中美高中生命科学教材的科学素养训练比较

（一）针对基础知识的训练比较

学生基础知识的全面程度和扎实程度是科学素养的重要评价标准之一。有了坚实的基础知识，才能运用在之后的科学研究中，在前人发现的基础上有所改良或创新，推进生命科学继续发展。培生版《生物学》总共有8个主题单元，35章的内容，每章中包括3～4个小节，目前作为高中9～10年级的生命科学教材。麦格劳-希尔集团2012年出版的Glencoe Science系列Biology总共有9个主题单元，37个章节的内容，作为高中11～12年级的生命科学教材。上海版《生命科学》教材不按主题单元划分，必修三册教材共有10章内容，拓展型教材有4章内容。单从信息量看，美国高中生命科学教材的信息量更多一些。中美高中生命科学教材中涉及的基础概念一致性较高，都是在生命科学发展史上的重要的科学发现，对比如表3-8。

表3-8　中美教材对比

续表

以培生版《生物学》为例，其中单元1对应上海版《生命科学》必修单元1和2的内容，上海版《生命科学》必修单元2涉及维生素的知识，培生版《生物学》将维生素的内容作为人体营养的一部分。培生版《生物学》的单元2生态学的基础知识比上海版《生命科学》必修单元10生物多样性中的内容面广且深入，上海版《生命科学》单元10中人口与生物多样性的小节是选学的内容。培生版《生物学》的单元3对应上海版《生命科学》必修单元3、4和7的内容，细胞的结构特征、光合作用、呼吸作用以及细胞分裂和分化。培生版《生物学》的单元4对应了上海版《生命科学》必修单元6和8的内容。培生版《生物学》的单元5对应上海版《生命科学》必修单元9。培生版《生物学》的单元6是经典的分类学的知识，从病毒、原核生物、原生生物、真菌到植物的形态、繁殖和对外界的反应；上海版《生命科学》将微生物的内容放入了拓展单元1中，病毒的内容在必修单元3中，植物的内容只涉及生长发育的调节（植物激素的发现以及作用），安排在必修单元5中的一节。培生版《生物学》的单元7中有关动物对外界的反应对应上海版《生命科学》必修单元5中的第一节；培生版《生物学》的单元7中有涉及动物的进化和分类，动物的消化、呼吸、循环、排泄等系统特征和动物的经典行为，这些方面的基础知识上海版《生命科学》因为课时有限和教学要求并没有涉及。培生版《生物学》的单元8人体系统中覆盖消化排泄、神经系统、骨骼肌肉系统、循环和呼吸系统、内分泌生殖系统以及免疫系统；上海版《生命科学》必修中主要涉及神经系统、内分泌和免疫系统相关基础知识；上海版《生命科学》拓展中涉及人体的内环境和自稳态，人体对pH、体温、血糖、血脂和血压的调节。培生版《生物学》有关人体的这一单元知识内容相较于上海版《生命科学》更加全面。但无论是培生版《生物学》还是上海版《生命科学》，都包含生命科学发展史上里程碑的科学发现，比如细胞结构的发现、光合作用、呼吸作用、细胞分裂、遗传物质DNA结构的解析、遗传密码子的破译都编入了教材中。这些内容都是生命科学学习过程的重点内容，重点知识的训练十分相似。

生命科学是一门研究生命活动和规律的科学，与人类的日常生活、疾病健康最为密切。而20世纪生命科学有许多重大的发现，极大地推动了这门学科的发展。所以生命科学的基础知识面相较于其他学科是最广的，专业词汇也是最多的。国外教材的编撰理念是保证生命科学知识体系的完整性，随着学生认识理解水平的上升，教材的难度相应地呈现螺旋式上升的趋势。国外生命科学教材几乎都是厚厚的一本，初中教材中出现过的基础知识的概念会加深难度后再编入高中的生命科学教材中，让学生一直都在重点概念的反复训练和学习过程中。国内的高中教材也会承接初中的基础知识，但是教材的编排更注重学术性。国外的高中普通生物教材的信息量可以拓宽学生的知识面，包含了所有生命科学的大主题内容。学有余力的同学还可以根据自身能力选择IB或AP生物教材。IB和AP生物教材以大学一年级基础课程的难度进行编排，为了更好地承接高中与大学的学习，并选拔对于生命科学有兴趣、有志向、有能力的学生作为以后生命科学相关专业的后备军。

