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        3個版本初中生物學教材探究實驗的比較研究*

        2020-04-15 09:36:22龔玉蓮胡繼飛
        生物學通報 2020年5期
        關(guān)鍵詞:探究性生物學課程標準

        謝 婕 李 慧 龔玉蓮 胡繼飛**

        (1 廣東第二師范學院生物與食品工程學院 廣東廣州 510303 2 廣東省化州市第二中學 廣東化州 525100)

        生物學探究實驗,是生物學科的重要學習內(nèi)容及學習方式,能讓學生在科學探究中,進行理性思維,形成生命觀念,逐漸承擔起社會責任。比較研究是教育研究的重要方法,教材的比較研究也是教育研究的一個重要課題。每個版本的教材都有其獨到的一面,研究不同版本教材間的異同,將多版本相互比較,能起到互相借鑒、取長補短的作用。

        從中國知網(wǎng)2010—2018年的文獻分析,對于初中生物學教材實驗部分的比較研究,主要分為中、外教材的比較分析和國內(nèi)教材的比較分析。中、外教材的比較分析主要闡述了國內(nèi)、外生物學教材實驗部分的優(yōu)點和特色,例如沈步芳[1](2018)在《中美初中生物學教材中探究性實驗的比較研究》中,結(jié)合中國實際與美國教材各自的實驗設(shè)計的優(yōu)點,分析中國X 版義務(wù)教育《生物學》教材與美國《科學探索者》教材中的探究性實驗,提出了改進中國教材的探究性實驗的不足之處的建議;梁盼[2](2017)則在《中美初中生物教材實驗部分的比較研究》分析了2 套教材中實驗部分,說明了它們各自的特色,相互借鑒。而國內(nèi)教材的比較分析,主要是相同版本的新、舊教材對比及不同版本教材整體或某一專題內(nèi)容的比較。例如趙?。?](2016)比較分析了3 個版本(X 版、Y 版、Z 版)實驗部分的實驗內(nèi)容特點和實驗設(shè)計2 個方面,給編者和教師提出一些實驗選材、實驗設(shè)計等建議。

        目前國內(nèi)、外初中生物學教材的研究中,對生物學實驗進行的比較不多,其中對于具體實驗內(nèi)容的對比研究更少。2012 版初中生物學教材已經(jīng)修訂了較多的版本,本研究選取了使用范圍較廣、具有一定代表性《義務(wù)教育教科書·生物學》3 個版本,以下分別稱為X 版,Y 版和Z 版。本研究采用抓鬮的方法,在 《義務(wù)教育生物學課程標準(2011年版)》[4]所提出的十大主題的科學探究的實例中,隨機抽取“探究影響鼠婦分布的環(huán)境因素”“探究螞蟻的行為”“探究酒精對水蚤心率的影響”(以下簡稱實驗①、實驗②、實驗③)3 個實驗內(nèi)容進行比較研究,以這3 個探究實驗為代表,找出各個版本的共同特征及各自特色,為教學活動提出一些參考。

        1 實驗設(shè)計的比較

        1.1 實驗選材 對比分析3 個實驗的實驗選材(表1),3 個版本的教材均符合課程標準的要求,此外,X 版和Z 版還在此基礎(chǔ)上提供了其他實驗選材。實驗選材的豐富性,有利于開闊學生的眼界和知識面,從而讓學生學會站在不同角度看問題,運用不同的方法處理問題,進而培養(yǎng)學生的辯證性思維。當然,選材需要合理并且貼近生活、取材容易。X 版在實驗①中所提供的另外2 種材料黃粉蟲、金魚和實驗③中提供的煙草浸出液及Z 版在“進一步實驗”中提出的相關(guān)材料均符合要求,這樣不僅能方便不同地區(qū)的學生選用從而激發(fā)其積極性,而且可為教師實驗準備提供多種渠道。

