学科核心素养下高中生物学两版教材的HPS材料对比分析——以《必修2·遗传与进化》为例

熊 敏 王重力 韩 宁

（云南师范大学生命科学学院 云南昆明 650500）

随着新课改的大力推行，在《中国学生发展核心素养》中提出了人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当和实践创新的六大核心素养。生物学科针对本学科的现实要求制定了学科核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，要求教师对学生的培养应从知识、能力、情感态度价值观的三维目标转向学科核心素养。

基于学科核心素养下学生的培养，教师在教学中理应从多方面入手，将学科核心素养落实到具体的教学过程。其中，教科书的HPS材料在学科核心素养的多个维度均有体现，关系到如何改进学生对科学本质的理解，培养其科学精神，提高其科学素养，是教师应切实利用好的资源。在高中生物教科书《遗传与进化》中，生命科学史贯穿其中，具有十分丰富的HPS材料。2019年国家教材委员会审核通过的普通高中教科书《必修2·遗传与进化》（以下简称“新教材”），在继承和延续2004年普通高中课程标准实验教科书《必修2·遗传与进化》（以下简称“实验版教材”）的基础上，调整部分章节，完善知识内容表述，大力落实课程标准要求，发展学生学科核心素养。

1 HPS界定

HPS原本是“科学史和科学哲学”的英文缩写，但近年来部分科学教育专家将科学社会学也纳入其中，于是HPS成为“科学史、科学哲学和科学社会学”（His⁃tory，Philosophy and Sociology of Science）的缩写词。

科学史涉及自然学科和社会学科，是科学发展的历史即人类对自然的认识发展史，包括“内部史”和“外部史”。“内部史”分析自然科学理论的发展过程，“外部史”着重于研究科学理论的产生背景和社会渊源。HPS中的科学史教育不仅包括“内部史”，还包括“外部史”。学生通过HPS教育中科学史的学习，在了解科学史实的基础上，充分体会科学家对科学理论的探索研究历程，领会其中包含的科学探究方法、科学思维方式和科学理念等。

科学哲学是哲学与科学研究探索的相互交融，指以科学为研究对象进行分析的哲学学科，从哲学的角度研究科学基础、方法和意义。科学哲学历史悠久，最早可追溯到亚里士多德的归纳-演绎法。科学在发展过程中，得益于科学哲学家以哲学的角度思考科学问题、科学本质观、科学方法论等，从而不断促进科学向前发展。教师在运用HPS材料的教学过程中，应渗透科学哲学的理念，点明科学哲学的内涵，锻炼学生用辩证的眼光看待科学问题，辨别伪科学，培养自然学科和社会学科融会贯通的意识。

科学社会学既是社会学的一个分支学科，又是科学的分支学科。广义的科学社会学是指科学与社会的联系，包括经济、文化、教育等与科学之间的关系；狭义的科学社会学指用社会的方法对科学进行研究。HPS中的科学社会学是广义概念，指研究科学与社会中各个因素之间的关系。社会责任这一核心素养与科学社会学联系密切，学生通过对HPS中科学社会学的深刻领会，了解科学理论产生的社会环境，科学家为了坚持正确理论所做出的努力，从而学习运用科学知识对社会争论问题作出正确判断和理性思考，培养承担社会责任的意识。

2 两版教材中HPS材料差异分析

《遗传与进化》一书以科学史为主线，从微观到宏观，从孟德尔遗传因子的发现到生物的进化，沿着发现基因的历程层层递进，对遗传和进化的知识进行详细剖析。对比两版教材中的HPS材料发现，整体变动不大，但新教材对部分HPS材料的章节、内容做出些许改动，具体详见表1。以下将对两版教材中HPS材料的差异做简要阐述。

表1 两版教材中HPS材料差异对比

2.1 科学家访谈

新教材的科学家访谈栏目将访谈对象更改为“杂交水稻之父”袁隆平院士，访谈内容包括杂交水稻的优势、选择原因、“野败”等方面，新教材中删减的杂交育种与诱变育种这一内容实则是放到访谈栏目中进行了简单介绍。袁隆平院士的访谈主要是针对杂交水稻研究历程中的遗传和进化方面进行交流，而实验版教材中杨焕明教授的访谈主要是针对“人类基因组计划”测序和水稻基因测序，偏向基因技术内容。

2.2 孟德尔豌豆杂交实验

在孟德尔豌豆杂交实验中，新教材将豌豆“种皮颜色”这一相对性状改为“花的颜色”。尽管两组的性状不同，但对应的数据相同，属于同一个实验的实验结果。同时有研究表明，种皮颜色和花的颜色由同一对基因控制。新教材补充了孟德尔遗传规律的应用，介绍了分离定律和自由组合定律在杂交育种和医学实践方面的重要意义。

2.3 道尔顿人类红绿色盲症的发现

道尔顿发现红绿色盲症并撰写论文，成为了世界上第一个发现红绿色盲症的人。在实验版教材中，用道尔顿在圣诞节送妈妈袜子从而发现色觉不同的小故事来引出红绿色盲症；新教材中，道尔顿在观察花时，发现白天夜晚花色不同，进而发现色觉有异。道尔顿买袜子的故事出现在别人为其所写的传记中，在道尔顿自己撰写的有关色盲的论文中并未出现。在《有关色觉的离奇事实——附观察记录》一文中，道尔顿提到在观察马蹄纹天竺葵的花朵时，发现花色在白天和烛光下的颜色不同，进而以自己为研究对象，开始了对色觉问题的研究并写出人类第一篇研究色盲问题的论文。由此可见，新教材在旧教材的基础上，更加注重科学史实，更正了存在争议的科学史，使HPS材料更加严谨完善。

