高中《生物学》不同版本教材必修模块实验活动分析与教学启示

1、PAGE 8 -高中生物学不同版本教材必修模块实验活动分析与教学启示于佳萍闫白洋摘要在新课程新教材推行的背景下，对6版高中生物学必修教材在实验活动编排、实验活动探究层次和评价方向进行了分析和比较，并提出了新教材实验教学的启示，为一线教师提供参考。关键词双新背景高中生物教材实验活动教材比较中图分类号G633.91文献标志码B普通高中生物学课程标准（2022年版2022年修订）（以下简称课程标准）提出了新时代高中生物学教学改革的方向是发展学生的生物学学科核心素养。教材编写是在课程标准基础上的一次再创造，围绕一本课标，全国共出版6版各具特色的教材，为教师的教和学生的学提供了重要载体。笔者对比了人民教

2、育出版社（简称“人教版”）、北京师范大学出版社（简称“北师大版”）、上海科学技术出版社（简称“沪科版”，主要在上海市使用）、上海科技教育出版社（简称“沪教版”，主要在山东省使用）、浙江科学技术出版社（简称“浙科版”）、江苏凤凰教育出版社（简称“苏教版”）6个版本必修教材中实验活动，提出实验活动的教学启示，为新课程、新教材（简称“双新”）实施过程中的实验教学提供参考。16版高中生物学必修教材实验活动编排比较课程标准在必修板块的“教学提示”环节中共提出了19个活动建议，不同教材对其进行了分解或合并，但均包括了课程标准中“教学提示”建议的实验活动。在实验数量（定量实验数）、实验活动栏目名称、实验编排

3、结构、拓展实验（“教学提示”建议外的实验）等方面各有所长、特色鲜明，见表1。从实验数量（定量实验数）可以看出，6版教材必修部分实验总数在1720之间，相差不大，定量实验沪科版最多，达到8个，其次是北师大和沪教版。从实验活动栏目名称可以看出，北师大版、沪科版和沪教版实验栏目较为聚焦，明确了实验活动的性质，如观察、实验、建模、调查。实验编排结构多体现了实验目标、器具材料、实验步骤和讨论分析等科学探究过程。人教版和沪科版教材在部分实验后设置了进一步探究的环节，拓展学生的思维广度和宽度。例如，沪科版在“观察叶绿体和细胞质流动”实验后设计了“丙二酸钠可抑制细胞能量的产生，分别用物质量浓度1mol/L丙二

4、酸钠溶液和冰水引流，观察到怎样的现象”的实验。除了课程标准中“教学提示”建议的实验外，6版教材或多或少都设计了拓展实验，如北师大版设计了“制作姜汁撞奶”“注射器釀酒”等，苏教版设计了“利用尿蛋白试纸检测尿液是否含有蛋白质”等。26版高中生物学必修教材实验活动探究性比较课程标准中科学探究核心素养是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。实验活动是培养学生科学探究素养的重要路径，实验活动设计的探究层次至关重要。笔者借鉴Herron修正的“实验活动探究层次”，对6版高中生物学教材实验活动的探究层次进行定量分析，结果见表2

5、。6版教材实验活动的探究层次多位于水平1，呈现给学生研究的问题和步骤，学生只需按照步骤整理记录实验现象或结果并分析。浙科版和人教版在探究层次2的水平分别设计了6个和5个实验，沪科版和苏教版都设计了4个，主要集中在模型建构类实验和“探究不同环境因素对光合作用的影响”上，均隐去了具体的实验操作，通过资料参考或引导式思考，如分析自变量、因变量、无关变量、实验设计原则等，由学生小组自行设计实验方案。苏教版在“探究酵母菌的呼吸方式”上进行了大胆突破，设计了层次3的探究实验，通过图片提供了一位学生设计的探究酵母菌呼吸方式的实验装置，要求小组在分析该学生的探究活动后提出有关酵母菌呼吸方式的问题，不同组在探究

6、问题，装置、材料等方面都可能存在差异，更具有开放性。36版高中生物学必修教材实验活动评价方向比较6版高中生物学必修教材实验评价试题均通过“分析与讨论”等类似的方式进行。现以课程标准中“教学提示”建议的“影响酶活性的因素”实验为例，分析6版教材的评价方向和评价要点。运用科学思维和科学探究是科学的本质属性之一，6版教材的实验评价均聚焦科学探究和科学思维素养的评价，见表3。多是评价学生对实验结果的分析，聚焦科学探究水平二的评价;也有要求学生设计实验方案，如沪科版要求学生设计探究pH对酶活性影响的实验方案，聚焦科学探究水平三的评价。对科学思维的评价主要是在给定情境中，要求学生运用生物学原理展开探讨解释

