高中生物教材中科学方法显性化特点的文本分析

王南佳

【摘要】高中生物教材中科学方法的教学内容可作为启发学生科学思维的良好载体，利于培养学生的科学探究能力，提高学生的核心素养。本研究对高中生物教材进行文本分析，挖掘剖析科学方法的内容，归纳整理教材中的科学方法的种类，统计科学方法的使用频率并分析其显性化特点，有助于一线教师基于生物学科核心素养更好地开展高中生物教学。

【关键词】生物教材;科学方法;显性化;文本分析

一、问题提出的背景

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确指出高中生物学科核心素养包括“生命观念、科学思维、科学探究及社会责任”四个方面。利用高中生物课堂开展科学方法教育有助于发展学生的科学思维，培养学生的科学探究能力，从而提高学生的核心素养。因此，本研究采用文本分析法对人教版高中生物必修3本教材进行深入剖析，挖掘隐藏于生物知识的科学方法，归纳整理教材中科学方法的种类，统计方法使用频率并分析其显性化特点等，帮助学生和教师对科学方法形成条理化、系统化的认识。

二、高中生物学科学方法的种类

本研究依据赵占良教授提出的科学方法分类体系即“科学研究的一般方法主要包括获取经验性的方法和理性思维”的方法 ，确定本文研究的对象为法分类体系中的理性思维方法，并结合高中生物学教材的实际情况，在该科学方法分类体系的基础上做了补充，确定了高中生物学教材中共计17种科学方法：分别是比较法与分类法、归纳法与演绎法、分析法与综合法、类比法、溯因法、预见法、排除法、转换法、等效法、假说法、数学方法、模型方法、系统思维方法、控制变量法。

三、科学方法的体现方式和显性化水平层次

笔者对上述17种科学方法查阅大量文献资料，明确科学方法精准确全面的定义。针对科学方法种类选取的方法，乔际平学者提出“对应性原则”，即科学知识的得出总是与一定的科学方法相联系。按照科学方法与生物知识相对应的原则，本研究积极挖掘出教材中隐藏在生物知识中的科学方法，显化科学方法的名称类别、体现方式及其对应的显性化水平层次。

教材中生物知识所对应的科学方法，其体现方式和显性化水平不同，主要有以下4种体现方式分别对应4种不同的显性化水平层次：1.渗透使用：教材讲解时没有明确指出科学方法的名称，而是将其渗透于生物知识中，不作相关的解释说明，该种方式只是隐性使用，没有作显化处理，记为显性化“零水平层次”;2.命名使用：教材给出科学方法的名称，但并没有对该种科学方法作具体的解释说明，记为显性化“水平一层次”;3.讲解使用：教材具体介绍该种科学方法，例如，解释科学方法的内涵、分析科学方法的特点、给出基本的定义并进一步举例说明，记为显性化“水平二层次”;4.组织使用：教材中除了对该种科学方法具体介绍外，还设定相应的问题情境，组织学生运用科学方法解决问题或是设置具有针对性的习题，训练学生掌握该方法，记为显性化“水平三层次”，如表1所示。

四、高中生物教材科学方法显性化特点文分析

根据上述科学方法的体现方式和显性化水平指标编制《科学方法显性化分析记录表》，对人教版高中生物必修3本教材《分子与细胞》《遗传与进化》《环境与稳态》进行文本分析，分析内容包含教材正文、问题探讨、资料分析、思考与讨论、技能训练、科学前沿、各章节课后习题等栏目，挖掘高中生物学教材各栏目内容所隐含的科学方法，分析科学方法的显性化特点，如表2所示。

为确保教材文本分析结果的可信度，编制《高中生物科学方法显性化分析认同调查问卷》（见表3），逐项显化呈现教材各知识点与其相应的科学方法种类。并对30位一线高中生物教师进行教材文本分析认同度调查，选用综合态度系数计算来处理数据，了解教师对科学方法种类显性化分析的认同与否。科学方法显性化特点文本分析认同度调查结果良好，具有较高信度。

其中：F为综合态度系数;K为最高等级分值;N为总样本数;N1、N2、N3分门为各个态度等级的样本数。由于本研究设定的等级为-1、0、1，研究中综合态度系数的范围为[-1，1]。根据相关效度的要求，当综合态度系数值大于0.75的二级指标才可以保留，综合态度系数值小于0.75时则被舍去。

