論生物學科教材分析及知識重構(gòu)

鄭春和 劉恩山

（1 北京市第四中學 北京 100034 2 北京師范大學生命科學學院 北京 100875）

教材分析是教師掌握和駕馭教材的重要手段，也是單元教學設(shè)計的起始環(huán)節(jié)，教材分析的力度直接影響課堂教學質(zhì)量。怎樣進行教材分析？

1 教材分析是教學設(shè)計的基礎(chǔ)

一般認為，教學過程是師生憑借教材展開的互動過程，教師、學生和教材是教學過程的基本要素。現(xiàn)代教學理論認為，課堂是由多種要素構(gòu)成的教學系統(tǒng)，諸要素相互作用的關(guān)系如圖1所示。

圖1 教學系統(tǒng)組成要素及關(guān)系圖解

在教學系統(tǒng)的組成要素中，“學生是主體、教師是主導”，打造有效課堂應堅持師生互動、民主平等和教學相長的基本原則。目標（為什么教）、教材（教什么）、教法（怎么教）和評價（教得怎么樣），是核心要素。空間、時間和資源則是教學過程與方法實施的保障要素。教學系統(tǒng)諸要素之間的關(guān)系錯綜復雜，單元教學設(shè)計以發(fā)展學生核心素養(yǎng)為導向，以知識結(jié)構(gòu)為依托，以學生活動為主線，以師生互動作動力，以課堂氛圍促評價。因此，只有妥善協(xié)調(diào)諸要素之間的關(guān)系，實現(xiàn)教學過程最優(yōu)化，才能提高課堂教學質(zhì)量。

在備課及教學設(shè)計過程中，尤其要處理好目標、教材與教法三者的關(guān)系。實踐表明，教學目標的確定是以單元知識點為依據(jù)的。教學過程的設(shè)計思路，學生活動程序的編制，教學模式的選擇，都是依據(jù)目標與任務確定的。因此，在單元教學設(shè)計中，教什么制約著為什么教和怎么教，教材分析透徹和知識梳理到位，是教學設(shè)計必要的知識基礎(chǔ)。

2 知識重構(gòu)是教材分析的重要任務

學科教材包括：課程標準、教材和教學參考書，以及與教材配套的學生練習冊。教材分析的主要任務是：領(lǐng)會課程內(nèi)容的具體標準，梳理教材單元知識要點，重構(gòu)單元知識結(jié)構(gòu)。

2.1 課程標準為學習內(nèi)容分析提出唯一標準“內(nèi)容聚焦大概念”是高中生物學課程的基本理念之一。它強調(diào)必修和選擇性必修課程的教學內(nèi)容聚焦大概念，堅持“少而精”的原則，“精簡容量、突出重點、切合年齡特點、明確學習要求［1］”。顯然，學習內(nèi)容分析必須遵循此標準。

此外，課程標準對“生命觀念”的詮釋，必修和選擇性必修課程大概念的內(nèi)容要求、教學提示和學業(yè)要求，也是教師分析教材的指南。

課程標準還指出，“圍繞著生物學大概念組織并開展教學活動，能有效地提高教學效益［1］”，為此分析教材應把握課程內(nèi)容的概念體系。每個概念體系由大概念（一級）、次概念（二級）和專題概念（三級）組成，每個概念層級的數(shù)目統(tǒng)計如表1。

表1 課程標準規(guī)定的概念層級

分析得知，上述2 個課程內(nèi)容的大概念及其次概念，都是用命題句式陳述的；近百個專題概念的命題陳述句，皆用行為動詞詮釋其認知水平。因此，厘清課程內(nèi)容的概念體系，有助于掌握單元知識結(jié)構(gòu)及地位，突出教學重點，把握知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系。

2.2 教材是落實課程目標的基本教學資源 課程標準指出，教材編寫應體現(xiàn)“以立德樹人為導向，以核心素養(yǎng)為基準［1］”的基本原則，教材內(nèi)容的選擇、組織和呈現(xiàn)方式應堅持課程內(nèi)容的具體標準（圖2）。因此，教材是編者遵循編寫原則對課程內(nèi)容的再組織、再加工和再創(chuàng)造，是落實課程目標的基本教學資源。按照課程及教材改革的精神，教材不再是師生教學行動的綱領(lǐng)性文件，而是服務師生教學過程的得力工具。為此，教師了解教材編寫的基本原則，有助于領(lǐng)會編者思路和教材精髓，熟悉和駕馭教材，充分發(fā)揮教材的工具作用。