上海生命科学教材对基础知识的要求分为三个层次：知道、理解和掌握。国外教材对基础知识的要求为描述、理解和掌握。由此可见，国内外生命科学教材对基础知识的要求也类似。在大致要求相似的情况下，国内外的教材对基础知识的深度、顺序等依然有不同的侧重，下面举例讨论。

培生版《生物学》第2章介绍生命的化学物质，第1节中先介绍原子、中子、质子等化学基本概念，接着介绍化合物的性质，然后介绍不同类型的化学键。第2节中介绍水的化学式的极性、水分子之间会形成氢键，然后从化学键的本质让学生了解水的内聚力、粘附力、比热容大和良好的溶剂等特性，以此解说水分子对于生物体的重要作用。上海版《生命科学》介绍水的重要性从生物体本身的含水量，以及不同代谢速度的器官中的含水量等比较数据中开始，让学生直观地了解水对于生物体生存活动的重要性。这一例子反映了国外生命科学教材基础知识注重学科之间的联系，生命科学的教材中会结合相关的化学基础知识；国内的生命科学教材则从生命科学学科本身的角度，通过横向纵向的比较加强学生的认识与理解。此外，生命的物质基础，培生版《生物学》主要讨论四大有机化合物（碳水化合物、脂类、核酸和蛋白质）的结构和功能，但是上海版《生命科学》除了重点讨论有机化合物的内容，还有一页的篇幅介绍对生物体重要的无机盐离子，如Fe2+是血红蛋白的重要成分，Ca2+是构成骨骼、牙齿的重要成分，Mg2+是叶绿素分子的必需成分，植物缺少一些无机盐离子会影响植物的健康状态。培生版《生物学》将无机盐离子放入第30章第2节有关人体的食物与营养中，用表格的形式列出对人体健康至关重要的矿物质元素。

上海版《生命科学》第3章是关于生命的结构基础。第1节先从细胞膜的结构开始发散出去，接着介绍物质通过细胞膜的方式（被动、主动运输），细胞的渗透作用（吸水和失水），细胞膜对信息的接受。第2节介绍细胞核和细胞器、动物细胞、植物细胞、真核和原核细胞的特点。第3节介绍非细胞形态的生物病毒的结构等信息。培生版《生物学》第7章介绍细胞的结构基础，其中将观察细胞的显微镜的分类和特点作为基础知识编入第1节，上海版《生命科学》则把显微镜的知识作为发现之路里的课外阅读内容。第1节除了显微镜的知识，还接着介绍真核和原核细胞的特点。第2节介绍细胞的结构，由里向外从细胞核、细胞器，最后介绍细胞膜、细胞壁，利用图表比较动植物细胞结构的差异。第3节则开始介绍细胞的跨膜运输。第4节介绍稳态与细胞，重点介绍多细胞生物体中细胞的结构组织层级和细胞间的交流。这一例子得出一些教材的差异：

1.上海版《生命科学》的知识引入由小分类到大分类，细胞结构的介绍由外及内；从一个基础知识开始，然后发散介绍相关的其他基础知识，而且强调重点的基础知识，有时将它们单独列出一个小标题来介绍，有利于学生捕捉重点。培生版《生物学》的知识引入模式先大分类再小分类，细胞结构的介绍由内及外，先树干再树枝，先主干知识再枝干知识或者一些细节的知识，其优点是层次关系分明，对于知识体系的框架构建清晰。