        表1 3 種教材中3 個實驗的實驗選材比較

        1.2 實驗編排結(jié)構(gòu) 對比分析3 個實驗的實驗編排結(jié)構(gòu)(表2),課程標準的實例設(shè)計課時為教師實施教學時基本確定教學時間,即1 課時,實驗目的、器材和方法步驟均有提供相關(guān)指導,其中方法步驟包含了探究活動所涉及科學探究能力的6個方面。X 版和Z 版的具體步驟設(shè)計比較細致,注重具體步驟的描述,對于探究活動所涉及科學探究能力的6 個方面均用小標題進行細分,較好地融合了課程標準實例的內(nèi)容。且X 版還另設(shè)一個欄目“科學方法”對該實驗所需要的對照實驗進行說明。此外,這2 個版本還增加了導入部分,且X版的文字敘述比較具體。相比之下,Y 版的實驗步驟是用指導的方式,具體步驟較為簡單,學生實驗難度增加,為了彌補這一點,Y 版增加了“建議考慮”的內(nèi)容,指導學生探究。

        表2 3 種教材中3 個實驗的實驗編排結(jié)構(gòu)比較

        總體來說,3 個版本的實驗編排各有特色,其中X 版和Y 版各自在探究實驗中編排結(jié)構(gòu)基本相似,而Z 版的探究實驗編排各不相同,例如,實驗②增加的“目的要求”,實驗③的“提示”和“進一步實驗”的小標題與另外2 個實驗有所不同。

        1.3 文本呈現(xiàn)形式 教材中的文本呈現(xiàn)形式一般由實物圖、示意圖和表格組成。對比分析3 個實驗的文本呈現(xiàn)形式,3 種教材探究實驗的文本呈現(xiàn)形式主要以實物圖為主,其中X 版的文本呈現(xiàn)方式比較豐富,其3 個實驗文本呈現(xiàn)方式均有涉及,圖片數(shù)量較多。Y 版的圖片數(shù)量較多,但Y版在3 個實驗中均無設(shè)計表格。而Z 版實驗文本呈現(xiàn)形式相比二者稍少,且在3 個實驗中均無示意圖。

        2 實驗所需的探究思維水平的比較

        科學探究活動中的思維水平的研究,可轉(zhuǎn)變?yōu)閷υ搯栴}情境或問題組的水平的研究,教材中探究活動的問題可分為提示性問題、漸進性問題和開放性問題。

        對實驗所需的探究思維水平進行比較,結(jié)果見表3。3 個版本教材在探究實驗活動中有3 類問題均有設(shè)計,在3 種問題中的比重不一樣,均側(cè)重于開放性問題,重視問題情境的設(shè)計,重視學生的思考過程,意在引導學生進行探究活動,順利完成實驗。X 版問題總數(shù)偏多,而Y 版問題總數(shù)偏少。

        提示性問題,能引導學生確定自己的探究方向,最為符合學生的“最近發(fā)展區(qū)”。3 個版本提示性問題數(shù)量比較:X 版>Z 版>Y 版。

        漸進性問題,能引導學生逐步解決探究活動中所出現(xiàn)的問題,最終完成整個實驗的探究活動。在此過程中,學生可鍛煉思維,對一個完整的探究活動方法體系進行一定的了解。此類問題操作性強且成效好,是探究活動所必需的問題。但其在3 個版本的本實驗問題設(shè)計中的比重較小。3 個版本漸進性問題數(shù)量比較:X 版>Z 版>Y 版。

        開放性問題,不僅能最大程度地激發(fā)學生的學習熱情,而且能使學生親身體驗獨立思考的過程,獲取只可意會不可言傳的寶貴經(jīng)驗。3 個版本在此問題的比重相差不大,但就數(shù)量來說,Y 版設(shè)計的問題較少。3 個版本開放性問題數(shù)量比較:X版>Z 版>Y 版。

        使用SPSS 軟件對實驗所需的探究思維水平進行分析,結(jié)果顯示3 個版本探究實驗的探究思維水平差異顯著(P=0.005<0.05)。故實驗所需探究性思維水平比較,X 版優(yōu)于Z 版并優(yōu)于Y 版,且差異顯著。

