jì)上各有

所長，為教師和學(xué)生提供了寶貴的參考學(xué)習(xí)資源。本研究重點(diǎn)對6版教材實(shí)驗(yàn)活動的探究層次和“分析討論”欄目中的科學(xué)思維水平進(jìn)行比較分析。筆者建議教材編寫者適當(dāng)關(guān)注實(shí)驗(yàn)活動“分析討論”中問題呈現(xiàn)的思維發(fā)展層次，并適度增加與社會生活相聯(lián)系的問題情境設(shè)置，在實(shí)驗(yàn)活動中滲透社會責(zé)任素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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