3个版本初中生物学教材探究实验的比较研究*

谢 婕 李 慧 龚玉莲 胡继飞**

（1 广东第二师范学院生物与食品工程学院 广东广州 510303 2 广东省化州市第二中学 广东化州 525100）

生物学探究实验，是生物学科的重要学习内容及学习方式，能让学生在科学探究中，进行理性思维，形成生命观念，逐渐承担起社会责任。比较研究是教育研究的重要方法，教材的比较研究也是教育研究的一个重要课题。每个版本的教材都有其独到的一面，研究不同版本教材间的异同，将多版本相互比较，能起到互相借鉴、取长补短的作用。

从中国知网2010—2018年的文献分析，对于初中生物学教材实验部分的比较研究，主要分为中、外教材的比较分析和国内教材的比较分析。中、外教材的比较分析主要阐述了国内、外生物学教材实验部分的优点和特色，例如沈步芳［1］（2018）在《中美初中生物学教材中探究性实验的比较研究》中，结合中国实际与美国教材各自的实验设计的优点，分析中国X 版义务教育《生物学》教材与美国《科学探索者》教材中的探究性实验，提出了改进中国教材的探究性实验的不足之处的建议；梁盼［2］（2017）则在《中美初中生物教材实验部分的比较研究》分析了2 套教材中实验部分，说明了它们各自的特色，相互借鉴。而国内教材的比较分析，主要是相同版本的新、旧教材对比及不同版本教材整体或某一专题内容的比较。例如赵健［3］（2016）比较分析了3 个版本（X 版、Y 版、Z 版）实验部分的实验内容特点和实验设计2 个方面，给编者和教师提出一些实验选材、实验设计等建议。

目前国内、外初中生物学教材的研究中，对生物学实验进行的比较不多，其中对于具体实验内容的对比研究更少。2012 版初中生物学教材已经修订了较多的版本，本研究选取了使用范围较广、具有一定代表性《义务教育教科书·生物学》3 个版本，以下分别称为X 版，Y 版和Z 版。本研究采用抓阄的方法，在 《义务教育生物学课程标准（2011年版）》［4］所提出的十大主题的科学探究的实例中，随机抽取“探究影响鼠妇分布的环境因素”“探究蚂蚁的行为”“探究酒精对水蚤心率的影响”（以下简称实验①、实验②、实验③）3 个实验内容进行比较研究，以这3 个探究实验为代表，找出各个版本的共同特征及各自特色，为教学活动提出一些参考。

1 实验设计的比较

1.1 实验选材 对比分析3 个实验的实验选材（表1），3 个版本的教材均符合课程标准的要求，此外，X 版和Z 版还在此基础上提供了其他实验选材。实验选材的丰富性，有利于开阔学生的眼界和知识面，从而让学生学会站在不同角度看问题，运用不同的方法处理问题，进而培养学生的辩证性思维。当然，选材需要合理并且贴近生活、取材容易。X 版在实验①中所提供的另外2 种材料黄粉虫、金鱼和实验③中提供的烟草浸出液及Z 版在“进一步实验”中提出的相关材料均符合要求，这样不仅能方便不同地区的学生选用从而激发其积极性，而且可为教师实验准备提供多种渠道。

表1 3 种教材中3 个实验的实验选材比较

1.2 实验编排结构 对比分析3 个实验的实验编排结构（表2），课程标准的实例设计课时为教师实施教学时基本确定教学时间，即1 课时，实验目的、器材和方法步骤均有提供相关指导，其中方法步骤包含了探究活动所涉及科学探究能力的6个方面。X 版和Z 版的具体步骤设计比较细致，注重具体步骤的描述，对于探究活动所涉及科学探究能力的6 个方面均用小标题进行细分，较好地融合了课程标准实例的内容。且X 版还另设一个栏目“科学方法”对该实验所需要的对照实验进行说明。此外，这2 个版本还增加了导入部分，且X版的文字叙述比较具体。相比之下，Y 版的实验步骤是用指导的方式，具体步骤较为简单，学生实验难度增加，为了弥补这一点，Y 版增加了“建议考虑”的内容，指导学生探究。

