加拿大高中生物学教材“科学本质”内容的编写特点与启示

刘杨 王媛媛 刘婉莹

麦格劳一希尔·瑞尔森公司在2013年出版的生物学教材《BC生物学12（BC BIOLOGY 12》>是加拿大高中阶段的主流教材，目前在绝大部分学校使用，对学生理解生命现象、解释生命规律具有重要的价值。《BC生物学12》（以下简称加拿大教材）非常注重“科学本质”相关内容的编写，在教材第一章就详细地向学生呈现了科学研究过程、科学方法、科学理论，以及科学与社会之间的关系。对其进行分析，能够为我国生物学教材中“科学本质”相关内容的修编带来一定启示。

1 显性展示“科学本质”相关内容

较之于隐涵法，明示法更能够帮助学生理解科学本质。因此，教材显性地呈现“科学本质”相关内容，直接向学生诠释科学本质，更有助于学生科学素养的提升。加拿大教材遵循了这一原则，在第一章第二节和第三节向学生显性地展示了科学研究过程、观察、假设、实践（包括设计探究方案、使用模型、收集数据、分析数据）、结论、科学理论、科学与社会的关系等一系列的“科学相关的概念”。这样的设计有利于学生系统地、整体地构建对科学本质的理解，树立科学探究的意识，习得探究过程的思想方法。

2 编制特点

2.1 图文并茂地展示科学研究的具体过程

科学教育要求学生具备“科学以实证为基础，需要严谨的研究过程”这一科学本质观。为实现该目标，加拿大教材在开篇就向学生阐明了生命科学的属性，即“生命科学是基于科学研究而发展的，生物学家在实验室、在野外都在进行着各种各样的探究”。进而，以流程图的方式向学生呈现科学研究的具体过程，并加以文字描述，引导学生从整体上进行认知构建。例如，该教材在科学研究过程流程图中向学生阐述了观察、假设、实验（或进一步观察）、结论、科学理论等概念的内涵以及它们之间的关系（图1）。此外，它还向学生强调了“若原假设在检验中不成立，则需要提出新的合理的假设，再次进行严谨的科学研究”“科学理论是需要一系列相关的科学结论的相互佐证才能得到，才能被公众所认同”。

2.2 案例详解每一项科学能力

加拿大教材在解读每一项科学能力时，并非平铺直叙，而是列举“生活化案例”和“经典科学实例”，帮助学生更好地理解与内化。例如，在解读“观察”这一能力时，该教材介绍“与家人共进晚餐，可以用鼻子嗅美味的食物，可以用眼睛观察家人的表情，可以用耳朵听优美的背景音乐”的生活化案例，以及“亚历山大·弗莱明在检查培养皿时，观察到了霉菌周围存在一个无细菌的区域，深入研究后发现了青霉素”的经典科学实例。这两个案例有助于学生加深理解“什么是观察”以及“如何有效地观察”。在解读“使用模型”这一能力时，教材描述了“使用计算机构建模型研究人类活动可能影响全球气候变化的趋势”和“科学家使用小鼠作为癌症研究的模型，而不是直接使用人体”的案例，帮助学生明晰“模型”在科学研究中的作用。

2.3 问题讨论的方式呈现科学与社会之间的关系

“科学探究受社会和文化影响”是学生必备的一项科学本质观念。为了在教材中渗透这一观念，加拿大教材不但列举案例帮助学生认知科学与社会的关系，而且组织学生就话题进行讨论，以引导学生自行构建科学与社会的价值观念。例如，教材首先以“病毒学、细胞学和分子生物学的研究，生产了能够延长艾滋病患者寿命的新药”“基因治疗能够推动癌症疾病的治愈”“农业科学技术的实施促进了粮食产量，解决了人类温饱问题”等案例，呈现了科学促进社会发展的优势;又以“克隆人会带来的危害”“氮肥、杀虫剂会导致水污染”等案例，展现了科学技术的发展对社会、对自然环境产生的负向影响。之后，进一步向学生抛出话题——“停用科学技术，人类会怎么样？”“滥用科学技术，人类会怎样？”，组织学生进行讨论交流，以引导学生树立“科学技术能够促进社会发展”“科学应受到社会和文化的制约”的价值观念。最后，以“日本核电站危机”为拓展材料，再次组织学生表达观点，进一步论证科学与社会之间的关系。

