论生物学科教材分析及知识重构

2020-07-26郑春和刘恩山

生物学通报 2020年9期

关键词：知识结构重构命题

郑春和刘恩山

（1 北京市第四中学北京 100034 2 北京师范大学生命科学学院北京 100875）

教材分析是教师掌握和驾驭教材的重要手段，也是单元教学设计的起始环节，教材分析的力度直接影响课堂教学质量。怎样进行教材分析？

1 教材分析是教学设计的基础

一般认为，教学过程是师生凭借教材展开的互动过程，教师、学生和教材是教学过程的基本要素。现代教学理论认为，课堂是由多种要素构成的教学系统，诸要素相互作用的关系如图1所示。

图1 教学系统组成要素及关系图解

在教学系统的组成要素中，“学生是主体、教师是主导”，打造有效课堂应坚持师生互动、民主平等和教学相长的基本原则。目标（为什么教）、教材（教什么）、教法（怎么教）和评价（教得怎么样），是核心要素。空间、时间和资源则是教学过程与方法实施的保障要素。教学系统诸要素之间的关系错综复杂，单元教学设计以发展学生核心素养为导向，以知识结构为依托，以学生活动为主线，以师生互动作动力，以课堂氛围促评价。因此，只有妥善协调诸要素之间的关系，实现教学过程最优化，才能提高课堂教学质量。

在备课及教学设计过程中，尤其要处理好目标、教材与教法三者的关系。实践表明，教学目标的确定是以单元知识点为依据的。教学过程的设计思路，学生活动程序的编制，教学模式的选择，都是依据目标与任务确定的。因此，在单元教学设计中，教什么制约着为什么教和怎么教，教材分析透彻和知识梳理到位，是教学设计必要的知识基础。

2 知识重构是教材分析的重要任务

学科教材包括：课程标准、教材和教学参考书，以及与教材配套的学生练习册。教材分析的主要任务是：领会课程内容的具体标准，梳理教材单元知识要点，重构单元知识结构。

2.1 课程标准为学习内容分析提出唯一标准“内容聚焦大概念”是高中生物学课程的基本理念之一。它强调必修和选择性必修课程的教学内容聚焦大概念，坚持“少而精”的原则，“精简容量、突出重点、切合年龄特点、明确学习要求［1］”。显然，学习内容分析必须遵循此标准。

此外，课程标准对“生命观念”的诠释，必修和选择性必修课程大概念的内容要求、教学提示和学业要求，也是教师分析教材的指南。

课程标准还指出，“围绕着生物学大概念组织并开展教学活动，能有效地提高教学效益［1］”，为此分析教材应把握课程内容的概念体系。每个概念体系由大概念（一级）、次概念（二级）和专题概念（三级）组成，每个概念层级的数目统计如表1。

表1 课程标准规定的概念层级

分析得知，上述2 个课程内容的大概念及其次概念，都是用命题句式陈述的；近百个专题概念的命题陈述句，皆用行为动词诠释其认知水平。因此，厘清课程内容的概念体系，有助于掌握单元知识结构及地位，突出教学重点，把握知识点之间的内在联系。

2.2 教材是落实课程目标的基本教学资源课程标准指出，教材编写应体现“以立德树人为导向，以核心素养为基准［1］”的基本原则，教材内容的选择、组织和呈现方式应坚持课程内容的具体标准（图2）。因此，教材是编者遵循编写原则对课程内容的再组织、再加工和再创造，是落实课程目标的基本教学资源。按照课程及教材改革的精神，教材不再是师生教学行动的纲领性文件，而是服务师生教学过程的得力工具。为此，教师了解教材编写的基本原则，有助于领会编者思路和教材精髓，熟悉和驾驭教材，充分发挥教材的工具作用。

图2 生物学教材编写原则

不同版本的教材各有特色，但基本结构大致相同（图3）。章节目录是依据课程概念层级拟定的，每节（单元）教学内容围绕某个专题概念展开。教材分析主要指梳理单元知识结构，一方面明确本单元在全章的地位及其承载的发展学生核心素养的侧重点（目标）；另一方面对单元教学内容（任务）做到心中有数，故教材分析亦称之任务分析或学习内容分析。教材中的学生活动体系、教师导学体系和教学评价体系等，也是教学设计不可或缺的资源。

