美国高中生物学教材中科学史的特点分析

杨珍珍 郑晓蕙

(华东师范大学教师教育学院 上海 200062)

生物科学史是人类长期以来在历史活动中形成的一切关于生物科学知识生产和发展过程的描述[1]。培养学生生物学核心素养是新一轮生物学课程改革实施的核心任务，生物科学史蕴含的科学思想、科学方法和科学精神有利于培养学生生命观念、科学思维、科学探究和社会责任[2]。本文通过对2016年麦格劳·希尔教育集团出版的美国高中生物学教材(Glencoe Biology)[3](以下简称美版教材)中科学史呈现方式和内容的分析，期许为我国高中生物学教材的编写者和一线教师提供参考。

1 灵活的呈现方式，吸引学生眼球

1.1 栏目多样，内容全面实用 美版教材中呈现科学史的栏目形式丰富，全面展现丰富多样的科学史。除了传统的正文中穿插科学史的方式以外，美版教材还设有多种栏目呈现科学史，包括“聚焦生物学史”(connection to history)、“生物发现”(biodiscoveries)、“联系实际”(in the field)、“生物实验室”(biolab)、“生物与社会”(biology & society)、“生物前沿”(cuting-edge biology)、“与多学科结合”(connection to math/heal/chemstry/earth science)等栏目。

1.2 插图丰富，内容真实有趣 美版教材对科学史的呈现注重视觉效果，插图色彩鲜艳，搭配协调，采用高品质硬纸印刷，插图内容贴近生活，真实有趣。美版教材插图尺寸比较大，平均占页面的六分之一，如“时间轴”图片可占到页面的三分之一，并且插图内容清晰可见，提供学生舒适的阅读体验。同时，科学史采用了多种类型的图片，包括“时间轴”、科学家肖像图、科学成果、实验画面、实验装置、过程图解、数据图表等。多种类型图片的呈现，增加了科学史的趣味性，扩展了科学史丰富的内涵。其中，以“时间轴”(图1)独特的方式呈现科学史，是我国教材中所没有的。“时间轴”是以图片和简短的描述组成，每个单元(unit)都含有一个“时间轴”，图中所示的“时间轴”展示细胞学史上重大的生物科学发现，这种方式可以清晰地展示生物科学发展脉络，有利于学生知识框架的建构。另外，插图内容与学生日常生活紧密联系并与科学史相呼应，如考古团队挖掘化石的现场图，展现了真实的场景，为学生提供多彩和感切的科学史材料。

图1 美版教材中的“时间轴”

1.3 设置习题，激发学生潜力 美版教材在习题中融入大量科学史，这种方式相当于为学生创设学习情境，让学生了解或“经历”科学家在探究历程中遇到的困难，通过对问题的解决，加深学生对科学史内容的把握。例如，“遗传物质”小节后的习题：“如何评价赫尔希和蔡斯在他们实验中使用放射性磷和硫元素？他们是否能用碳和氧元素代替？为什么？”学生通过对这道题的解答可以更加深入掌握噬菌体侵染实验中两位科学家所使用放射性标记技术的原理。再如“有性生殖和遗传”章后检测中的写作题：“想象你是孟德尔，并以日记形式记录下你取得重大突破的一天，描述你的成就和下一步计划”。学生通过完成这个任务，“经历”了孟德尔进行科学探索的一天，仿佛自身也处在探究过程，巩固了获得的新知。另外，美版教材中有个独特的习题板块“基于文献的问题”(document-based questions)： 以这个章节中具代表性科学家发表的原始文献作为阅读资料，并以此设计问题(图2)，通过这类问题的回答，促进学生对生物科学史上重要实验的理解。

图2 美版教材中的“基于文献的问题”板块

2 独到的内容设计，培养科学素养

2.1 多学科结合，打破学科界限 美版教材中科学史强调与数学、物理、化学等多个学科的结合，打破学科之间的界限，完整地展现自然科学事业的发展。上文提到的“与多学科结合”的栏目，如“生命起源”章节的“连接化学”栏目(connection to chemistry)中的米勒模拟实验： 模拟在地球早期大气产生有机物质的过程；“分子遗传学”章节中“连接数学”(connection to math)栏目中密码子的发现： 运用数学中排列组合的方法计算氨基酸与密码子的对应数量。另外，除了栏目之外，教材中多处科学史与多学科结合： 如沃森和克里克在富兰克林x射线衍射图的基础上，结合化学和物理知识，发现了DNA的双螺旋结构；如教材呈现细胞学说建立过程的同时介绍了显微镜技术的发展，强调细胞学说的发展离不开物理学对显微镜研究的发展……与多科学结合的生物科学史，让学生理解生物不是一门独立发展的学科，而是与其他学科关联发展，相互促进。

2.2 问题穿插，引发学生思考 美版教材中正文或侧栏中穿插数量不定的针对科学史的问题，引发学生思考，充分调动学生学习科学史的积极性。有些问题是让学生重新描述科学史重点内容，如“解释艾弗里是如何发现转化因子的？”，通过思考和回答这一问题，学生能够掌握艾弗里转化实验的中所运用的科学研究方法。有些问题是让学生回答科学史相关内容的疑问，如“分子遗传学”章节中介绍了格里菲思的转化实验过程之后，随之在侧栏中提出问题：“为什么格里菲思推断有部分S型菌是由R型菌转化而来的？”通过这个问题，激发学生对“转化现象”的思考。科学史与问题相结合，使学生阅读科学史更具目的性，更容易掌握科学史的重点内容。

2.3 选材巧妙，体现科学本质 美版教材中科学史注重对科学本质的体现，特别是科学知识的暂时性、科学探究的质疑性。科学知识的暂时性，即科学知识可能随着科学研究的深入而改变，教材中科学史强调科学的暂时性，如生物分类系统一开始采用五界系统，直到古细菌被发现，才采用六界分类系统；科学家原来认为眼镜猴属于狐猴，直到新的证据被发现才将其归入类人猿的范畴。对科学暂时性的充分体现，有利于学生理解科学过程是不断修正、不断发展的。敢于质疑，是科学探究的动机及延续的动力，教材中科学史同时强调对科学探究质疑性的体现，如巴斯德敢于质疑自然发生学说，并设置曲颈瓶实验验证这一学说的错误性；达尔文质疑神创论，并通过多年的探索提出了进化论学说。科学史对科学探究质疑性的体现，有利于培养学生的批判性思维，从而提高学生的科学精神。通过对科学史中蕴含的科学本质的学习，学生能够深入了解生物学科知识产生的特点、掌握生物学概念以及把握自然学科的特点。

(基金项目：上海市基础教育课程教材改革项目“立德树人人文社科生命科学基地建设”，No.14800-412221-16051；*通信作者)