基于科学本质观的人教版高中生物新旧教材对比研究

李 建

（江西省九江第一中学,江西 九江 332000）

2014 年教育部推动新高考改革，国务院下发《关于深化考试招生制度改革的实施意见》，该《意见》要求深化考试招生制度，以适应经济社会发展对多样化高素质人才的需要。随后各地高考制度的改革措施陆续出台，对于学生的素质和能力要求较高，基本上都突出强调了“多样化”“高素质”“坚持育人为本，遵循教育规律”等特点。所以如何在新高考的推动下，激发学生对生物学科的兴趣和提升学生的科学本质观念则显得尤为重要。

科学本质是科学素养的核心和基础，提高学生的科学素养是当前我国高中科学新课程改革的重要理念，增进学生对科学本质的理解有利于促进学生科学素养的提高和发展。通过学科教育提升学生的科学素养是当前教育界重要的目标，对于学科文化知识的科学本质认识是《普通高中生物学科标准（2017 年版）》重中之重，高中生物教师在教学过程中，除了传授如基因、遗传、细胞、器官等既定生物学科知识之外，更应将对于科学知识的认识方法传递给学生。但当前研究发现多数师生持有质朴的科学本质观，究其原因可能是科学本质本身复杂，也可能是因为教材科学本质表征存在问题。所以教师们要以科学严谨的教学态度，以身作则，潜移默化影响学生本身发展，帮助树立能够长远作用于学生人生的正确学习精神。

一、科学本质观的涵义及现状

（一）科学本质观的涵义

科学本质是人们对自然界知识进行探索和解释的方式，什么是科学、科学是如何形成的，以及与人们的生活有什么关系，这些都是科学本质观探讨的内容。科学本质是指以Chiappetta 为代表的学者们指出科学本质“不仅是有关自然的信息，还是研究方式、思考方式及科学与技术、文化的相互作用”，包括四个组成要素，即科学知识、科学探究、科学思维、科学与技术和社会的关系。

在当前课程改革和核心素养的大背景下，《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》（以下简称“课标”）最新提出生物学科核心素养应包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度，即要求学生在生物教学中形成生命观念，并逐步发展科学思维，掌握科学探究的基本思路和方法，在参与个人和社会事物的讨论中能够作出合理的判断，从而形成有关生物学问题的能力与责任感。

（二）我国科学本质观教育的现状

根据以往大量研究结果和现实教学实践显示我国高中阶段的生物教育在科学本质的教育中还存在很多问题，致使学生只是关注知识表面，缺乏对科学的整体认识和深入理解。其中一个现状是很多教师将认识科学本质简单地等同于科学态度、情感的学习，让学生仅仅在课程教学的内容和活动中自觉地感受、体验科学本质，形成科学本质观，而缺乏针对性、提炼性的科学本质教学目标以及相应的具体策略。另一现状，教师无法从整体进行科学本质观的设计，虽然有意识地在课堂教学中穿插一段科学史进行针对性的教学活动，比如名人故事、科学活动探索等，但至于这个故事和活动体现了什么样的科学本质观、学生要形成什么样的科学本质观、其目的是什么，教师并不关心，甚至有的教师自己都不知道，导致在解释时有点牵强附会。尽管学生接受了很多的学科和科学知识，也掌握了很多的学科和科学的技能方法，但是由于缺乏对科学本质的理解和认识，以及认知的偏差，所以学生很难理解科学是什么、科学能做什么、究竟科学的背后是什么等科学本质的问题，以致于头脑中无法形成“科学”的意识，造成了学生现代科学素养的缺失。新课程改革之后，高中生物教学的课堂确实发生了很大的变化，但依旧面临观念转变的问题，很多高中生物教师表面上了解科学本质，重视学生的探究活动，但在实际教学中还存在很多非科学和伪科学的教学行为，不清楚如何真正落实科学本质观的教育。

从总体来看科学本质的教育还并没有得到高中学科的普遍重视，需要注意的是，尽管新高中生物课程标准在课程目标中明确提出要求学生掌握科学本质，但是在具体落实过程中，高中生物教学还是以隐性的方式传达了要求学生理解科学本质的信息。