表2 3 种教材中3 个实验的实验编排结构比较

总体来说，3 个版本的实验编排各有特色，其中X 版和Y 版各自在探究实验中编排结构基本相似，而Z 版的探究实验编排各不相同，例如，实验②增加的“目的要求”，实验③的“提示”和“进一步实验”的小标题与另外2 个实验有所不同。

1.3 文本呈现形式 教材中的文本呈现形式一般由实物图、示意图和表格组成。对比分析3 个实验的文本呈现形式，3 种教材探究实验的文本呈现形式主要以实物图为主，其中X 版的文本呈现方式比较丰富，其3 个实验文本呈现方式均有涉及，图片数量较多。Y 版的图片数量较多，但Y版在3 个实验中均无设计表格。而Z 版实验文本呈现形式相比二者稍少，且在3 个实验中均无示意图。

2 实验所需的探究思维水平的比较

科学探究活动中的思维水平的研究，可转变为对该问题情境或问题组的水平的研究，教材中探究活动的问题可分为提示性问题、渐进性问题和开放性问题。

对实验所需的探究思维水平进行比较，结果见表3。3 个版本教材在探究实验活动中有3 类问题均有设计，在3 种问题中的比重不一样，均侧重于开放性问题，重视问题情境的设计，重视学生的思考过程，意在引导学生进行探究活动，顺利完成实验。X 版问题总数偏多，而Y 版问题总数偏少。

提示性问题，能引导学生确定自己的探究方向，最为符合学生的“最近发展区”。3 个版本提示性问题数量比较：X 版＞Z 版＞Y 版。

渐进性问题，能引导学生逐步解决探究活动中所出现的问题，最终完成整个实验的探究活动。在此过程中，学生可锻炼思维，对一个完整的探究活动方法体系进行一定的了解。此类问题操作性强且成效好，是探究活动所必需的问题。但其在3 个版本的本实验问题设计中的比重较小。3 个版本渐进性问题数量比较：X 版＞Z 版＞Y 版。

开放性问题，不仅能最大程度地激发学生的学习热情，而且能使学生亲身体验独立思考的过程，获取只可意会不可言传的宝贵经验。3 个版本在此问题的比重相差不大，但就数量来说，Y 版设计的问题较少。3 个版本开放性问题数量比较：X版＞Z 版＞Y 版。

使用SPSS 软件对实验所需的探究思维水平进行分析，结果显示3 个版本探究实验的探究思维水平差异显著（P=0.005＜0.05）。故实验所需探究性思维水平比较，X 版优于Z 版并优于Y 版，且差异显著。

表3 -1 3 种教材中3 个实验的探究思维水平问题统计

表3 -2 ANOVA 分析表

表3 -3 多重比较

3 实验的科学探究开放水平的比较

根据毕华林［5］的五级开发水平划分方式，将科学探究活动划分为：提出问题、形成假设、制定方案、收集证据和得出结论5 个环节，同时根据各个环节由教材提供具体明确的指导或是由学生设计实施，将科学探究活动分为5 个水平层次。根据此划分方式将3 个版本教材的3 个实验内容进行分类。

由表4可知，3 个探究实验按照其在教材出现的顺序，开放性水平循序渐进，符合学生的认知规律。其中，X 版教材的探究开放水平较低，Y 版和Z 版的探究开放水平相似。探究性实验的开放程度，反映了探究性实验水平的高低，实验的已知条件知道的越少，实验的水平也就越高，但对于实验者本身来说，难度也就越高，越难以顺利完成。

表4 3 种教材中3 个实验科学研究的五级开放水平比较

4 落实课程标准科学探究能力的基本要求的比较

中学生物学课程改革强调培养学生的生物学科素养，学生的科学探究能力成为重中之重。课程标准在发展科学探究能力的6 个方面均提出了相关的基本要求。如表5上部分所示，每一项基本要求，均用字母加数字表示，同一种科学探究能力使用同一字母表示，例如提出问题均用A 表示，其有3 种基本要求时分别为A1、A2、A3，以此类推。通过对3 个实验内容所落实的基本要求分析统计，结果如表5下部分。3 种教材探究实验所落实的基本要求各有不同，不同实验要求不同，但同一实验要求相差不大。主要以制定计划、实施计划及表达和交流这3 个方面的要求为主。使用SPSS 软件进行分析，3 个版本的探究实验内容中对落实课程标准所规定的基本要求总体差异不显著（P＞0.05）。