图3 中学生物学教材体系图解

在教材的目标体系中，知识结构是基础组分，学科思想、价值观念和基本技能皆蕴含在知识体系之中。因此，知识结构的完整性、系统性、科学性、时代性和应用性，是衡量一本教材质量和生命力的具体标准。

中学生物学的单元知识结构包括：专题概念（节标题）、知识组分类别、知识要点层次、知识呈现方式等（图4）。教师研读教材的目的在于：梳理知识组分，把握知识点的结构联系，找出重要概念的陈述句，抽出其中的关键术语，重构单元知识要点的层次结构或网络结构，做到游刃有余地驾驭教材。

图4 中学生物学单元知识结构图解

2.3 教学设计重视知识重构的原因

1）研读教材会发现，教材结构逻辑与学生认知逻辑并不一致，备课时通过知识重构能协调二者关系。例如，教材中“减数分裂”单元知识点的次序通常是：概念定义、例证分析、比较区分、实验验证、概念应用。显然，与已知到未知、现象到本质、具体—抽象—再具体等学生认知思维活动不甚协调。备课时若将单元知识点顺序调整为：比较区分、例证分析、实验验证、形成概念、应用概念，二者逻辑关系的不协调性则迎刃而解。

2）课程及教材改革实施“一个标准、多版本教材”的策略，地区或学校对教材使用可有所选择。教师备课时也会阅读多本教材，对单元内容进行比较、选择和重组。例如，“染色体与遗传”单元主要概述染色体学说的提出过程（假设、推理、验证）、基本论点、理论意义。有的教材对萨顿推理方式引起争议，但提供的验证方式及论据，既有经典实验法，又有现代极具直观性的荧光标记法。多数教材对染色体学说基本论点的阐述过于简单，不足以解释染色体与遗传的关系。进行知识重构将利于取长补短、去粗取精，解决教材知识结构的某些缺陷。

3）新教材的基础知识具有弹性和灵活性，学生活动种类多样，辅助教学的文献资料丰富，引领学生拓展思维的空间宽阔。备课时，教师应依据学情分析和校本资源状况，对教材内容加以取舍、拓展和重组。例如，观察“细胞减数分裂”及“DNA 粗提取与检测”等实验，充实了“遗传与进化”模块的实验教学内容，有助于突破教学重点、化解教学难点。但有的学校以实验操作复杂为借口而舍弃。事实上，用牡丹雄蕊做材料，观察减数分裂的实验操作，与观察有丝分裂实验完全一样；以香蕉为材料，学生用30 min 即可圆满完成DNA 粗提取与检测。总之，实验项目的取舍、调整或改进都涉及知识重构问题。

此外，课程标准强调学科知识的基础性，弘扬和渗透中华民族优秀文化、革命传统文化和社会主义现代化建设创新文化，落实科学、技术与社会协调发展的教育。课程改革实践表明，生物学教材建设周期约为10年，其间，每年进行教材内容更新的幅度有限。但是，生物学知识更新迅速，科学技术、社会经济与生态环境的协调发展日新月异，教材内容处于相对滞后状态。备课时，通过知识重构能解决教材内容的滞后性问题。例如，我国是水稻栽培的起源地，育种和栽培技术始终处于世界前列，为世界扩大水稻种植面积和增加单位面积产量作出了重大贡献。尽管新编教材都详述我国水稻的传统育种和现代育种技术，但难以读到“海水稻”与“沙生稻”的育种和栽培技术，以及这些技术成果的深远意义。

4）认知重构理论认为，学习是在一定的社会文化背景下，通过人际间的协作活动而实现的意义构建过程。教师是学生实现意义重构的帮助者和促进者。在教学过程的反馈环节，引领学生构建命题网络，是促进学生认知重构的重要举措。命题网络是重构知识的一种形式，是学生主动参与教学活动，并对知识信息进行思维加工的产物。因此，学生构建命题网络，不仅促进其对知识信息的深入理解、贮存和提取，而且利于发展其信息思维和创新思维能力。

3 结构化是重构知识形式

知识重构是利用纲要法、表格、图示、概念图和思维导图等建模方式，将梳理的单元知识要点加以统整，并构建其层次结构或网络结构的过程。重构的知识结构形式多样，在教学设计与实施过程的作用各有侧重。