圖2 生物學教材編寫原則

不同版本的教材各有特色，但基本結(jié)構(gòu)大致相同（圖3）。章節(jié)目錄是依據(jù)課程概念層級擬定的，每節(jié)（單元）教學內(nèi)容圍繞某個專題概念展開。教材分析主要指梳理單元知識結(jié)構(gòu)，一方面明確本單元在全章的地位及其承載的發(fā)展學生核心素養(yǎng)的側(cè)重點（目標）；另一方面對單元教學內(nèi)容（任務）做到心中有數(shù)，故教材分析亦稱之任務分析或?qū)W習內(nèi)容分析。教材中的學生活動體系、教師導學體系和教學評價體系等，也是教學設(shè)計不可或缺的資源。

圖3 中學生物學教材體系圖解

在教材的目標體系中，知識結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)組分，學科思想、價值觀念和基本技能皆蘊含在知識體系之中。因此，知識結(jié)構(gòu)的完整性、系統(tǒng)性、科學性、時代性和應用性，是衡量一本教材質(zhì)量和生命力的具體標準。

中學生物學的單元知識結(jié)構(gòu)包括：專題概念（節(jié)標題）、知識組分類別、知識要點層次、知識呈現(xiàn)方式等（圖4）。教師研讀教材的目的在于：梳理知識組分，把握知識點的結(jié)構(gòu)聯(lián)系，找出重要概念的陳述句，抽出其中的關(guān)鍵術(shù)語，重構(gòu)單元知識要點的層次結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，做到游刃有余地駕馭教材。

圖4 中學生物學單元知識結(jié)構(gòu)圖解

2.3 教學設(shè)計重視知識重構(gòu)的原因

1）研讀教材會發(fā)現(xiàn)，教材結(jié)構(gòu)邏輯與學生認知邏輯并不一致，備課時通過知識重構(gòu)能協(xié)調(diào)二者關(guān)系。例如，教材中“減數(shù)分裂”單元知識點的次序通常是：概念定義、例證分析、比較區(qū)分、實驗驗證、概念應用。顯然，與已知到未知、現(xiàn)象到本質(zhì)、具體—抽象—再具體等學生認知思維活動不甚協(xié)調(diào)。備課時若將單元知識點順序調(diào)整為：比較區(qū)分、例證分析、實驗驗證、形成概念、應用概念，二者邏輯關(guān)系的不協(xié)調(diào)性則迎刃而解。

2）課程及教材改革實施“一個標準、多版本教材”的策略，地區(qū)或?qū)W校對教材使用可有所選擇。教師備課時也會閱讀多本教材，對單元內(nèi)容進行比較、選擇和重組。例如，“染色體與遺傳”單元主要概述染色體學說的提出過程（假設(shè)、推理、驗證）、基本論點、理論意義。有的教材對薩頓推理方式引起爭議，但提供的驗證方式及論據(jù)，既有經(jīng)典實驗法，又有現(xiàn)代極具直觀性的熒光標記法。多數(shù)教材對染色體學說基本論點的闡述過于簡單，不足以解釋染色體與遺傳的關(guān)系。進行知識重構(gòu)將利于取長補短、去粗取精，解決教材知識結(jié)構(gòu)的某些缺陷。

3）新教材的基礎(chǔ)知識具有彈性和靈活性，學生活動種類多樣，輔助教學的文獻資料豐富，引領(lǐng)學生拓展思維的空間寬闊。備課時，教師應依據(jù)學情分析和校本資源狀況，對教材內(nèi)容加以取舍、拓展和重組。例如，觀察“細胞減數(shù)分裂”及“DNA 粗提取與檢測”等實驗，充實了“遺傳與進化”模塊的實驗教學內(nèi)容，有助于突破教學重點、化解教學難點。但有的學校以實驗操作復雜為借口而舍棄。事實上，用牡丹雄蕊做材料，觀察減數(shù)分裂的實驗操作，與觀察有絲分裂實驗完全一樣；以香蕉為材料，學生用30 min 即可圓滿完成DNA 粗提取與檢測。總之，實驗項目的取舍、調(diào)整或改進都涉及知識重構(gòu)問題。