表5 3 种教材3 个探究实验落实课程标准科学探究能力所规定的基本要求比较［4］

5 内容难度的比较

教材的内容难度，即课程内容的难易程度，可量化不同版本的教材的内容难度，根据有效且准确的数据与课程标准进行比较，为教师提供教材使用建议［6］。教材内容难易程度的影响因素，主要有课程的时间、课程的广度（课程内容所涉及的广泛程度）、课程的深度(反映课程之间的设计顺序、编排和组织的逻辑深度、潜在的思维深度)。课程内容难度分析，采用课程难度模型进行量化，公式为N=（α·S／T）+（1-α）G／T［7］。

其中，课程难度为N；课程深度为S，表示教材中知识的要求程度；课程广度为G，表示知识点数量；课程时间为T，表示课程的课时的多少；S／T表示可比深度；G／T 表示可比广度α，也就是加权平均数（代表可比深度与可比广度的侧重各占一半），而可比深度与可比广度的加权平均值就是课程内容难度。

将课程时间采用课时进行量化，课程标准中规定“探究影响鼠妇分布的环境因素”实验内容所用课时数为1，因此T课程标准=1，X 版、Y 版、Z 版教材没有明确说明课时，因此均取1 课时。课程标准知识点为9 个，X 版、Y 版、Z 版教材知识点分别为5 个、9 个、12 个，即G课程准标=9、GX版=5、GY版=9、GZ版=12。课程标准中规定的目标要求分别为：了解水平、理解水平、应用水平等［4］，对此进行赋值:1，2，3……以课程标准要求的目标水平为标准，课程标准实例1 相对应的课程深度值分别为：提出问题1；作出假设3；制定计划4；实施计划3；得出结论3；表达、交流3。计算课标的深度系数为S课程标准=（1+3+4+3+3+3）÷6=2.83。同理可得X 版、Y 版、Z版教材深度系数为SX版=3.33，SY版=3，SZ版=4.17。代入公式，得出数据见表6。课程难度的平均值：Z版＞X 版＞Y 版；使用SPSS 软件分析，结果显示，3个版本教材之间难度差异不显著，与课程标准实例比较难度差异也不显著（P＞0.05）。说明不同版本的不同探究实验内容难度稍有不同，但总体上3 个版本的教材均有注意与课程标准保持相似的难度。

表6 3 种教材3 个实验内容难度比较

6 结论与建议

6.1 结论 本研究通过对X 版、Y 版和Z 版3个版本生物学教材的3 个探究实验内容进行比较分析，小结3 个版本生物学教材中探究实验内容的各自特色如下：

X 版教材在实验设计方面，其实验选材较丰富，实验编排结构较为具体，图表结合，实物图是3 个版本中最为丰富，增加了实验的趣味性和艺术性。问题数量最多，提示性、渐进性、开放性3种问题均有设计，能较好地锻炼学生的探究思维；其科学探究开放水平较低，通过教材的具体指导，引导学生感受本实验的整个探究过程，可为以后完成教材中更复杂的探究活动奠定基础。在落实课程标准科学探究能力各项基本要求总数较少，实验内容难度平均值比相对Z 版稍低。

Y 版教材实验编排结构较简单，实验步骤用指导的方式，较为简单，增加了一定的实验难度；实验选材较少，地域性考虑稍欠妥，但其增加了“建议考虑”的内容，指导学生进一步探究；在实验文本呈现方式中没有设计表格。问题设计较少，对学生探究思维的培养稍弱，但其科学探究开放水平较高。较好地落实课程标准科学探究能力的基本要求，且实验内容难度比X 版和Z 版稍低。

Z 版教材在实验设计方面，实验选材较丰富，既提供具体的讨论问题，也提出了学生在教师的帮助下进行分析讨论，培养学生的思考能力。所展示的图片较简单，只展示了实物的基本形态，没有展示示意图。问题设计数量较多，且3 种问题设计数量呈递增的关系，侧重于开放性问题。其实验指导较为具体，也有一定的开放水平。此外，较好地落实课程标准科学探究能力的基本要求，实验内容难度平均值稍高于X 版和Y 版。