3.1 用于教学设计的知识结构框架图教材分析过程梳理的单元知识要点，可用Inspiration 软件绘制思维导图或概念图，展示单元知识的层次结构及网络结构，为制定教学目标、编制教学活动程序、选择教学模式提供依据。例如，“减数分裂”单元知识结构框架图如图5。

图5 “减数分裂”知识结构框架图

教师研读“人类的伴性遗传”单元时会产生疑问：“伴性遗传”这个词汇究竟是概念名称还是描述现象的一般术语？图6的框架图显示，伴性遗传属于概念性知识范畴。这个规律揭示了性连锁基因传递方式及表型效应的特殊性，是对孟德尔法则的拓展。依据这条重构的知识结构链，教学时引领学生体验知识形成的过程，领悟伴性遗传规律论点，纠正教材表述伴性遗传论点的缺陷，可实现教学过程最优化。

图6 “人类的伴性遗传”知识框架

3.2 用于备考复习的知识重构形式单元复习是备考复习的第1 个阶段。单元复习程序包括：内容统整、考点细化、信息拓展、巩固练习等环节，主要是通过对单元知识要点的细化和拓展，帮助学生达到“知其然、知其所以然、举一反三”的复习目标。内容统整就是对单元知识的重构过程。重构知识层次分明、条理清晰，将对考点细化与拓展起到引领作用。例如，“种群”知识结构框架图（图7），呈示其概念内涵、基本特征、数量增长及调节等知识点之间的联系。细化S 增长曲线及参数（K与R），将为解决实践问题打下知识基础。

图7 “种群”知识结构框架图

专题复习亦称之综合应用复习。它围绕某个重要概念、科技项目或实践问题，对相关知识加以综合，用于解释问题或提出问题解决策略。专题复习重在理论联系实际和学以致用，例如，水稻育种技术包括：传统的人工选择育种，经典的杂交选择育种，现代的人工诱变育种、空间诱变育种、多倍体育种和单倍体育种，以及“三系配套”杂交制种等技术。现代育种是多种技术的综合应用，因此，“作物育种技术”专题的知识综合，应以杂交育种为主轴（支撑），突出各种育种技术的关联性，相关技术环节彼此衔接和科学搭配（图8）。

图8 不同育种技术的综合应用图解

3.3 启迪学生思维的板书形式在课堂教学中，师生共同创建的板书也是知识重构的形式。板书构建以某个单元知识点为依据，且根据知识性质选用不同的构建方法，例如，纲要法、表格归纳、结构或过程图注和命题网络等。所以，一个单元的板书系列展示出一个完整的专题概念内涵，不仅有利于学生习得系统知识，启迪学生思维活动，而且促使学生学会学习和思维的方法。例如，初中生物学阐述光合作用概念和意义，高中生物学主要阐述光合作用的过程及实质，其知识要点如图9。

图9 “光合作用”知识结构框架图

显然，图9的框架图是不适合板书的。教学中，有关“叶绿体”知识的系列板书包括：叶绿体结构简图注释、光合色素提取与分离实验流程图、色素种类及其色泽与吸收光谱的比较表格等。光合作用过程及实质是教学重点，通常结合过程图解完成，让学生复读教材并填写光反应与碳反应的比较表格（表2）。

表2 光反应与碳反应的比较

光合作用的影响因素是原理应用的中介，也是高考命题的高频考点。教学时，启发学生解析相关曲线图的意义，并将其转换为命题陈述句，再归纳成板书提纲。光合速率和光能利用率是表述光合原理的术语，教学时应鼓励学生恰当地选用某个术语组成命题陈述句，对种植过密减产、种植过稀低产等具体问题作出科学解释。

在“光合作用”教学反馈环节，鼓励学生构建命题网络，对其认知重构将起到促进作用。例如，光合作用命题网络（图10），一方面展示学生对3 类知识组分及内在联系的理解水平，另一方面展示学生对知识进行思维加工经历的具体—抽象—再具体的过程。值得注意的，命题网络是学生基于对知识的理解而独立构建的，命题网络格式没有统一要求，学生构建的命题网络可进行组内交流或屏幕展示，但不作为学业评价的依据。当学生自愿修正自己构建的命题网络时，应给予鼓励和帮助。