中美两国高中生物学教材“细胞呼吸”一节的比较与启示

施大华 吴志强

（1.江苏省扬中市第二高级中学 江苏镇江 212200）

（2.安徽省芜湖市教育科学研究所 安徽芜湖 241000）

2004年美国麦格劳希尔有限公司出版了高中主流生物教材《生物：生命的动力》（Biology：The Dynamics of life），2018年该教材的第二版中译本由浙江教育出版社出版（以下简称美国教材）。第二版美国教材全书的行文风格和编写内容明显不同于第一版，全书的每节开篇都有联系实际的点睛之笔，除了图文并茂地阐述生物学内容外，还设置了丰富多彩的学习栏目，介绍了相关内容领域的职业生涯，从公民科学素养角度来教授生物学，努力提升公民的科学素养。2019年，人民教育出版社重新修订出版了普通高中生物学教科书（以下简称人教版教材），以原实验教材为基础修订而来。教材修订以《普通高中生物学课程标准（2017年版）》为根本依据，在广泛调研、总结经验、反思不足的基础上，吸收原实验教材的优点，在继承的基础上努力创新。

为便于一线教师全面认识并实施新教材，下面以“细胞呼吸”一节内容为例，尝试分析两套教材在知识内容、栏目类型和实验设计等方面的编写特点，挖掘其中适合的素材为教学服务，旨在为我国高中生物学新教材的教学实施提供一些参考。

1 中美教材中“细胞呼吸”的比较

1.1 知识内容分析

从“细胞呼吸”一节内容编排上看，人教版的教材内容覆盖范围更广泛，与人们的生产、生活结合更紧密。该教材不仅分析有氧呼吸和无氧呼吸的过程，还探究了酵母菌细胞呼吸的方式，并着重分析了细胞呼吸的原理在生产和生活中的应用。例如，包扎伤口时需要选用透气的消毒纱布或创口贴等；利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌等酿酒时需要控制通气；花盆土壤板结后，需要及时松土透气等促进有氧呼吸等。在呈现这些内容时，人教版教材注重分析人们在生产和生活中应用细胞呼吸原理的重要方面，然后再举例并加以说明，彰显了“注重与生活的联系”的理念。美国教材则精选“细胞呼吸、发酵和光合作用和呼吸作用过程的关系”3个知识点，着重分析了细胞呼吸中的糖酵解、三羧酸循环和电子传递的具体过程，并引入了在我国高校生物化学教材中才会出现的专业性较强的学术性名词，如“NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）、NADPH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）、CoA（辅酶A）、乙酰辅酶A、FADH2（还原型黄素腺嘌呤二核苷酸）”。这些名词对于中学生而言具有极大的挑战性。

综上分析，人教版教材更加注重培养中学生的生物学学科核心素养，在阐述知识原理的同时注重与生活的联系；而美国教材在中学生物学的知识选择上，更注重知识的专业性，在知识的难度和深度有更高的要求。

1.2 栏目类型分析

两套教材在“细胞呼吸”一节中，都在旁栏设置了内容精巧、形式多样的栏目（表1），可以很好地促进教学的深入理解和拓展。人教版教材的“本节聚焦”和美国教材“本节预览”都对本节学习内容的重难点做了相应提示。然而，从内容上看，美国教材侧重于对核心概念的理解和掌握，人教版教材则注重于知识之间迁移和应用。

表1 中美生物学教材特色栏目分析

1.3 插图比较分析

人教版教材在“细胞呼吸”一节编写中，插图共有11幅，包括实物照片9幅和示意图2幅；美国教材在“细胞呼吸”一节编写中，插图共有8幅，包括模式图3幅和示意图5幅。两种教材中插图的差异主要体现在：人教版教材实物照片较多，且照片生活化，种类丰富，内容与生活的联系较为密切。美国教材实物照片少，多为模式图、示意图。美国教材的彩图清晰，标注非常详细，教材的正文部分又对图片中的信息解释比较详细，学生可以结合插图，通过阅读文字，掌握主要的知识点。而人教版教材的配图简单，浅显易懂。

1.4 实验设计分析

从实验内容上看，在“细胞呼吸”一节中，人教版教材设置的是“探究酵母菌呼吸的方式”实验，美国教材设置“病毒性感染是怎样影响细胞呼吸的”数据分析实验。从实验目的分析，人教版教材是设计和进行对比实验来讨论分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况，通过一个完整的探究实验来分析酵母菌细胞的主要呼吸方式；而美国教材则是通过一个简单的数据分析实验来培养学生的批判性思维，并不以获得知识为主。

2 启示与思考

中美教材的比较分析，对于我国教师课堂教学和教材编写具有以下几个方面的启示和意义。

2.1 积极打造核心素养养成的生物学课堂

人教版教材内容脉络清晰，条理性强，插图精美，插图数量已有明显增加，更加贴合学生的社会生活和实践经验，注重对学生生物学学科核心素养的养成。在选取教材素材上，人教版教材关注学生的实际生活，利用学生已有认知水平进行有效组织知识体系。而美国教材的插图数量较少，主要以模式图解的形式存在，且图注非常详细，方便学生结合教材内容自主学习。相比，美国教材更加注重对学生的科学思维的培养，尤其是在作用机理方面，对生物学知识的直白讲解更加深入详实，如有氧呼吸的3个过程介绍等。此外，美国生物学教材对实验的设计更加多样、对科学史的介绍更加注重真实的数据等。

教师在组织教学过程中，可以根据需要，将中美教材中的插图充分利用起来，提高图片表现形式，增强插图的可读性和趣味性。在实际教学过程中，教师可以根据学情等实际情况，借用美国教材的相关内容，适当拓展作用机理方面的知识、对相关实验的设计等，积极打造基于核心素养养成的生物学课堂，进一步激发学生的学习兴趣、启发思维，培养学生的创新思维，进而帮助学生养成生物学学科核心素养。

2.2 实验教学中的操作技能和科学思维并重

人教版教材的实验注重学生实验操作技能的培养，同时突出实验后的讨论和分析。美国教材的实验设计是数据分析实验，内容简洁，在教学实践中给学生和教师留的空间大，对教师和学生的动手能力有较高要求。学生分析真实的数据，在真实的问题情境中，运用所学的生物学知识，对科学研究得到的数据进行综合分析和独立思考，并得出相应结论。美国教材的实验侧重于学生批判性思维的训练。对于高中生的实验素养的培养而言，教师更应重视高中生对实验过程中出现的现象和实验结果的讨论和分析，才有利于培养学生实验后认真分析论证的态度，有利于培养学生的批判性思维和创新能力。

人教版教材中设计的实验主要包括观察类、探究类、验证类和模拟调查类等4种类型的实验。从实验设计方面来看，人教版教材中设计的实验注重探究能力的提高，实验操作步骤具体详细，问题导向明确，易于操作，一般能获得预期的实验结果。美国教材中的每一节内容中都有实验内容，主要有迷你实验、数据分析实验和生物实验室三种类型。其中，生物实验室又包含不同类型的实验，类型丰富，且多数实验是通过设置问题引导学生自主思考、分析并讨论、自主设计完整的实验方案来完成实验，对教师的教和学生的学都是极具挑战性。

在实验教学中，教师需要在提升学生实验技能的同时，对学生进行思维训练的强化和思维能力的提升。建议教师引导学生在真实的问题情境下，设计实验、动手实验，结合所学生物学知识，结合对数据的综合分析。必要时，教师甚至可以引导学生分析科研过程得到的实验结果，通过解决实际问题来实现知识的迁移和应用，着力提升学生思维的深度和广度。