中美高中生物学教材“遗传与进化”模块部分实验难度比较

徐婧 任山章

摘要：“遗传与进化”模块是中关高中生物学教材中共有的必修内容之一，通过构建生物学实验难度模型，从实验目标、实验器材、实验步骤、数据处理、分析讨论5个难度指标对中关教材中主题相同的实验难度进行比较研究。得到以下启示：借助制作模型，达成实验目标;关注分析讨论，培养科学思维;合理提供器材，注重数据处理。

关键词：中关教材 遗传与进化 实验难度比较

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

生物学是一门以实验为基础的自然科学。实验不仅是教材的重要组成部分，也是培养学生生物学学科核心素养的主要途径。“遗传与进化”模块是中美高中生物学教材中共有的必修内容之一，有助于学生建立进化与适应的生命观念。《科学发现者·生物生命的动力》（《Biology：The Dynamics ofLife》）是美国高中生物学主流教材之一，在美国使用较广（以下简称美国教材）。通过中国教材2019版《必修2·遗传与进化》教材（以下简称中国教材）与美国教材“遗传与进化”模块中的部分实验进行比较，从中得到一些启示。

1实验难度比较

1.1构建生物实验难度模型

生物实验的难度水平也是评价不同版本教材的重要指标。在此主要通过构建生物实验难度模型来进行比较研究。此模型是以鲍建生教授建构的数学题综合难度模型和陈玉彬的物理实验综合难度模型为基础，针对生物学科的实验特点，构建了实验目标、实验器材、实验步骤、数据处理、分析讨论5个指标的生物实验难度模型。实验目标依据个数分为4个等级;实验器材分为1-4个、5-8个、9个及以上3个等级;实验步骤也依次分为1-4个、5-8个、9个及以上3个等级;数据处理分为简单处理、简单运算、图表分析3个等级;分析讨论依据问题的个数分为1-2个、3-4个、5个及以上3个等级。等级由低到高从1开始依次赋值。

其中，上式中的di（i=l，2，3，4，5）依次代表实验目标、实验器材、实验步骤、数据处理、分析讨论五个难度指标上的取值;dij为第i个难度指标上的第j个等级水平的权重取值（依次为1、2、3、…）;“nij”则表示这版本教材中属于第i个难度指标的第j个等级水平的实验的个数，n为该版本选择比较的实验个数。

1.2中关高中生物学教材中“遗传与进化”模块共有实验难度比较

为了使实验具有一定可比性，本研究选取了中国教材和美国教材“遗传与进化”中主题相同的实验作为研究比较的对象。因此，在这两个版本的教材中分别选取了孟德尔遗传定律、减数分裂、人类遗传病、DNA分子的结构、基因频率5个主题，共计10个实验进行评分和统计，见表1。

将表中的加权平均数绘制成雷达图，得到两个版本生物学教材“遗传与进化”模块中相同主题实验的难度模型图（图1）。

从总体上看，美国教材在实验设置的难度各方面較中国教材均衡。中国教材在实验目标、数据处理这两个难度因素方面要偏难一些，而在分析讨论、实验器材这两个维度美国教材难度水平高于中国教材。两个版本的实验步骤难度水平基本一致。

以减数分裂主题为例，在实验目标难度方面，中国教材通过减数分裂模型制作活动演示减数分裂过程，加深学生对减数分裂过程的理解。美国教材通过模拟染色体交叉的迷你实验，使学生理解交叉互换的概念。中国教材对学生提出了更高实验要求，要求学生不仅能够明白相关概念，也要理解整个减数分裂过程。就分析讨论难度来看，中国教材从减数分裂形成的子细胞数目以及分裂过程中染色体的数目变化进行了讨论;美国教材从预测、比较、类比、理性思维、评估5个方面对实验进行了分析。美国教材更加注重在实验完成后，对实验过程及结果运用科学思维进行分析解读。在实验步骤难度方面，中国教材实验分6步进行，美国教材共有5步，两版教材难度水平相差不大。在基因频率主题中，中国教材用数学的方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化。美国教材给学生提供彩色铅笔、纸袋、绘图纸、白色豆和杂色豆等实验器材，让学生动手模拟自然选择计算等位基因的频率，对数据的处理以折线图的方式呈现。就实验器材而言，美国教材注重动手操作器材，借助实践活动记录数据来得出结果。

2启示

2.1借助制作模型.达成实验目标

在减数分裂的主题实验中，中国教材和美国教材都借助制作相关模型来达成实验目标。利用身边的材料制作一些有关生物结构的模型，学生在亲自参与制作模型以及运用模型来解决生物学问题时，不仅能够加深对知识的理解领悟而且能使自身动手操作能力提高。迷你实验具有激发学习兴趣、加深理解和巩固所学知识、提高实验操作技能、将科学与生活实际相联系的功能。教师在教学中，可以借鉴美国教材中的迷你实验。

2.2关注分析讨论，培养科学思维

科学知识的获取不仅需要按照实验流程进行实验操作，更需要对所获取的实验数据和结果运用逻辑思维进行分析解读。在讨论分析环节，教师可以借鉴美国教材，从不同的角度出发，引导学生进行深度思考，不仅要关注知识层面，也要注重能力提升，使学生能够通过分析做出科学的合理解释，得出正确的实验结论，形成自己的科学认知，进而逐步培养和发展学生的科学思维。

2.3合理提供器材.注重数据处理

实验器材是学生动手操作的前提条件。在实验过程中，教师可以依据目标提供数量合适的实验器材供学生利用。数据的处理有助于学生科学概念的形成和实证意识的提升。在数据分析时，教师可以借助数学工具，绘制图表建立数据之间的量化关系，引导学生意识到数学不仅是数据处理的重要工具。这也是逻辑推理的有效手段，科学分析数据才能得到准确结论。