虽然各个版本的生物学教材中的探究实验各有特色，但其共性更多，具体体现在：①实验设计均符合课程标准的要求。其中实验选材均合理，实验编排各有特色，文本呈现形式差异不显著；②科学研究开放水平差异不显著；③探究实验内容中所落实的基本要求总体差异不显著；④实验内容难度不同，但其实验难度差异不显著。

综上所述，3 个版本初中生物学教材中探究实验设计整体均符合课程标准的要求，体现了课程的基本理念；具有实验选材生活化、图文结合、文本呈现方式多样化、注重学生探究思维及科学探究能力的培养的共同特征，除了探究思维水平有所差别之外，整体差异不显著。

6.2 教材使用建议 坚持多版本教材共存，取长补短。

1）实验选材可更为丰富、取材简单便捷。研究发现单一或不明确地选用实验材料，容易使教师和学生错选或疑惑，从而可能导致实验没有成功或没有达到预期的效果。

2）充分利用导入部分，让学生在开始实验前对实验材料等内容有所了解，迅速进入实验学习情境。

3）合理使用表格，让学生将数据更加科学、迅速、有效地记录下来，并有利于后续的研究分析。

4）课程标准实例为探究实验的参考标准，使用不同版本教材的都可在其基础之上根据实际所需增减内容难度，但不宜相差过大。

6.3 教学建议

1）科学化使用教材，在实际教学过程中作出恰当的调整。例如，在教材设计的探究思维水平较高时，教师可将开放性问题转变为渐进性问题，逐步地提高学生的认知结构，从而使学生独立自主地完成更高水平的实验。或根据实际情况，对实验内容进行拓展或补充，鼓励学生思考在实验过程中出现的问题并提出自己的方法和建议，完成实验报告。

2）因材施教，适当降低难度和增加广度。难度高的知识不利于激发学生的学习兴趣，容易产生挫败心理。3 种教材的探究性实验内容难度整体差异不大，但有些内容相对比较难，例如，Z 版教材中第1 个探究实验较注重学生的探究能力的培养，实验设计、讨论和资料分析难度稍大，学生刚开始学习可能出现不适应情况，故教师可根据学生实际情况，适当降低教学内容的难度，使学生更加容易获得成就感，有利于生物学的学习。此外，教师也要适当地增加知识的广度，3 个版本生物学教材中的探究性实验均注重与教材主干知识的关联度，内容基本在知识的重、难点范围内，因此建议丰富探究性实验，注重知识的延伸和拓展，这样既能激发学生的潜力，又能发展学生的思维能力。

3）注重探究实验细节的安排，增强指导性。教材中探究性实验的活动安排中，某些地方表述可能不太明确、具体，使探究实验的实施缺少一定的指导性和操作性，增加了一定的教学难度，最终可能导致探究实验没有达到预期的效果。因此，教师需要在课前做好准备，考虑实验过程中的细节，对探究实验的细节进行优化设计，使实验的流程更加流畅，保证探究实验的指导性和可操作性，有利于课堂探究实验的顺利开展。

4）注重探究实验教学，培养学生核心素养。根据研究表明生物学探究性实验可提高学生的生物学核心素养［8］。因此教师要重视探究性实验教学，在教学过程中联系实际，与时俱进，体现出生物学科的特点。而学生需要亲自参与生物学知识的探究历程，验证其结论，教师应创设情境，使学生能在较短的时间内，融入教学情境，乐于也敢于在实验中寻找新的真理。

7 反思

本研究是对X 版、Y 版、Z 版3 个版本的生物学教材中，《义务教育生物学课程标准（2011年版）》所提出的十大主题的科学探究的实例的其中3 个探究实验进行对比研究，期望找出各个版本的共同特征及各自特色，为教学活动提出一些参考。然而不同的探究实验具有一定的特殊性，故所研究可能不能代表所有的实验，结果可能存在一些误差，希望读者理解。