高中《生物學》不同版本教材必修模塊實驗活動分析與教學啟示

1、PAGE 8 -高中生物學不同版本教材必修模塊實驗活動分析與教學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版高中生物學必修教材在實驗活動編排、實驗活動探究層次和評價方向進行了分析和比較，并提出了新教材實驗教學的啟示，為一線教師提供參考。關(guān)鍵詞雙新背景高中生物教材實驗活動教材比較中圖分類號G633.91文獻標志碼B普通高中生物學課程標準（2022年版2022年修訂）（以下簡稱課程標準）提出了新時代高中生物學教學改革的方向是發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)。教材編寫是在課程標準基礎(chǔ)上的一次再創(chuàng)造，圍繞一本課標，全國共出版6版各具特色的教材，為教師的教和學生的學提供了重要載體。筆者對比了人民教

2、育出版社（簡稱“人教版”）、北京師范大學出版社（簡稱“北師大版”）、上海科學技術(shù)出版社（簡稱“滬科版”，主要在上海市使用）、上?？萍冀逃霭嫔纾ê喎Q“滬教版”，主要在山東省使用）、浙江科學技術(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驗活動，提出實驗活動的教學啟示，為新課程、新教材（簡稱“雙新”）實施過程中的實驗教學提供參考。16版高中生物學必修教材實驗活動編排比較課程標準在必修板塊的“教學提示”環(huán)節(jié)中共提出了19個活動建議，不同教材對其進行了分解或合并，但均包括了課程標準中“教學提示”建議的實驗活動。在實驗數(shù)量（定量實驗數(shù)）、實驗活動欄目名稱、實驗編排

3、結(jié)構(gòu)、拓展實驗（“教學提示”建議外的實驗）等方面各有所長、特色鮮明，見表1。從實驗數(shù)量（定量實驗數(shù)）可以看出，6版教材必修部分實驗總數(shù)在1720之間，相差不大，定量實驗滬科版最多，達到8個，其次是北師大和滬教版。從實驗活動欄目名稱可以看出，北師大版、滬科版和滬教版實驗欄目較為聚焦，明確了實驗活動的性質(zhì)，如觀察、實驗、建模、調(diào)查。實驗編排結(jié)構(gòu)多體現(xiàn)了實驗目標、器具材料、實驗步驟和討論分析等科學探究過程。人教版和滬科版教材在部分實驗后設(shè)置了進一步探究的環(huán)節(jié)，拓展學生的思維廣度和寬度。例如，滬科版在“觀察葉綠體和細胞質(zhì)流動”實驗后設(shè)計了“丙二酸鈉可抑制細胞能量的產(chǎn)生，分別用物質(zhì)量濃度1mol/L丙二

4、酸鈉溶液和冰水引流，觀察到怎樣的現(xiàn)象”的實驗。除了課程標準中“教學提示”建議的實驗外，6版教材或多或少都設(shè)計了拓展實驗，如北師大版設(shè)計了“制作姜汁撞奶”“注射器釀酒”等，蘇教版設(shè)計了“利用尿蛋白試紙檢測尿液是否含有蛋白質(zhì)”等。26版高中生物學必修教材實驗活動探究性比較課程標準中科學探究核心素養(yǎng)是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流與討論的能力。實驗活動是培養(yǎng)學生科學探究素養(yǎng)的重要路徑，實驗活動設(shè)計的探究層次至關(guān)重要。筆者借鑒Herron修正的“實驗活動探究層次”，對6版高中生物學教材實驗活動的探究層次進行定量分析，結(jié)果見表2

5、。6版教材實驗活動的探究層次多位于水平1，呈現(xiàn)給學生研究的問題和步驟，學生只需按照步驟整理記錄實驗現(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)計了6個和5個實驗，滬科版和蘇教版都設(shè)計了4個，主要集中在模型建構(gòu)類實驗和“探究不同環(huán)境因素對光合作用的影響”上，均隱去了具體的實驗操作，通過資料參考或引導式思考，如分析自變量、因變量、無關(guān)變量、實驗設(shè)計原則等，由學生小組自行設(shè)計實驗方案。蘇教版在“探究酵母菌的呼吸方式”上進行了大膽突破，設(shè)計了層次3的探究實驗，通過圖片提供了一位學生設(shè)計的探究酵母菌呼吸方式的實驗裝置，要求小組在分析該學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

6、問題，裝置、材料等方面都可能存在差異，更具有開放性。36版高中生物學必修教材實驗活動評價方向比較6版高中生物學必修教材實驗評價試題均通過“分析與討論”等類似的方式進行?，F(xiàn)以課程標準中“教學提示”建議的“影響酶活性的因素”實驗為例，分析6版教材的評價方向和評價要點。運用科學思維和科學探究是科學的本質(zhì)屬性之一，6版教材的實驗評價均聚焦科學探究和科學思維素養(yǎng)的評價，見表3。多是評價學生對實驗結(jié)果的分析，聚焦科學探究水平二的評價;也有要求學生設(shè)計實驗方案，如滬科版要求學生設(shè)計探究pH對酶活性影響的實驗方案，聚焦科學探究水平三的評價。對科學思維的評價主要是在給定情境中，要求學生運用生物學原理展開探討解釋