        表3 -1 3 種教材中3 個實驗的探究思維水平問題統(tǒng)計

        表3 -2 ANOVA 分析表

        表3 -3 多重比較

        3 實驗的科學探究開放水平的比較

        根據(jù)畢華林[5]的五級開發(fā)水平劃分方式,將科學探究活動劃分為:提出問題、形成假設(shè)、制定方案、收集證據(jù)和得出結(jié)論5 個環(huán)節(jié),同時根據(jù)各個環(huán)節(jié)由教材提供具體明確的指導或是由學生設(shè)計實施,將科學探究活動分為5 個水平層次。根據(jù)此劃分方式將3 個版本教材的3 個實驗內(nèi)容進行分類。

        由表4可知,3 個探究實驗按照其在教材出現(xiàn)的順序,開放性水平循序漸進,符合學生的認知規(guī)律。其中,X 版教材的探究開放水平較低,Y 版和Z 版的探究開放水平相似。探究性實驗的開放程度,反映了探究性實驗水平的高低,實驗的已知條件知道的越少,實驗的水平也就越高,但對于實驗者本身來說,難度也就越高,越難以順利完成。

        表4 3 種教材中3 個實驗科學研究的五級開放水平比較

        4 落實課程標準科學探究能力的基本要求的比較

        中學生物學課程改革強調(diào)培養(yǎng)學生的生物學科素養(yǎng),學生的科學探究能力成為重中之重。課程標準在發(fā)展科學探究能力的6 個方面均提出了相關(guān)的基本要求。如表5上部分所示,每一項基本要求,均用字母加數(shù)字表示,同一種科學探究能力使用同一字母表示,例如提出問題均用A 表示,其有3 種基本要求時分別為A1、A2、A3,以此類推。通過對3 個實驗內(nèi)容所落實的基本要求分析統(tǒng)計,結(jié)果如表5下部分。3 種教材探究實驗所落實的基本要求各有不同,不同實驗要求不同,但同一實驗要求相差不大。主要以制定計劃、實施計劃及表達和交流這3 個方面的要求為主。使用SPSS 軟件進行分析,3 個版本的探究實驗內(nèi)容中對落實課程標準所規(guī)定的基本要求總體差異不顯著(P>0.05)。

        表5 3 種教材3 個探究實驗落實課程標準科學探究能力所規(guī)定的基本要求比較[4]

        5 內(nèi)容難度的比較

        教材的內(nèi)容難度,即課程內(nèi)容的難易程度,可量化不同版本的教材的內(nèi)容難度,根據(jù)有效且準確的數(shù)據(jù)與課程標準進行比較,為教師提供教材使用建議[6]。教材內(nèi)容難易程度的影響因素,主要有課程的時間、課程的廣度(課程內(nèi)容所涉及的廣泛程度)、課程的深度(反映課程之間的設(shè)計順序、編排和組織的邏輯深度、潛在的思維深度)。課程內(nèi)容難度分析,采用課程難度模型進行量化,公式為N=(α·S/T)+(1-α)G/T[7]。

        其中,課程難度為N;課程深度為S,表示教材中知識的要求程度;課程廣度為G,表示知識點數(shù)量;課程時間為T,表示課程的課時的多少;S/T表示可比深度;G/T 表示可比廣度α,也就是加權(quán)平均數(shù)(代表可比深度與可比廣度的側(cè)重各占一半),而可比深度與可比廣度的加權(quán)平均值就是課程內(nèi)容難度。