2.4 格里菲思、艾弗里的肺炎链球菌转化实验

新教材将实验版教材中使用的“肺炎双球菌”改为“肺炎链球菌”，肺炎双球菌和肺炎链球菌其实是同一种细菌，由于该细菌在显微镜下呈链状且成对存在，所以又称为“肺炎双球菌”。在艾弗里证明DNA是遗传物质的实验中，由于当时的实验技术有限，无法完全分离出DNA、RNA、蛋白质等物质，新教材将实验中加入的“S型菌的蛋白质、荚膜多糖、DNA”改为了“除去绝大部分糖类、蛋白质和脂质的细胞提取物”。此外，新教材补充艾弗里等人对比DNA和细胞提取物的理化特性的内容，使实验结论更具说服力。新教材对实验过程的叙述周密，符合当时科学实验技术的实际情况，契合科学史实。

2.5 梅塞尔森、斯塔尔的DNA半保留复制的实验证据

新教材将这则HPS材料设为必学内容，提高了实验证据的重要性。实验过程以“思考·讨论”的形式出现，设置了需要学生运用演绎推理预测实验预期的环节。对比实验版教材直接呈现实验结果，探究式实验过程有助于培养学生的科学思维，这与核心素养的要求相吻合。

2.6 克里克提出中心法则

实验版教材的中心法则图解有一定的局限性，新教材补充了以RNA为遗传物质的生物遗传信息的传递，RNA自我复制（不具有逆转录能力的RNA病毒，如流感病毒）和RNA逆转录到DNA（具有逆转录能力的RNA病毒，如艾滋病病毒）的过程，并将中心法则整体移到遗传信息的转录和翻译之后，衔接基因指导蛋白质的合成这一完整过程，使该知识点更加完善。

2.7 尼伦伯格、马太对遗传密码的破译

新教材将这部分内容由正文“选学”改为“生物科学史话”栏目，以科学故事的形式呈现，相比实验版教材选学章节的形式，侧重于科学史的记述，精简内容，学生可自主阅读了解，提升科学文化素养。

2.8 基因工程的应用

新教材删去“基因工程及其应用”这一章节，将“基因工程的应用”设置在“科学·技术·社会”栏目，意味着对学生掌握该内容程度的要求降低，简单了解即可。对于高中生而言，基因工程的原理较为抽象和微观，不易理解，需深入学习；而基因工程的应用与社会发展联系紧密，学生应充分认识到其重要性，培养社会责任意识。

2.9 生物进化的证据

新教材中补充了第六章第一节“生物有共同祖先的证据”，介绍了达尔文的《物种起源》和生物进化论，从化石、比较解剖学、胚胎学、细胞和分子水平四个方面的证据论证生物有共同祖先这一观点。相比实验版教材直接从现代生物进化理论提出生物进化的观点，新教材的内容设置方式按层次递进，列举证据，得出结论，注重科学探究过程。

2.10 拉马克的进化学说和达尔文的自然选择学说

新教材将拉马克的进化学说和达尔文的自然选择学说置于第六章第二节“自然选择与适应的形成”中“适应是自然选择的结果”这一标题下，两位科学家的学说本就具有千丝万缕的联系，用进废退和获得性遗传应作为达尔文自然选择学说的重要补充。新教材的改动使适应是自然选择的结果这一内容更具连贯性，鼓励学生以批判的眼光看待观点，培养科学思维。

2.11 协同进化和共同进化

新教材中用“协同进化”替换了“共同进化”，二者都译为“coevolution”。共同进化多用于相互合作的生物，在合作中共同进化；协同进化多用于相互竞争或捕食的生物，适应生存环境才能不断进化。就新教材中本节知识点而言，协同进化的说法更为准确。

3 HPS材料体现的核心素养维度

《遗传与进化》一书中蕴含众多的HPS材料，许多章节几乎全篇都是科学史的内容。新教材在实验版教材基础上，丰富了HPS材料的内容，增加了其严谨性和科学性。本书中一共有18则HPS材料，其中4个核心素养皆有体现的有4则，体现3个核心素养的有11则，体现2个核心素养的有2则，且仅有2则材料只体现了一个核心素养。HPS材料体现的核心素养维度详见表2。

表2 新教材《必修2·遗传与进化》中HPS材料的核心素养维度分析

由此可见，HPS材料的教育价值极大，教师在教学中应充分利用HPS材料，挖掘其中蕴含的学科核心素养。教师应在教学设计环节精心设计教学活动，争取在教学过程中不仅仅只是简单介绍相关的科学史、科学哲学和科学社会学，而是能够带领学生重温科学家们的探究历程，体会科学本质，体验创立科学理论知识需要排除万难的艰辛。学生通过对HPS材料的深入学习，能逐步培养自身的学科核心素养，从而发挥HPS材料的重要教育意义。