此外，課程標準強調(diào)學科知識的基礎(chǔ)性，弘揚和滲透中華民族優(yōu)秀文化、革命傳統(tǒng)文化和社會主義現(xiàn)代化建設(shè)創(chuàng)新文化，落實科學、技術(shù)與社會協(xié)調(diào)發(fā)展的教育。課程改革實踐表明，生物學教材建設(shè)周期約為10年，其間，每年進行教材內(nèi)容更新的幅度有限。但是，生物學知識更新迅速，科學技術(shù)、社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展日新月異，教材內(nèi)容處于相對滯后狀態(tài)。備課時，通過知識重構(gòu)能解決教材內(nèi)容的滯后性問題。例如，我國是水稻栽培的起源地，育種和栽培技術(shù)始終處于世界前列，為世界擴大水稻種植面積和增加單位面積產(chǎn)量作出了重大貢獻。盡管新編教材都詳述我國水稻的傳統(tǒng)育種和現(xiàn)代育種技術(shù)，但難以讀到“海水稻”與“沙生稻”的育種和栽培技術(shù)，以及這些技術(shù)成果的深遠意義。

4）認知重構(gòu)理論認為，學習是在一定的社會文化背景下，通過人際間的協(xié)作活動而實現(xiàn)的意義構(gòu)建過程。教師是學生實現(xiàn)意義重構(gòu)的幫助者和促進者。在教學過程的反饋環(huán)節(jié)，引領(lǐng)學生構(gòu)建命題網(wǎng)絡，是促進學生認知重構(gòu)的重要舉措。命題網(wǎng)絡是重構(gòu)知識的一種形式，是學生主動參與教學活動，并對知識信息進行思維加工的產(chǎn)物。因此，學生構(gòu)建命題網(wǎng)絡，不僅促進其對知識信息的深入理解、貯存和提取，而且利于發(fā)展其信息思維和創(chuàng)新思維能力。

3 結(jié)構(gòu)化是重構(gòu)知識形式

知識重構(gòu)是利用綱要法、表格、圖示、概念圖和思維導圖等建模方式，將梳理的單元知識要點加以統(tǒng)整，并構(gòu)建其層次結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的過程。重構(gòu)的知識結(jié)構(gòu)形式多樣，在教學設(shè)計與實施過程的作用各有側(cè)重。

3.1 用于教學設(shè)計的知識結(jié)構(gòu)框架圖 教材分析過程梳理的單元知識要點，可用Inspiration 軟件繪制思維導圖或概念圖，展示單元知識的層次結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，為制定教學目標、編制教學活動程序、選擇教學模式提供依據(jù)。例如，“減數(shù)分裂”單元知識結(jié)構(gòu)框架圖如圖5。

圖5 “減數(shù)分裂”知識結(jié)構(gòu)框架圖

教師研讀“人類的伴性遺傳”單元時會產(chǎn)生疑問：“伴性遺傳”這個詞匯究竟是概念名稱還是描述現(xiàn)象的一般術(shù)語？圖6的框架圖顯示，伴性遺傳屬于概念性知識范疇。這個規(guī)律揭示了性連鎖基因傳遞方式及表型效應的特殊性，是對孟德爾法則的拓展。依據(jù)這條重構(gòu)的知識結(jié)構(gòu)鏈，教學時引領(lǐng)學生體驗知識形成的過程，領(lǐng)悟伴性遺傳規(guī)律論點，糾正教材表述伴性遺傳論點的缺陷，可實現(xiàn)教學過程最優(yōu)化。

圖6 “人類的伴性遺傳”知識框架

3.2 用于備考復習的知識重構(gòu)形式 單元復習是備考復習的第1 個階段。單元復習程序包括：內(nèi)容統(tǒng)整、考點細化、信息拓展、鞏固練習等環(huán)節(jié)，主要是通過對單元知識要點的細化和拓展，幫助學生達到“知其然、知其所以然、舉一反三”的復習目標。內(nèi)容統(tǒng)整就是對單元知識的重構(gòu)過程。重構(gòu)知識層次分明、條理清晰，將對考點細化與拓展起到引領(lǐng)作用。例如，“種群”知識結(jié)構(gòu)框架圖（圖7），呈示其概念內(nèi)涵、基本特征、數(shù)量增長及調(diào)節(jié)等知識點之間的聯(lián)系。細化S 增長曲線及參數(shù)（K與R），將為解決實踐問題打下知識基礎(chǔ)。