二、研究样本与方法

（一）研究样本

笔者选用人教版（2007）与人教版（2019）新旧生物教材进行科学本质观的探讨，从教材科学本质观内容的评价及运用现状等调查、研究方面入手，系统展示整合教材改革演化方向，揭示新时代学生发展特点。

（二）研究方法

对人教版高中生物新旧教材中科学本质观内容进行定量比较研究，基于教材质量、数量、组织形式多方面进行数据处理分析，进行定性比较研究，总结教材科学性、相关性等。结合定量与定性、抽象和具体、理论与实践多元角度，系统化科学本质研究框架，串联起课程标准、教材、学生及教师四方关系，在实践中体现生物科学知识。围绕“科学本质”这一中心，从教材出发，通过生物学科教学特性，探讨科学本质观在生物学科中的教学实践展示。

三、对新旧教材呈现的科学本质观的研究

（一）对新旧教材呈现的科学本质的宏观思考

调查着重比较教材前后叙述性概念的变化方向，如新教材中图片资料类型丰富化，提供“如果让你提供证据说明大熊猫和冷箭竹都是由细胞构成，你将如何获取和提供证据？”等更多问题，使用“通过显微镜观察——认识细胞”等明确严谨用词，帮助学生树立更贴近科学本质观念的学习模式，围绕“科学经验事实通过归纳法得出”“知识是外在于主体的客观存在”等研究方向进行。

笔者对比得出，新教材在科学知识和社会的交互作用作用上变化不大，这亦得益于德育在教学中的作用。但是在内容上，选择了更多更好的彩色图表，选用立体模型图代替原有二维平面图，精准展示相关结构特点。形式上，除传统陈述性知识语句外，增加课后问答，且多为开放性问题，无标准答案设置，问题设置倾向于拓展性强、前沿性深的价值取向，为学生构建系统健全价值体系、优化科学本质核心素养。

（二）对新旧教材呈现的科学本质的微观思考

1.新旧教材对科学知识的思考

新教材中，加强生物学知识和生活实际间的联系，表明生物学是源于对生物现象观察，解释生物问题、发现并预测生物习性规律的自然学科。生物学的发展是以对实际事实为基础，在不断总结、质疑、论证中曲折前行的。

新教材中将原本的基因突变概念中“引起的基因结构的改变”更改为“引起的基因碱基序列的改变”；使用“着丝粒”取代“着丝点”这一概念；增添“蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下，某特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象”具体解释；“细胞全能性”表述由原本的“细胞全能性是指已分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能”转为“细胞的全能性是指细胞经过分裂和分化之后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性”，扩大细胞全能性职能范围；增加“染色体变异”概念：“生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异”；均展示出对生物科学本质的追寻探究，新教材含有理性主义、逻辑实证主义尤为明显。

2.新旧教材对科学探究的思考

新教材不仅丰富相关实验图片和观察方式，同时设置系列探讨问题，引发学生主动思考生物学科知识，发掘文字背后对科学探究的判断和表述，鼓励学生从逻辑实证、历史等角度理解知识，运用后现代观点客观判断科学，这也是科学本质观的核心思想。

必修一新教材中不仅增加对“脂肪”这一概念的具体解释，表明“脂肪是由三分子脂肪酸和一分子甘油发生反应而形成的酯，即三酰甘油（又称甘油三酯）”的科学本质，更在旁添加图示，表明脂肪的具体空间结构；将物质运输方式中原本的“从低浓度一侧运输到高浓度一侧”更改为“逆浓度梯度进行跨膜运输”叙述更简洁，降低学生学习难度。

实验研究方面，删除了萨顿的“类比推理法”。此种删除也是因为萨顿推理本虽具有一定的逻辑，相较于第一次类比而言，第二次类比则更近似一种猜想、一种假设。且两次类比推理受当时科学水平影响，严谨性有所缺乏，故而在新教材上，将本部分内容删减。

问题讨论方面，基于控制两种性状基因相同的科学本质，和控制红花基因的显性基因叶控制种皮颜色为灰色，将“以红花豌豆和白花豌豆的杂交创设情境，在豌豆的7 对相对性状和孟德尔豌豆杂交实验”中“种皮颜色”改为“花的颜色”。

