徐婧 任山章

摘要：“遺傳與進化”模塊是中關(guān)高中生物學(xué)教材中共有的必修內(nèi)容之一，通過構(gòu)建生物學(xué)實驗難度模型，從實驗?zāi)繕?biāo)、實驗器材、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、分析討論5個難度指標(biāo)對中關(guān)教材中主題相同的實驗難度進行比較研究。得到以下啟示：借助制作模型，達成實驗?zāi)繕?biāo);關(guān)注分析討論，培養(yǎng)科學(xué)思維;合理提供器材，注重數(shù)據(jù)處理。

關(guān)鍵詞：中關(guān)教材 遺傳與進化 實驗難度比較

中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)志碼：B

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實驗不僅是教材的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的主要途徑?！斑z傳與進化”模塊是中美高中生物學(xué)教材中共有的必修內(nèi)容之一，有助于學(xué)生建立進化與適應(yīng)的生命觀念?！犊茖W(xué)發(fā)現(xiàn)者·生物生命的動力》（《Biology：The Dynamics ofLife》）是美國高中生物學(xué)主流教材之一，在美國使用較廣（以下簡稱美國教材）。通過中國教材2019版《必修2·遺傳與進化》教材（以下簡稱中國教材）與美國教材“遺傳與進化”模塊中的部分實驗進行比較，從中得到一些啟示。

1實驗難度比較

1.1構(gòu)建生物實驗難度模型

生物實驗的難度水平也是評價不同版本教材的重要指標(biāo)。在此主要通過構(gòu)建生物實驗難度模型來進行比較研究。此模型是以鮑建生教授建構(gòu)的數(shù)學(xué)題綜合難度模型和陳玉彬的物理實驗綜合難度模型為基礎(chǔ)，針對生物學(xué)科的實驗特點，構(gòu)建了實驗?zāi)繕?biāo)、實驗器材、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、分析討論5個指標(biāo)的生物實驗難度模型。實驗?zāi)繕?biāo)依據(jù)個數(shù)分為4個等級;實驗器材分為1-4個、5-8個、9個及以上3個等級;實驗步驟也依次分為1-4個、5-8個、9個及以上3個等級;數(shù)據(jù)處理分為簡單處理、簡單運算、圖表分析3個等級;分析討論依據(jù)問題的個數(shù)分為1-2個、3-4個、5個及以上3個等級。等級由低到高從1開始依次賦值。

其中，上式中的di（i=l，2，3，4，5）依次代表實驗?zāi)繕?biāo)、實驗器材、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、分析討論五個難度指標(biāo)上的取值;dij為第i個難度指標(biāo)上的第j個等級水平的權(quán)重取值（依次為1、2、3、…）;“nij”則表示這版本教材中屬于第i個難度指標(biāo)的第j個等級水平的實驗的個數(shù)，n為該版本選擇比較的實驗個數(shù)。

1.2中關(guān)高中生物學(xué)教材中“遺傳與進化”模塊共有實驗難度比較

為了使實驗具有一定可比性，本研究選取了中國教材和美國教材“遺傳與進化”中主題相同的實驗作為研究比較的對象。因此，在這兩個版本的教材中分別選取了孟德爾遺傳定律、減數(shù)分裂、人類遺傳病、DNA分子的結(jié)構(gòu)、基因頻率5個主題，共計10個實驗進行評分和統(tǒng)計，見表1。

將表中的加權(quán)平均數(shù)繪制成雷達圖，得到兩個版本生物學(xué)教材“遺傳與進化”模塊中相同主題實驗的難度模型圖（圖1）。

從總體上看，美國教材在實驗設(shè)置的難度各方面較中國教材均衡。中國教材在實驗?zāi)繕?biāo)、數(shù)據(jù)處理這兩個難度因素方面要偏難一些，而在分析討論、實驗器材這兩個維度美國教材難度水平高于中國教材。兩個版本的實驗步驟難度水平基本一致。

以減數(shù)分裂主題為例，在實驗?zāi)繕?biāo)難度方面，中國教材通過減數(shù)分裂模型制作活動演示減數(shù)分裂過程，加深學(xué)生對減數(shù)分裂過程的理解。美國教材通過模擬染色體交叉的迷你實驗，使學(xué)生理解交叉互換的概念。中國教材對學(xué)生提出了更高實驗要求，要求學(xué)生不僅能夠明白相關(guān)概念，也要理解整個減數(shù)分裂過程。就分析討論難度來看，中國教材從減數(shù)分裂形成的子細(xì)胞數(shù)目以及分裂過程中染色體的數(shù)目變化進行了討論;美國教材從預(yù)測、比較、類比、理性思維、評估5個方面對實驗進行了分析。美國教材更加注重在實驗完成后，對實驗過程及結(jié)果運用科學(xué)思維進行分析解讀。在實驗步驟難度方面，中國教材實驗分6步進行，美國教材共有5步，兩版教材難度水平相差不大。在基因頻率主題中，中國教材用數(shù)學(xué)的方法討論自然選擇使種群的基因頻率發(fā)生變化。美國教材給學(xué)生提供彩色鉛筆、紙袋、繪圖紙、白色豆和雜色豆等實驗器材，讓學(xué)生動手模擬自然選擇計算等位基因的頻率，對數(shù)據(jù)的處理以折線圖的方式呈現(xiàn)。就實驗器材而言，美國教材注重動手操作器材，借助實踐活動記錄數(shù)據(jù)來得出結(jié)果。

2啟示

2.1借助制作模型.達成實驗?zāi)繕?biāo)

在減數(shù)分裂的主題實驗中，中國教材和美國教材都借助制作相關(guān)模型來達成實驗?zāi)繕?biāo)。利用身邊的材料制作一些有關(guān)生物結(jié)構(gòu)的模型，學(xué)生在親自參與制作模型以及運用模型來解決生物學(xué)問題時，不僅能夠加深對知識的理解領(lǐng)悟而且能使自身動手操作能力提高。迷你實驗具有激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、加深理解和鞏固所學(xué)知識、提高實驗操作技能、將科學(xué)與生活實際相聯(lián)系的功能。教師在教學(xué)中，可以借鑒美國教材中的迷你實驗。

2.2關(guān)注分析討論，培養(yǎng)科學(xué)思維

科學(xué)知識的獲取不僅需要按照實驗流程進行實驗操作，更需要對所獲取的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果運用邏輯思維進行分析解讀。在討論分析環(huán)節(jié)，教師可以借鑒美國教材，從不同的角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生進行深度思考，不僅要關(guān)注知識層面，也要注重能力提升，使學(xué)生能夠通過分析做出科學(xué)的合理解釋，得出正確的實驗結(jié)論，形成自己的科學(xué)認(rèn)知，進而逐步培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

2.3合理提供器材.注重數(shù)據(jù)處理

實驗器材是學(xué)生動手操作的前提條件。在實驗過程中，教師可以依據(jù)目標(biāo)提供數(shù)量合適的實驗器材供學(xué)生利用。數(shù)據(jù)的處理有助于學(xué)生科學(xué)概念的形成和實證意識的提升。在數(shù)據(jù)分析時，教師可以借助數(shù)學(xué)工具，繪制圖表建立數(shù)據(jù)之間的量化關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生意識到數(shù)學(xué)不僅是數(shù)據(jù)處理的重要工具。這也是邏輯推理的有效手段，科學(xué)分析數(shù)據(jù)才能得到準(zhǔn)確結(jié)論。