2.培生版《生物学》对细胞骨架有比较详细的介绍，讲解水分子的跨膜运输时提到水孔蛋白；上海版《生命科学》并不涉及这两个知识点。培生版《生物学》知识面相对宽一些，而且教材的更新也相对迅速，所以会加入研究中新发现的知识。上海版《生命科学》讨论细胞渗透作用时，以植物细胞形态变化为主；而培生版《生物学》讨论得更加细致一些，分别讨论渗透作用对植物细胞和动物细胞形态变化的影响，并进行对比。

3.培生版《生物学》利用图片和表格形式对比一些知识，更加直观，有助于学习记忆。上海版《生命科学》会将基本或者重要的实验技术作为学生必须了解的内容。

4.上海版《生命科学》在此章介绍了病毒的结构；培生版《生物学》将病毒的知识编入20.1章节，先于介绍其他的细胞形态的生物。(www.xing528.com)

（二）针对批判性思维的训练比较

批判性思维是当前各国教育者共同追求的理念。批判性思维旨在很好地理解书本中的基础知识，不盲从，敢于质疑并且有自己的辨析，有独特的思考方式，不受传统思维局限。批判性思维包括了综合性的思维能力，不单单只有质疑能力，也不是为求异而批判。

批判性思维的训练具有以下重要意义：

1.有利于增强学生的学习能力。加深学生对生命科学相关知识的理解，并将书本知识转为自己的知识体系中的一部分。根据知识本源，学生可以运用生命科学的理论知识解释生活中的客观现象，能自我归纳、总结相关生命科学知识。

2.有利于提高学生的学习自主性。在学习过程中，如果学生质疑教材上的知识，就会提出自己的问题，然后尝试解决自己的问题。学习的效率大大提高，学生能体验到解决疑惑的愉悦。

3.有利于学生创造性思维的培养。批判性思维是创造性思维的主要源泉。

上海版《生命科学》和培生版《生物学》有一个共同的特点，即每小节的开始，都会给出核心的问题呈现给学生，让学生在学习相关的知识前先进行自己的思考。例如上海版《生命科学》4.2节光合作用的关键问题：光合作用在哪里进行？光合作用是怎样进行的？培生版《生物学》8.1节能量与生命的问题：①为什么ATP对细胞是重要的？②在光合作用的过程中发生了什么？8.2节光合作用概述的问题：①色素分子在光合作用中有什么作用？②电子载体分子是什么？③光合作用的反应物和产物是什么？8.3节光合作用的过程的问题：①光反应的过程？②暗反应的过程？③什么因素会影响光合作用？培生版《生物学》中的先导问题相比上海版《生命科学》更多。

在主体内容之中也有许多思考的问题，依然以光合作用为例。上海版《生命科学》在介绍完光合作用发现历史后提问：“根据前人的探索，你能写出光合作用的总反应式吗？”讲解叶绿体中色素的知识时将探索问题放入实验，直接以实验的内容引入和说明相关知识。讲解影响光合作用的因素时，也是用实验的方式引入，思考的问题也是与实验相结合的。之后提问：“冬天在温室栽培蔬菜等作物时，可以采取哪些措施来提高作物产量？作物种植过稀过密都会影响产量，你能谈谈其中的原因吗？”培生版《生物学》主体知识中也有一些思考问题：“请解释为什么大多植物在绿色光下都长得不好？”“请观察类囊体在叶绿体中是如何排列的？”这一例子，提问是批判思维的第一步，先利用教材的提问让学生开动脑筋，然后提高学生的主动性，鼓励学生多提出自己的问题。上海版《生命科学》在内容之后的问题有些是归纳总结性质的，有些是需要联系实验和生活的问题，也有些难度。培生版《生物学》主体知识中的问题大多是强调重点或者总结的问题，问题在前文的阐述中大多都能找到。将实验内容和知识性内容融合编排是上海版《生命科学》的一大优点。