2.4 组织学生进行科学实践实训

“通过学生的外显行为才能够真正地、有效地诊断学生的科学实践能力。”加拿大教材践行了这一准则，在阐述完科学过程、科学能力以及科学与社会的关系后，紧接着设计了“豌豆/冬小麦的轮作是否会提升冬小麦的产量，是否优于氮肥的使用？”探究实验，组织师生进行科学实践实训。同时设计了一个旁栏，建议师生使用“控制变量法”，设计4组实验，分别是：实验组1（在装有45 kg/ha氮肥的土壤中种植冬小麦）;实验组2（在装有90 kg/ha氮肥的土壤中种植冬小麦）;实验组3（同一块土壤中夏季种植豌豆，冬季种植冬小麦，进行轮作）;对照组4（在不施肥的土壤中种植冬小麦）。师生通过比较4组实验的数据，得出科学的结论。

2.5 设置测评试题，及时评价反馈

加拿大教材在章末设置了一系列的测评试题，来评价学生的科学本质观。其中有直接考查“科学相关的概念”的试题.有以探究活动为载体的考查科学研究过程和思想方法的试题，体现了评价项目的多元化特征。譬如，例1直接考查了学生对“实验组和对照组的关系”的认知;例2和例3则依托探究活动考查学生的科学思维、科学探究能力。

【例1】实验组与对照组有什么区别？

a.两者没有真正的区别，因为两者都是研究的一部分

b.实验组测试了某种事物，而对照组没有测试任何事物

c.实验组接受测试因子的处理，而对照组未接受

d.对照组能够证明结果正确，而实验组不能

【例2】研究人员希望确定三种不同的抗菌洗手液的有效性，他们使用了培养箱、细菌、三种抗菌洗手液、蒸馏水、装有琼脂营养液的四个培养皿等实验器材，实验后得到了如图2所示的结果。请回答以下问题。

a.陳述该实验的假设。

b.该实验探究的变量是什么？

c.对照组和实验组的不同的处理方案是什么？

d.说出对照组和实验组应保持相同的两个条件。

e.描述如何进行实验以达到上面显示的结果。

f.此实验应该收集哪些方面的数据？

【例3】如果你在一家制药公司工作，研发出了一种新的抗癌药物，请概述一系列实验来测试抗癌药物是否有效。

3 启示

科学的本质是科学领域学科区别于其他领域学科的根本特征。学生只有具备了科学本质观，才能理解科学作为一种人类文化所具有的价值，才可以更好地进行与科学有关的社会问题的民主决策。杨文源、刘恩山学者团队研究发现，我国高中生物学教材中科学探究内容的编写尚存在些许不足，仍需要改进完善。分析加拿大教材中“科学本质”相关内容的编写特征，也能够为我国生物学教材的修编带来一定启示。首先，我国生物学教材可汲取该教材的方式，采用明示法，在首章中显性地将科学相关的概念、原理、技能、过程、与社会的关系阐述清楚，引导学生系统地、整体地构建对科学本质的理解。其次，创设生活化或者科学史情境，将明示法与情境化相结合，依托科学内容设计案例，向学生阐明每一项必备的科学能力和思想品质，组织学生在熟悉的生活情境或者经典的科学史情境中认知、讨论每一项科学能力和思想品质的内涵与作用。最后，在教材中设计测评试题、实践活动等多元化的评价项目，引导学生将科学知识和科学相关的知识理解内化并学以致用，将科学思维和探究能力迁移应用到实际的生活生产中，最终形成“理解科学本质”的重要科学素养。

参考文献：

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