美国高中生物学教材《Biology》体现学科核心素养的特色分析与启示

张秀红 崔鸿 朱家华

摘要 以美国高中生物学教材《Biology》为研究对象，基于生物学学科核心素养的4个维度，分别对教材的内容选择、章节编排、活动设计、栏目设置展开分析，并从注重学科核心素养显化呈现、设置真实情境等方面为我国教科书的编写和修订提供启示和建议。

关键词 学科核心素养 教材 高中生物

中图分类号 G633.91

文献标志码B

发展学生的核心素养已经成为我国当前基础教育改革的目标和方向。核心素养的发展需要通过学科课程来实现。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中指出：生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。生物学学科核心素养对中学生物学课程教学、教材编写、学业评价都提出了新的挑战，其中教科书起到基础性作用。本研究主要从生物学核心素养的视角，分析美国高中生物学教材《Biology》的设计特色，以期为我国教科书的编写和修订提供启示和建议。

1 教材体现学科核心素养的设计特点

2017年，美国麦格劳·希尔教育集团以美国《下一代科学教育标准》为依据，对之前出版的高中主流理科教材《Biology： The Dynamics of life》进行了修订。修订后的教材围绕大概念组织课程内容，注重实践活动的设计，利于学生在知识、能力和情感等方面的全面发展。

1.1 内容组织立足概念框架，有利于生命观念的形成

生命观念是人们在对生物学概念深度理解的基础上形成的对生命本质的理解，体现了对生物学知识、方法等的概括性认识。观念的形成需要通过从生物学事实到一般概念，从一般概念到核心概念，从核心概念到观念的过程，依赖于对众多概念间相互关系的深入理解。《Biology》对课程内容的组织遵循了观念形成逻辑主线，围绕主题（Themes）、大概念（Big idea）和重要概念（main idea）组织课程内容。其中，“主题”对应于美国《下一代科学教育标准》中的跨学科概念，主要包括：①模式;②因果关系;③尺度、比例和数量;④系统和系统模型;⑤物质和能量;⑥结构与功能;⑦稳定与变化。“大概念”是统领本章内容、支撑“主题”的生物学学科概念。重要概念则是支撑大概念的次级概念。在教材每一章的章首页部分，教材以“主题聚焦”和“大概念”专栏显性化列出本章对应的主题和大概念，并陈述其内涵。例如，在第十章“有性生殖和遗传”中，章首页的主题聚焦陈述为“因果关系——减数分裂导致遗传的多样性”，紧随其后的大概念为“减数分裂产生配子，遗传性状代代相传”，在本章第一节“减数分裂”的开头部分列出了重要概念“减数分裂可以产生配子”。此外，在每节课的习题部分，教材还总结出了本节课的知识要点，以便学生能够更好地理解本节的重要概念。在每一章结束时，教材又专门设计了包含主题、大概念、重要概念和知识要点的层级列表，作为学生的学习指南。教材对概念的这种呈现方式体现了科学主题统摄下的知识的层级结构，突出了知识的整体性和逻辑性，为学生提供了“概念聚合器”，帮助他们将零散的生物学事实和一般概念进一步归纳整合，建构概念网络，最终形成生命观念。

1.2 围绕真实问题设计学习活动，有利于科学思维的发展

科学思维是具有意识的人脑对自然界中事物的本质属性、内在规律及自然界事物间的联系和相互关系的间接的、概括的、能动的反映。学生的科学思维能力是科学思维的内容、方法和品质三者组成的有机整体。其中科学思维内容包括科学问题、概念、规律和现象等，科学方法主要有分析与综合、比较与分类、抽象与概括、科学推理等，科学思维的品质是指思维的深刻性、灵活性、批判性、敏捷性和独创性。因此，学生需要运用科学概念、表象等材料，通过多种学习活动训练科学思维的方法和品质，发展科学思维能力。

科学思维的过程就是问题解决的过程。美国高中生物教材通过多个栏目中的真实问题情境来渗透科学思维的培养，尤其是批判性思维的培养。教材章首页的“Launch Lab”栏目中，设计的问题围绕本章的核心内容设计开放性的问题。例如，第十章“有性生殖与遗传”中“Launch Lab”栏目的问题是“如果没有减数分裂，会有何结果”，启发学生在学习本章的过程中去思考减数分裂的意义。教材在每节的开始还设置了“Essential Questions”栏目，相当于我国人教版教科书中的“本节聚焦”，可以驱动学生主动地进行思维活动。在章节的习题中，也设置了专门考查批判性思维的模块，如第十章第一节“减数分裂”中设置的其中一个批判性思维的习题为“对比和比较减数分裂和有丝分裂的异同，并用文氏图表述”。

科学思维贯穿于科学探究的各环节，决定了科学探究过程的质量和方向，科学思维的培养也需要在科学探究过程中落实和实践。在教材的“数据分析”（Data Analysis Lab）栏目中，选择了科技论文中的数据、图表等作为思维的材料，并针对这些材料设置了若干问题，对学生的分析、比较、阐释、评估、预测、推理等批判性思维的方法和技能进行了全面的训练。类似的设计在章习题中也有较多的呈现。这种基于真实问题情境的学习活动，将生物学知识与科学思维有机结合，既向学生展示了科学研究中的思维过程，也为学生提供了实践科学思维方法的机会。