        將課程時間采用課時進行量化,課程標準中規(guī)定“探究影響鼠婦分布的環(huán)境因素”實驗內(nèi)容所用課時數(shù)為1,因此T課程標準=1,X 版、Y 版、Z 版教材沒有明確說明課時,因此均取1 課時。課程標準知識點為9 個,X 版、Y 版、Z 版教材知識點分別為5 個、9 個、12 個,即G課程準標=9、GX版=5、GY版=9、GZ版=12。課程標準中規(guī)定的目標要求分別為:了解水平、理解水平、應(yīng)用水平等[4],對此進行賦值:1,2,3……以課程標準要求的目標水平為標準,課程標準實例1 相對應(yīng)的課程深度值分別為:提出問題1;作出假設(shè)3;制定計劃4;實施計劃3;得出結(jié)論3;表達、交流3。計算課標的深度系數(shù)為S課程標準=(1+3+4+3+3+3)÷6=2.83。同理可得X 版、Y 版、Z版教材深度系數(shù)為SX版=3.33,SY版=3,SZ版=4.17。代入公式,得出數(shù)據(jù)見表6。課程難度的平均值:Z版>X 版>Y 版;使用SPSS 軟件分析,結(jié)果顯示,3個版本教材之間難度差異不顯著,與課程標準實例比較難度差異也不顯著(P>0.05)。說明不同版本的不同探究實驗內(nèi)容難度稍有不同,但總體上3 個版本的教材均有注意與課程標準保持相似的難度。

        表6 3 種教材3 個實驗內(nèi)容難度比較

        6 結(jié)論與建議

        6.1 結(jié)論 本研究通過對X 版、Y 版和Z 版3個版本生物學教材的3 個探究實驗內(nèi)容進行比較分析,小結(jié)3 個版本生物學教材中探究實驗內(nèi)容的各自特色如下:

        X 版教材在實驗設(shè)計方面,其實驗選材較豐富,實驗編排結(jié)構(gòu)較為具體,圖表結(jié)合,實物圖是3 個版本中最為豐富,增加了實驗的趣味性和藝術(shù)性。問題數(shù)量最多,提示性、漸進性、開放性3種問題均有設(shè)計,能較好地鍛煉學生的探究思維;其科學探究開放水平較低,通過教材的具體指導,引導學生感受本實驗的整個探究過程,可為以后完成教材中更復雜的探究活動奠定基礎(chǔ)。在落實課程標準科學探究能力各項基本要求總數(shù)較少,實驗內(nèi)容難度平均值比相對Z 版稍低。

        Y 版教材實驗編排結(jié)構(gòu)較簡單,實驗步驟用指導的方式,較為簡單,增加了一定的實驗難度;實驗選材較少,地域性考慮稍欠妥,但其增加了“建議考慮”的內(nèi)容,指導學生進一步探究;在實驗文本呈現(xiàn)方式中沒有設(shè)計表格。問題設(shè)計較少,對學生探究思維的培養(yǎng)稍弱,但其科學探究開放水平較高。較好地落實課程標準科學探究能力的基本要求,且實驗內(nèi)容難度比X 版和Z 版稍低。

        Z 版教材在實驗設(shè)計方面,實驗選材較豐富,既提供具體的討論問題,也提出了學生在教師的幫助下進行分析討論,培養(yǎng)學生的思考能力。所展示的圖片較簡單,只展示了實物的基本形態(tài),沒有展示示意圖。問題設(shè)計數(shù)量較多,且3 種問題設(shè)計數(shù)量呈遞增的關(guān)系,側(cè)重于開放性問題。其實驗指導較為具體,也有一定的開放水平。此外,較好地落實課程標準科學探究能力的基本要求,實驗內(nèi)容難度平均值稍高于X 版和Y 版。

        雖然各個版本的生物學教材中的探究實驗各有特色,但其共性更多,具體體現(xiàn)在:①實驗設(shè)計均符合課程標準的要求。其中實驗選材均合理,實驗編排各有特色,文本呈現(xiàn)形式差異不顯著;②科學研究開放水平差異不顯著;③探究實驗內(nèi)容中所落實的基本要求總體差異不顯著;④實驗內(nèi)容難度不同,但其實驗難度差異不顯著。

        綜上所述,3 個版本初中生物學教材中探究實驗設(shè)計整體均符合課程標準的要求,體現(xiàn)了課程的基本理念;具有實驗選材生活化、圖文結(jié)合、文本呈現(xiàn)方式多樣化、注重學生探究思維及科學探究能力的培養(yǎng)的共同特征,除了探究思維水平有所差別之外,整體差異不顯著。