3.新旧教材对科学本质的思考

新旧教材产生的变化说明教材更完善、更丰富、更理性的演变趋势。新教材在尊重原本生物学科知识的基础上，加大对学生自主发现、研究、解决问题的能力，帮助学生在实践中运用归纳法，从不同具体事实中获得自己的经验课程。

新教材利用单元学习后的开放式问题，启发学生对已学习知识的思考，使用证伪主义观点看待问题。增加对“脂肪”“蛋白质变性”等概念名词的具体解释，淡化学科分化产生的分界过清现象。此外，新教材中将“物质进出细胞，即有顺浓度梯度的扩散，统称为被动运输”改为“物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式成为被动运输”，描述重点从“顺浓度梯度的重要性”转为“不消耗能量”，帮助学生系统全面了解其科学本质认识，提高学生掌握水平。

增加道尔顿发现色盲现象相关故事。根据道尔顿的第一篇研究论文《有关色觉的离奇实验——附观察记录》，简化讲述道尔顿在发现自己白天黑夜观察同一朵花颜色不同现象时，和他人眼中花的颜色不同，不断深入研究，背负众人嘲笑之后，终于发现这是一种色盲现象的故事。使用科学家本身的真实案例，帮助学生了解科学本质观在现实中的实际应用，表明科学研究本质需求，加深学生相应理解，发展科学核心素养。

4.关于生物学科、科学本质与社会（sts）交互作用的思考

新旧教材均强调生物学科学习与社会之间的双边作用。一方面，新旧版本教材在前言部分均强调生物研究对社会医药研发、仿生科技等方面的促进作用，另一方面也鼓励学生立足于现有生物知识基础，探讨生物科学潜在价值，在正确使用的大前提下，活化生物科学价值，有机融合生物学科、社会发展、科学本质三方关系，焕发生物科学新活力。

四、关于高中生物教学的建议

（一）激励教师厚植生物学科核心素养

教师作为开展教学活动的关键角色之一，应当时刻关注教材变化趋势。新教材在科学本质观内容比重上的加大，对教师的生物学科核心素养提出了新要求。教师本身对涉及生物学科知识掌握程度，将直接影响学生对知识科学本质认识层次。在学科要求基础之上，教师更应深挖教材背后科学本质，培养自身符合科学本质观化的科研态度，以身作则，言传身教，为学生展示出对科学知识应存的严谨、客观求实的学习风貌。

（二）提高科学本质观认识的教学地位

教师在基础学科知识传授之上，更应注重学生对生物科学本质的认识理解，正确辩证看待所学文化知识，了解知识相关产生背景历史。而科学本质观的实践，给予学生对学科知识客观全面的认识视角，拓宽学生学习知识渠道，侧面提高学生学习效率。科学本质观对“知识”“主体”与“客观存在”的正确认识，也帮助教师在教学过程中启发学生对“知识”进行思考，探究“科学”本身。

（三）多元化学科渗透途径，优化学习习惯

受教材篇幅影响，教材内容大多为概念性内容，科学本质观的呈现方式受到一定限制。教师在教学实践刚落成中，更应自主丰富相关教学活动，通过引导学生识图看表、自主探究、实验实操等方式，深化科学本质观渗透层次，拓宽观念显示渠道，养成学生良好科学认识习惯，培养正确科学学习方式。

（四）培养学生创新思维打造生物科学发展生力军

“科学是范式的转换”“科学革命是世界观的根本改变”，这两大观传统知识的权威形象发起冲击。传统生物学和新生生物学之间的矛盾统一也必将由新一代学者实践。学生在学习现有生物科学时产生的疑问、推导、证伪都将进一步促进生物科学发展，优化乃至衍生出新的知识，反向加快生物科学发展。“后现代的观点否定科学即是真理科学本质观”当中涉及的“否定”并不是一味单纯地质疑，而是经过事实归纳、逻辑演化、大胆假设并付诸于实践之后的成果积累。学生在成功研究思路之上的创新，是立足于科学依据之上的尝试，从无到有，科学的本质属性也正是对未知的不断探索，而这一特性需要学生传承、优化和创造。