五、高中生物科学方法显性化研究结果与分析

根据以上科学方法种类的分析，笔者对高中生物3本必修教材中科学方法内容的显性化情况进行统计，具体结果如表4所示：

根据高中生物教材中科学方法内容的显性化分析结果（见表4）可知：

1.基于高中生物必修教材科学方法显性化特点的文本分析，确定了高中生物必修教材中共17种科学方法，各类科学方法在教材出现频数为275次，表明高中生物教材具有很好的科学方法教育基础。

2.从科学方法出现次数的角度分析，17种科学方法在高中生物教材中的使用频率和体现的情况差别较大。在高中生物教材中，数学方法出现的次数最多共53次，大约占科学方法总数目的五分之一。数学方法在高中生物教材应用的种类较多，可细分为数学计算、数形结合、数学模型、数学定义等。例如在教材《环境与稳态》中，利用数学计算方法来计算“种群密度”、“物种丰富度”;通过数学定义法直接定义 “种群密度”“出生、死亡率”“迁入、迁出率”等概念;通过数学建模构、数形结合的方法来建构种群增长的“J”“S”曲线模型等。高中生物教材中的高频使用数学方法，借助形象直观的图像，简单易懂的定义方式来呈现生物知识，这也体现了不同学科交叉的紧密性。其次是比较法，比较法出现的次数为45次，占总数目的16.36%。比较法在教材中的運用例如在《分子与细胞》中，“DNA和RNA的对比”“物质跨膜运输方式的对比”“呼吸作用和光合作用的对比”等，比较法的使用可帮助学生辨别概念的异同，对比能够加深印象，该数据表明教材编写注重引导学生思考、辨析习得知识。第三的是分析法30次占10.90%，分析法可单独使用，但更多时候结合综合法（22次）使用，即分析综合法。例如《分子与细胞》中“细胞器”一节内容中，教材的处理是先一一单独分析各种细胞器，然后把个细胞器综合起来学习从整体上了解各细胞器组分在系统中的分工合作。分析综合法出现次数较多表明教材的编排尊重学生的认知发展规律，注重引导学生由简单到复杂、由局部到整体，循序渐进理解生物知识。随后为分类法24次占8.73%、类比法16次占5.82%、假说法13次占4.73%，归纳法12次占4.36%，这些数据表明教材巧用类比，使抽象知识具体化，注重知识的系统分类、引导学生思考、积极探索，主动建构知识。控制变量法14次，占总数目的5.01%，在教材中出现的次数虽然不多，但不代表其不重要，生物实验设计是高中生物学重要的学习内容，生物实验的设计离不开控制变量法。出现的剩余其他方法主要还有系统思维方法8次、转换法8次、排除法8次、模型方法7次、溯因法7次、预见法3次、演绎法2次，以上7种方法出现次数总共占据了教材中科学方法总数目的25%，这些方法对学生学习具有促进作用，应要进行一定的科学方法教育。

3.从“显性化数目”的角度来分析，高中生物教材中，显性化次数最多的5种科学方法分别是：假说法9次、数学方法7次、比较法6次、分类法6次、模型方法5次。与科学方法的出现的总数目275次相比，科学方法的显性化次数仅占总数目16.0%，剩余的其他12种科学方法的显性化次数均小于5次，其中还有转换法、等效法、系统思维方法等科学方法显性化次数为0次。以上数据表明高中生物教材中大部分的科学方法的显性化程度较低，科学方法的显性化水平有待提高。

4.从“显性化化比例”的角度来分析，显性化化比例较高的科学方法有：模型方法71.4%、假说法69.2%、预见法33.3%、分类法和类比法均为25.0%。比较法、分析法、数学方法、控制变量法等重要科学方法的显性化比例也都低于20%，而剩余的其他方法其显性化比例不足10%，由此更能说明教材在使用这些科学方法时较多是作为渗透使用，并未能够以显性化处理。