7、或判斷，如人教版在探究活動后，請學生探討在酶制品的儲藏、運輸和使用過程中，應該注意的問題，并做出解釋，聚焦科學思維水平三。也有要求學生以特定生物學事實為基礎(chǔ)解釋相應的生命現(xiàn)象，如人教版要求學生嘗試應用酶的化學本質(zhì)知識，解釋本組結(jié)論，聚焦科學思維水平二?？v觀所有實驗活動的“分析與討論”環(huán)節(jié)，還涉及了討論實驗現(xiàn)象的意義、判斷替換材料的可行性、在新的變化情境下，應用規(guī)律或原理，解決實際生活問題或提出可行方案建議等不同層次的評價方式，助推學生通過實驗活動發(fā)展科學思維和科學探究能力。46版高中生物學教材實驗活動比較后的啟示4.1開發(fā)定量實驗，彰顯學科特質(zhì)人類認知從定性到定量，反映的是從現(xiàn)象到本質(zhì)的規(guī)律，

8、是科學發(fā)展的必然。定量研究側(cè)重數(shù)量化的統(tǒng)計分析。相比定性實驗，它作為一種演繹的、尋求預測和解釋性的研究，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)壁分離實驗中增加“數(shù)據(jù)處理”環(huán)節(jié)，通過繪制描述坐標曲線，在表述實驗結(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，教師在實驗教學中要加強定量實驗的研究，引導學生主動進行實驗探究，收集實驗數(shù)據(jù)，分析實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論等。定量實驗不僅可以提升學生科學探究的嚴謹性，也

9、能提高學生的科學思維能力。4.2豐富探究形式，延伸探究主題為增加學生探究活動的積極性，調(diào)動學生的思維活躍度，各教材在科學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驗步驟，學生可以此為啟發(fā)開展有個性的探索;蘇教版教材借助“實驗指導”展示某研究小組的數(shù)據(jù)報告、設(shè)計方案或裝置圖，引導學生分析已有探究活動并提出新的相關(guān)研究問題?？茖W探究實驗教學不能局限于已經(jīng)得出的結(jié)論，學生也會產(chǎn)生新的疑問或探究靈感，教師在教學中，可在探究主題后適度留有學生進一步探索的彈性。例如，人教版教材在“影響酶活性的條件”后引導學生可進一步探究“不同溫度或pH條件下酶的

10、活性差別有多大”，讓學生更接近于“像科學家一樣思考”，形成一條探究鏈。實驗活動的情境化設(shè)計也是豐富探究形式的重要方式，教師在實驗教學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，豐富實驗活動的趣味性。北師大版真核細胞亞顯微結(jié)構(gòu)模型制作后，以制作“胰腺細胞分泌消化酶”模型，需要重點呈現(xiàn)哪些細胞結(jié)構(gòu)為情境，幫助學生通過建模加深結(jié)構(gòu)與功能相適應的生命觀念。4.3關(guān)注探究本質(zhì)，實施多元評價科學探究有助于學生理解科學知識的發(fā)展過程，有助于學生認

11、同人類研究解釋世界的方法，讓學生更好地理解科學知識。教材實驗活動的設(shè)置融入了多元評價的思想，通過學生自評、生生互評、師生互動綜合評定實現(xiàn)評價主體的多元化，如浙科版在“探究酵母菌的呼吸方式”設(shè)計探究活動方案環(huán)節(jié)，指出“小組在充分討論并與教師交流獲得認可后開展實驗”。評價內(nèi)容關(guān)注對學生科學思維和科學探究能力的促進和提升。例如，人教版在學生制作了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)后，進一步請學生在此基礎(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”，評價其歸納與概括能力;請學生“根據(jù)DNA的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)想DNA的復制方式”，評價其創(chuàng)造性思維能力。多樣化的評價方式增加了教材實驗活動的豐富性。除實驗

12、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，以評價學生的團隊合作能力。例如，滬教版建議學生以小組為單位，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，計算發(fā)病率，并走訪專家或醫(yī)生，探討發(fā)病機制和預防措施。4.4聯(lián)系社會生活情境，實驗分析生活化生物學學科核心素養(yǎng)是學生解決真實情境問題所需的關(guān)鍵能力、必備品格和價值觀念。因此，在實驗教學中，在關(guān)注實驗過程、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)學生基于證據(jù)與事實參與社會議題的討論，或提供參考建議，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，激發(fā)學生學習的參與感。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)的燈具可達到節(jié)能高效的目的”，引導學生關(guān)注生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益;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版高中生物學教材在實驗活動整體設(shè)計上各有所長，為教師和學生提供了寶貴的參考學習資源。本研究重點對6版教材實驗活動的探究層次和“分析討論”欄目中的科學思維水平進行比較分析。筆者建議教材編寫者適當關(guān)注實驗活動“分析討論”中問題呈現(xiàn)的思維發(fā)展層次，