        6.2 教材使用建議 堅持多版本教材共存,取長補短。

        1)實驗選材可更為豐富、取材簡單便捷。研究發(fā)現(xiàn)單一或不明確地選用實驗材料,容易使教師和學生錯選或疑惑,從而可能導致實驗沒有成功或沒有達到預期的效果。

        2)充分利用導入部分,讓學生在開始實驗前對實驗材料等內(nèi)容有所了解,迅速進入實驗學習情境。

        3)合理使用表格,讓學生將數(shù)據(jù)更加科學、迅速、有效地記錄下來,并有利于后續(xù)的研究分析。

        4)課程標準實例為探究實驗的參考標準,使用不同版本教材的都可在其基礎(chǔ)之上根據(jù)實際所需增減內(nèi)容難度,但不宜相差過大。

        6.3 教學建議

        1)科學化使用教材,在實際教學過程中作出恰當?shù)恼{(diào)整。例如,在教材設(shè)計的探究思維水平較高時,教師可將開放性問題轉(zhuǎn)變?yōu)闈u進性問題,逐步地提高學生的認知結(jié)構(gòu),從而使學生獨立自主地完成更高水平的實驗?;蚋鶕?jù)實際情況,對實驗內(nèi)容進行拓展或補充,鼓勵學生思考在實驗過程中出現(xiàn)的問題并提出自己的方法和建議,完成實驗報告。

        2)因材施教,適當降低難度和增加廣度。難度高的知識不利于激發(fā)學生的學習興趣,容易產(chǎn)生挫敗心理。3 種教材的探究性實驗內(nèi)容難度整體差異不大,但有些內(nèi)容相對比較難,例如,Z 版教材中第1 個探究實驗較注重學生的探究能力的培養(yǎng),實驗設(shè)計、討論和資料分析難度稍大,學生剛開始學習可能出現(xiàn)不適應(yīng)情況,故教師可根據(jù)學生實際情況,適當降低教學內(nèi)容的難度,使學生更加容易獲得成就感,有利于生物學的學習。此外,教師也要適當?shù)卦黾又R的廣度,3 個版本生物學教材中的探究性實驗均注重與教材主干知識的關(guān)聯(lián)度,內(nèi)容基本在知識的重、難點范圍內(nèi),因此建議豐富探究性實驗,注重知識的延伸和拓展,這樣既能激發(fā)學生的潛力,又能發(fā)展學生的思維能力。

        3)注重探究實驗細節(jié)的安排,增強指導性。教材中探究性實驗的活動安排中,某些地方表述可能不太明確、具體,使探究實驗的實施缺少一定的指導性和操作性,增加了一定的教學難度,最終可能導致探究實驗沒有達到預期的效果。因此,教師需要在課前做好準備,考慮實驗過程中的細節(jié),對探究實驗的細節(jié)進行優(yōu)化設(shè)計,使實驗的流程更加流暢,保證探究實驗的指導性和可操作性,有利于課堂探究實驗的順利開展。

        4)注重探究實驗教學,培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)。根據(jù)研究表明生物學探究性實驗可提高學生的生物學核心素養(yǎng)[8]。因此教師要重視探究性實驗教學,在教學過程中聯(lián)系實際,與時俱進,體現(xiàn)出生物學科的特點。而學生需要親自參與生物學知識的探究歷程,驗證其結(jié)論,教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)情境,使學生能在較短的時間內(nèi),融入教學情境,樂于也敢于在實驗中尋找新的真理。

        7 反思

        本研究是對X 版、Y 版、Z 版3 個版本的生物學教材中,《義務(wù)教育生物學課程標準(2011年版)》所提出的十大主題的科學探究的實例的其中3 個探究實驗進行對比研究,期望找出各個版本的共同特征及各自特色,為教學活動提出一些參考。然而不同的探究實驗具有一定的特殊性,故所研究可能不能代表所有的實驗,結(jié)果可能存在一些誤差,希望讀者理解。

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