5.从“显性化水平层次”来分析，教材中不同的科学方法其显性化水平层次不同。将近50%的科学方法其显性化层次处于零水平层次，主要包括归纳法、演绎法、综合法、溯因法、转换法、等效法、系统思维方法共7种，即教材没有明确指出科学方法的名称，不作相关的解释说明，而是将该种科学方法渗透于知识讲解的过程，未进行任何显性化处理;处于水平一层次的科学方法有分类法、排除法、分析法、预见法、模型方法共5种，即这些科学方法的具体名称在出现在教材中，学生对其只有初步的了解。处于水平二层次的科学方法有比较法和假说法2种，教材对这些科学方法有具体的介绍，解释科学方法的内涵、特点、方法步骤、使用注意事项并加以举例加以说明帮助学生理解并掌握。处于水平三层次的科学方法有类比法、数学方法、控制变量法3种，即教材在介绍这些科学方法之后注重组织学生训练，促进学生对这些科学方法的体会，学会运用这些方法解决问题。

6.从科学方法的具体“讲解内容”情况来分析，对科学方法相关内容的讲解多数集中在科学方法的名称，例如必修一中知识点“地壳与细胞组成部分元素的比较”指出了比较法，知识点“提出假说解释溶酶体酶膜不被水解酶分解”中指出假说法，知识点“细胞膜类比纱窗”指出了类比法等;讲解较为详细的科学方法主要有假说法（提出假说）、模型法、数学方法（数学模型）。教材给出了假说法（提出假说）定义，并结合“细胞膜的探索历程”科学史加以说明，但对其方法思路、方法特点缺少介绍;教材中也给出模型法的定义，介绍模型法的类型并组织学生练习模型法，例如“尝试制作真核细胞的三维模型结构”“DNA分子双螺旋结构”等，但忽略了其方法的特点、方法的功能以及建立模型的注意事项的解释;控制变量法在生物实验设计中具有非常重要的作用，因此教材详细地介绍了控制变量法，给出明确的定义，解释各变量名称、并且将其进行方法训练，引导学生运用控制变量法进行实验设计，例如，“设计实验研究影响光合作用的条件”。教材对控制变量法的内容介绍并不充分，缺少了具体的方法步骤、设计实验的原则以及在设计实验中对各变量的处理方法等。还有溯因法、预见法、转换法、等效法等科学方法的内容在教材中未得到显性化。

六、关于高中生物学教材科学方法内容的建议

结合本研究的结果与分析，提出以下建议：

1.生物教材中补充完善关于科学方法内容的说明

本研究对高中生物教材进行文本分析后发现，大部分的科学方法隐藏于教材中生物知识，例如，溯因法、转换法、等效法等在教材中缺少相关内容的介绍，为隐性使用。部分科学方法虽在教材得到显性化，但其显性化程度不充分。科学方法的隐性处理方式以及显性化程度不充分均不利于学生对科学方法的理解和掌握。因此，基于本研究，建议教材中应补充完善对关于科学方法内容的说明，适当增加科学方法训练方面的相关习题，为生物科学方法教育提供良好基础。

2.系统规划进阶显性化生物教材中的科学方法

教育强调遵循学生的认知发展规律，而教材作为教育的载体，教材的编排更应如此。教材应系统规划科学方法教学，进阶显性化科学方法的內容知识，编写时采取显性化处理的方式，即根据合适的知识对应地逐步显性化科学方法名称、定义、内涵、方法步骤并且组织使用四个层面的知识。科学方法知识包括其内含和外延，将完整的科学方法知识授予学生，能够促使学生更好地理解掌握科学方法。教材编写应采取多样化呈现方式，可适当借助图片解释或是举例加以说明，这样增添教材的趣味性，引起学生对科学方法的选择性注意，激发学生对科学方法的学习兴趣。

参考文献：

[1]赵占良.人教版高中生物课标教材中的科学方法体系[J].中学生物教学， 2007（3）：4-7.

[2]乔际平.物理学科教育学[M].北京：首都师范大学出版社，2001.

[3]陈运保，马亚强.高中物理教材科学方法显性化化特点的文本分析[J]. 教学与管理，2014.11（4）：14-16.

[4]李立娟.高中物理实验教学中科学方法教育内容显性化研究[D].北京： 首都师范大学， 2013.