圖7 “種群”知識結(jié)構(gòu)框架圖

專題復習亦稱之綜合應用復習。它圍繞某個重要概念、科技項目或?qū)嵺`問題，對相關(guān)知識加以綜合，用于解釋問題或提出問題解決策略。專題復習重在理論聯(lián)系實際和學以致用，例如，水稻育種技術(shù)包括：傳統(tǒng)的人工選擇育種，經(jīng)典的雜交選擇育種，現(xiàn)代的人工誘變育種、空間誘變育種、多倍體育種和單倍體育種，以及“三系配套”雜交制種等技術(shù)。現(xiàn)代育種是多種技術(shù)的綜合應用，因此，“作物育種技術(shù)”專題的知識綜合，應以雜交育種為主軸（支撐），突出各種育種技術(shù)的關(guān)聯(lián)性，相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)彼此銜接和科學搭配（圖8）。

圖8 不同育種技術(shù)的綜合應用圖解

3.3 啟迪學生思維的板書形式 在課堂教學中，師生共同創(chuàng)建的板書也是知識重構(gòu)的形式。板書構(gòu)建以某個單元知識點為依據(jù)，且根據(jù)知識性質(zhì)選用不同的構(gòu)建方法，例如，綱要法、表格歸納、結(jié)構(gòu)或過程圖注和命題網(wǎng)絡等。所以，一個單元的板書系列展示出一個完整的專題概念內(nèi)涵，不僅有利于學生習得系統(tǒng)知識，啟迪學生思維活動，而且促使學生學會學習和思維的方法。例如，初中生物學闡述光合作用概念和意義，高中生物學主要闡述光合作用的過程及實質(zhì)，其知識要點如圖9。

圖9 “光合作用”知識結(jié)構(gòu)框架圖

顯然，圖9的框架圖是不適合板書的。教學中，有關(guān)“葉綠體”知識的系列板書包括：葉綠體結(jié)構(gòu)簡圖注釋、光合色素提取與分離實驗流程圖、色素種類及其色澤與吸收光譜的比較表格等。光合作用過程及實質(zhì)是教學重點，通常結(jié)合過程圖解完成，讓學生復讀教材并填寫光反應與碳反應的比較表格（表2）。

表2 光反應與碳反應的比較

光合作用的影響因素是原理應用的中介，也是高考命題的高頻考點。教學時，啟發(fā)學生解析相關(guān)曲線圖的意義，并將其轉(zhuǎn)換為命題陳述句，再歸納成板書提綱。光合速率和光能利用率是表述光合原理的術(shù)語，教學時應鼓勵學生恰當?shù)剡x用某個術(shù)語組成命題陳述句，對種植過密減產(chǎn)、種植過稀低產(chǎn)等具體問題作出科學解釋。

在“光合作用”教學反饋環(huán)節(jié)，鼓勵學生構(gòu)建命題網(wǎng)絡，對其認知重構(gòu)將起到促進作用。例如，光合作用命題網(wǎng)絡（圖10），一方面展示學生對3 類知識組分及內(nèi)在聯(lián)系的理解水平，另一方面展示學生對知識進行思維加工經(jīng)歷的具體—抽象—再具體的過程。值得注意的，命題網(wǎng)絡是學生基于對知識的理解而獨立構(gòu)建的，命題網(wǎng)絡格式?jīng)]有統(tǒng)一要求，學生構(gòu)建的命題網(wǎng)絡可進行組內(nèi)交流或屏幕展示，但不作為學業(yè)評價的依據(jù)。當學生自愿修正自己構(gòu)建的命題網(wǎng)絡時，應給予鼓勵和幫助。

圖10 “光合作用”命題網(wǎng)絡

本文是筆者基于教學實踐形成的對教材分析及知識重構(gòu)的點滴體會，愿能起到拋磚引玉的作用。