1.3 探究活动设计层次丰富，有利于探究学习的开展

科学探究是科学研究的基本范式，也是学生学习科学的有效途径。学生通过科学探究，理解科学概念及其产生的过程，学习科学方法，掌握科学技能。教材的第一章生物学研究围绕“生物学是研究生命的科学”这一大概念，介绍了科学研究的方法，包括观察现象、提出问题、建立假设、收集和分析数据、获得结论等，其中详细介绍了观察的具体方法、如何设计变量等。学生通过本章的学习对科学探究的方法有了基本的了解，从而可以指导之后的探究实践活动，也有助于科学本质观的形成。除了这种对科学探究的集中呈现，教材还为学生设计了多种类型的探究活动，包括“迷你实验”“数据分析”“生物学实验”等。“迷你实验”主要是通过相对短期的实验活动训练学生的科学方法和实验操作技能，教材中共设立了65个迷你实验，包括观察、调查、检测、模型构建等多种类型。“数据分析”主要利用科技论文中的真实数据来训练学生的数据分析技能，教材中有46个数据分析活动，包括解释图表、解释数据、比較数据、运用数据建立假设和获得结论等。“生物学实验”是在一章结束后的综合性实验，包括自主设计、野外调查、网络探究等，相对而言，实验具有较强的自主性和开放性。例如，在“探究影响酶活性的因素”的生物学实验中，教材首先介绍了实验的背景、材料用具和安全事项，实验计划和实施部分并没有为学生提供相关的实验设计的示例，更没有具体的实验操作步骤，而是引导学生自主探究其中的一个影响因素，提示学生在实验中要经历提出问题、建立假设、设计实验方案、收集和解释数据、论证和交流结论的实际过程，并且设置了多个问题供学生在实验完成后交流讨论。教材设计的这些探究活动不仅帮助学生学会科学探究的方法和技能，还可以帮助学生通过动手、动脑的活动理解科学知识是如何建构起来的，从而更深入地理解知识的本质。同时，通过探究活动的问题设计，学生推理、逻辑分析、解释等科学思维能力也在反思中获得了发展。

1.4 关注科学、技术与社会的联系，有利于社会责任的塑造

社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。当前对社会责任的关注源于STS教育。生物学核心素养中的社会责任表现在学生能够了解并遵守科学研究的道德、伦理和规范，理解科学、技术和社会的关系，能够辨证地看待科学、技术的发展对社会的积极意义和消极影响;能够负责任地、主动地运用生物学知识和技能在个人生活和社会事务中做出理性的决策;能够认识并欣赏生物学的价值和贡献，乐于传播生物学知识。社会责任的教育常常通过社会性科学议题、生物科学技术前沿、科学史等多种内容来渗透。美国生物教材中就设置了多个栏目帮助学生理解生物学与真实世界的联系。“生物学发现”栏目主要介绍与社会生活相关的生物学中的重大发现，如关于帕金森病的新的治疗方案;“前沿生物学”栏目主要呈现生物学技术新进展在生活中的应用，如骨密度测量、机械心脏、纳米技术等;“生物与社会”栏目介绍了生物学相关的社会性科学议题，如生物激素的利与弊、谁拥有基因、是否修建水坝等，要求学生通过辩论对这些议题展开讨论。此外，教材中还结合具体的学科内容，在旁栏和章末的专栏中介绍了70多种生物学相关职业，包括生物学教师、保护生物学家、法医昆虫学家等。这些栏目的设计可以帮助学生理解生物学与社会之间的相互作用，建立生物学与日常生活的联系，唤起责任感。栏目中还设置了辩论、科技论文写作等活动，为学生提供了运用生物学知识解决现实问题的机会，从而在解决问题的过程中形成和发展社会责任。

2 对我国教材编写和修订的启示

2.1 注重生物学核心素养的显性化呈现

生物学核心素养是学生通过生物学学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。观念、品格和能力是内隐的，学生很难主动、自觉地去提炼观念、发展能力和提升品格。教材作为学生学习最重要的资源，可以将学科核心素养做显性化的呈现，使学生在发展素养的过程中能有的放矢。美国教材中通过从科学主题到一般概念的概念组织框架来组织课程内容，并且在章节开头和结尾都有专门的栏目去呈现这些概念，更加有利于生命观念的教学。对科学思维的呈现亦是如此，美国教材中探究活动和章节习题中都有专门的批判性思维的模块。我国教材可以通过多种形式的学习活动立体话的呈现科学思维，并对科学思维方法做整体设计，全面发展学生的思维方法、技能和品质。

2.2 设置真实的情境

素养的形成和发展与情境密不可分。美国教材探究活动中的科技论文素材和与STS相关的各种栏目都为学生提供了真实的情境，建立了生物学与现实生活的联系，使学生在解决真实问题的过程还能够建立个人经验和知识有意义的连结，感悟事实中的社会责任。从生物学的学科本质而言，生物学中的因果关系存在多种可能，真实的情境才能反映出生命的复杂性，展示生物學的真实面目，有利于学生分析式思维、整体性思维、辩证逻辑思维和复杂性思维的形成，也有利于他们理解生物学，进而理解科学的本质。

参考文献：

[1] 胡卫平，林崇德.青少年的科学思维能力研究[J].教育研究，2003，（12）：19-23.

[2]赵占良.试论中学生物学的学科本质[J].中学生物教学，2016， （1-2）：4-8.