7、或判断，如人教版在探究活动后，请学生探讨在酶制品的储藏、运输和使用过程中，应该注意的问题，并做出解释，聚焦科学思维水平三。也有要求学生以特定生物学事实为基础解释相应的生命现象，如人教版要求学生尝试应用酶的化学本质知识，解释本组结论，聚焦科学思维水平二。纵观所有实验活动的“分析与讨论”环节，还涉及了讨论实验现象的意义、判断替换材料的可行性、在新的变化情境下，应用规律或原理，解决实际生活问题或提出可行方案建议等不同层次的评价方式，助推学生通过实验活动发展科学思维和科学探究能力。46版高中生物学教材实验活动比较后的启示4.1开发定量实验，彰显学科特质人类认知从定性到定量，反映的是从现象到本质的规律，

8、是科学发展的必然。定量研究侧重数量化的统计分析。相比定性实验，它作为一种演绎的、寻求预测和解释性的研究，利于深入了解各种物质或生物现象的特征，发展科学思维能力。例如，沪科版教材在蛋白质成分鉴定定性研究的基础上，增加了“食物中蛋白质含量测定”，在操作中培养定量意识;在质壁分离实验中增加“数据处理”环节，通过绘制描述坐标曲线，在表述实验结果中培养定量意识;在叶绿体色素的提取和分离以往操作中，加入了“叶绿素含量测定”，在观察测量中培养定量意识。因此，教师在实验教学中要加强定量实验的研究，引导学生主动进行实验探究，收集实验数据，分析实验数据，得出实验结论等。定量实验不仅可以提升学生科学探究的严谨性，也

9、能提高学生的科学思维能力。4.2丰富探究形式，延伸探究主题为增加学生探究活动的积极性，调动学生的思维活跃度，各教材在科学探究过程的基本框架下，呈现了丰富的探究活动形式。例如，人教版教材通过提供探究活动的参考资料代替固定的实验步骤，学生可以此为启发开展有个性的探索;苏教版教材借助“实验指导”展示某研究小组的数据报告、设计方案或装置图，引导学生分析已有探究活动并提出新的相关研究问题。科学探究实验教学不能局限于已经得出的结论，学生也会产生新的疑问或探究灵感，教师在教学中，可在探究主题后适度留有学生进一步探索的弹性。例如，人教版教材在“影响酶活性的条件”后引导学生可进一步探究“不同温度或pH条件下酶的

10、活性差别有多大”，让学生更接近于“像科学家一样思考”，形成一条探究链。实验活动的情境化设计也是丰富探究形式的重要方式，教师在实验教学中可以探究问题情境化、探究过程情境化，或探究结果的情境化等。例如，沪科版以某岛上不同海龟在食物缺乏的情况下，分趾海龟（WW、Ww）个体数每年减少20%为背景，请学生探究“自然选择使种群基因频率发生变化”规律，丰富实验活动的趣味性。北师大版真核细胞亚显微结构模型制作后，以制作“胰腺细胞分泌消化酶”模型，需要重点呈现哪些细胞结构为情境，帮助学生通过建模加深结构与功能相适应的生命观念。4.3关注探究本质，实施多元评价科学探究有助于学生理解科学知识的发展过程，有助于学生认

11、同人类研究解释世界的方法，让学生更好地理解科学知识。教材实验活动的设置融入了多元评价的思想，通过学生自评、生生互评、师生互动综合评定实现评价主体的多元化，如浙科版在“探究酵母菌的呼吸方式”设计探究活动方案环节，指出“小组在充分讨论并与教师交流获得认可后開展实验”。评价内容关注对学生科学思维和科学探究能力的促进和提升。例如，人教版在学生制作了DNA双螺旋结构后，进一步请学生在此基础上阐明“DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能储存足够量的遗传信息”，评价其归纳与概括能力;请学生“根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式”，评价其创造性思维能力。多样化的评价方式增加了教材实验活动的丰富性。除实验

12、室探究外，各版教材也设置了丰富的模型制作、社会调查等活动，以评价学生的团队合作能力。例如，沪教版建议学生以小组为单位，组内分工调查常见的人类遗传病，汇集数据绘制图谱，计算发病率，并走访专家或医生，探讨发病机制和预防措施。4.4联系社会生活情境，实验分析生活化生物学学科核心素养是学生解决真实情境问题所需的关键能力、必备品格和价值观念。因此，在实验教学中，在关注实验过程、结果本身的讨论外，教师要注意渗透若干与生活情境相联系的讨论话题，激发学生基于证据与事实参与社会议题的讨论，或提供参考建议，培养学生实事求是的科学态度，激发学生学习的参与感。例如，沪教版在“探究不同环境因素对光合作用的影响”的分析讨论3中，要求学生讨论“人们常用人工照明方式提高设施农业的作物产量，选用什么光质的灯具可达到节能高效的目的”，引导学生关注生产中的经济效益;沪科版在“叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定”分析与讨论2中，请学生“根据色素条带结果，推测从盛夏到深秋银杏叶片中色素种类会有怎样的变化”，发展知识迁移能力。5结论与反思6版高中生物学教材在实验活动整体设计上各有所长，为教师和学生提供了宝贵的参考学习资源。本研究重点对6版教材实验活动的探究层次和“分析讨论”栏目中的科学思维水平进行比较分析。笔者建议教材编写者适当关注实验活动“分析讨论”中问题呈现的思维发展层次，