章节之后的思考题也是训练批判性思维的一种手段。培生版《生物学》第8章光合作用，课后简短的思考题中先有2～3道问题关于重点知识的回顾和概括，然后有1道综合性强或应用性强的问题。比如：第1节中最后一道问题是“回顾第3章能量的流动和营养物质的循环，光合作用是如何影响这两个方面的？”这道题联系之前的内容，需要不同主题内容之间的联系。第2节中有一道习题是需要自己动手画叶绿体并标注结构。在光合作用这一章的最后还有重点概念的小总结。针对每一节的内容有5～7道概念考察题（Understand Key Concepts）以及2～3道思维训练题（Think Critically）作为总结训练。

上海版《生命科学》练习部分是独立于教材的，4.2节包括培生版《生物学》中两节的内容，练习册中1～7题是选择和填空类型的客观题，8～9题是思考性强的简答题。课后练习题的安排模式类似，由简到难，由概念和归纳总结的题目到发散联系的思考性强的题目。

培生版《生物学》虽然与实验的教材独立编排，但是教材知识后面有一个探究实验思考问题（Inquiry）或者分析数据的思考题。8.2节在知识最后有一个快速实验是“Quick Lab”：在光合作用中有什么副产物生成？给出这个实验操作和所用的材料和试剂。这里用一种藻类植物装入试管，并将试管放入碳酸钠的溶液中，放在有光照的条件下，15分钟左右观察水藻叶子的变化。这个实验可以作为课堂的演示实验，操作方便，让学生参与观察、思考和分析。第3节讨论影响光合作用的因素中有一个图表数据分析的思考型问题。题目中x轴是光照强度，y轴是光合速率，比较阳生植物和阴生植物在光照强度下的不同生长状态。第一题是读图的问题，第二题是根据图表推测，第三题是让学生构建一个假设。培生版《生物学》比较重视学生对图表数据的理解分析，有利于学生学习用图表的形式直观地呈现实验数据，清晰地展现变化趋势。图表数据分析的训练在上海版《生命科学》中比较少。由此可知，中美高中生命科学教材均利用提问和习题的方式来训练学生的批判性思维。培生版《生物学》多采用图表的形式，上海版《生命科学》主要是结合实验思考过程进行训练。

培养学生的批判性思维，也需要很好地了解前人的实验设计和研究成果。科学史的介绍有助于学生了解前人的发现历史，比较不同科学家的实验设计如何一步步地推进发现的进程。

以DNA是遗传物质的发现章节为例。上海版《生命科学》将英国细菌学家格里菲斯（Griffith）的肺炎双球菌转化实验安排在课后的阅读与思考中；在DNA是遗传物质发现的历史中主要介绍赫尔希（Hershey）和蔡斯（Chase）的噬菌体侵染细菌的实验；介绍DNA分子的双螺旋结构中只提及沃森和克里克。培生版《生物学》中重点介绍了肺炎双球菌转化实验以及噬菌体侵染细菌的实验；DNA的结构解析中介绍了科学家夏格夫（Chargaff）的互补配对原则和罗莎琳德（Rosalind）X射线衍射图，沃森（Watson）和克里克（Crick）的DNA的模型；最后给出了DNA发现这一生物学发展的里程碑的时间表，包括最初概念的提出、DNA结构的解析、人类基因组计划，重要的研究突破的年份以及科学家都标记在时间轴上，更加清晰地了解科学研究的进展。

中美的生命科学教材对重大的历史发现的科学史都有所涉及。培生版《生物学》更加重视科学史的内容，在教材中出现的频率更高，列出的事件相对较多，而且将科学大事件直接清晰地展现在时间轴上，并且延展到当前的一些重要研究事件中，科学史事件跨度更长。虽然科学史的内容大多都不是考试要求记忆的，但只有充分了解前人的发现，才能真正地进行自己的独立思考和创新。这一点国内的必修教材可以取长于国外的生命科学教材。上海拓展型生命科学教材中包括微生物发现研究的科学史，以及几个可以探究的小课题，鼓励学生去独立开展、观察、记录、分析、思考，来帮助学生建立科学研究的基本素质，相比较于必修教材更能促进学生的批判性思维的养成。