美國Inspire Science教材初中生物學部分的編寫特色及啟示

劉 丹

（人民教育出版社課程教材研究所 北京 10081）

2020年，美國麥格勞-希爾出版公司開發出版了一套綜合性的科學課程教材——Inspire Science。教材根據美國《新一代科學教育標準》（NGSS）的要求編制內容，在激發學生的好奇心、學習興趣，鼓勵學生提出問題、進行批判性的思考和提升創新能力等方面頗具特色，分析研究教材中的生物學相關內容，可以為我國初中生物學教材的編寫提供啟示。

1 教材的內容體系

Inspire Science教材涵蓋了中小學的所有學段。初中階段教材的生物學部分涉及4個單元的內容，依次是生態系統的相互依存、生物體的結構和功能、生物的繁殖、生物的進化。每單元的內容又分為若干個模塊，每個模塊由幾課組成，具體內容見表1。

表1 Inspire Science教材初中生物學部分的主要內容

NGSS提出了初中生物學課程的5個主題：①結構、功能和信息處理；②生物體的生長、發育和繁殖；③生物體和生態系統中的物質與能量；④生態系統的相互依存；⑤自然選擇和適應。從表1可以看出，Inspire Science教材基本按照這五個主題組織內容，只不過將主題③和④整合為一個單元，即單元1的內容，這也是教材編寫常見的按照學科體系來組織內容。

2 教材的編寫特色

2.1 基于“5E”教學模式的編寫體例

20世紀80年代，美國生物學課程研究會（Biological Sciences Curriculum Study，BSCS）提出了“5E”教學模式，將教學一共分為了參與、探究、解釋、遷移和評價五步。Inspire Science教材基于這樣一種倡導探究式教學的模式編寫。

以每課的編寫為例，教材在每課的開始以“發現現象”部分引入，從一些自然現象提出了科學問題，引導學生參與到問題的解決中。緊接著，教材提供了上述現象相關的線上資源，并進一步提出了思考題，安排了“解釋現象”部分，讓學生對相關問題進行解釋，要求他們提出自己的觀點，搜集支持觀點的證據，進而用這些證據來論證自己的觀點。由于學生還沒有學習相關知識，所以這部分內容的安排是引領性的，提示學生應該從哪些方面搜集證據，相關活動的開展則需要貫穿在整節課的學習中。之后，教材就介紹了本課的知識內容，這部分相應地設置了“搜集證據”的“鏈接”，引導學生結合有關的知識內容搜集證據，并在前面“解釋現象”部分的活動表中進行記錄；在每課“復習”部分的最后還有修正觀點的“鏈接”，引導學生基于搜集的證據，修正和論證自己的觀點。除了這樣一個貫穿整節的活動設計，該教材在介紹知識內容的部分還設置了實驗、調查等活動，使學生在觀察、思考、與他人合作和交流等過程中進行探究式學習。在開展活動時，學生自然也會遷移應用所學的知識。每課的最后是“復習”部分，教材通過讓學生總結知識之間的聯系、建構模型、完成練習題等反饋學習情況，幫助教師開展評價。

2.2 用問題形式呈現的知識內容標題

Inspire Science教材每課的知識內容部分由若干個小標題的內容組成。這些標題都是以問題形式呈現的。例如，“細胞的結構和功能”一課中的小標題依次是：細胞的周圍是什么？細胞的大小怎樣影響物質的運輸？哪些細胞器參與了物質的運輸？什么驅動了細胞的生命活動？什么控制著細胞的生命活動？動物細胞和植物細胞的區別是什么？不同種類細胞的功能是什么？這樣以問題引導知識的學習，可以激發學生的思維，調動學習的積極性，引導他們主動參與問題解決。

教材設計的問題一般具有遞進性。例如，“遺傳”一課的小標題依次是：什么是性狀？為什么子代像它們的親代？什么控制了性狀？你怎樣預測子代的性狀？你怎樣建立家族的遺傳圖譜？這些問題引導學生先明白什么是性狀；然后，使學生了解性狀在親代和子代之間傳遞的規律，控制性狀的機制；進一步再讓他們結合所學的機制來預測子代的性狀和建立遺傳圖譜。

2.3 貫穿模塊的STEM項目

STEM教育圍繞科學、技術、工程與數學展開，致力于提高學生的STEM素養。美國是STEM教育的發源地，十分重視STEM教育，在科學教育中加強STEM教育也體現在了相關教材的編寫中。Inspire Science教材在每個模塊都安排了一個STEM項目。項目的形式豐富多樣，緊密結合模塊的知識，讓學生或準備一篇新聞報道，或參與某項科學家的工作，或為公司設計一款游戲，或為自然歷史博物館準備一個展覽，等等。項目貫穿于整個模塊：在模塊的開始，設計了“STEM項目啟動”欄目來引入項目，介紹了項目的背景，提出相關問題為項目的開展進行思維熱身；在每課的最后，設有一個項目鏈接，提示學生學完本課的知識后，可以為項目的設計做哪些準備；在模塊的最后則安排了“STEM科學挑戰”欄目，完整呈現了項目開展的流程，涉及設計、評價、解釋等環節，其中設計環節，與前面的項目鏈接相對應。

除了STEM實踐項目，教材中還有“STEM職業”欄目，該欄目采用文字、圖片的形式介紹了相關職業，有野生動物生態學家、空氣污染分析師、濕地保護者、微生物學家、心血管影像技術人員、遺傳咨詢師、古生物學家等。了解這些從業者是如何工作的，有助于學生體會所學知識的應用價值，形成正確的職業觀，也為他們日后進行職業規劃提供了參考。

2.4 豐富的活動安排

Inspire Science教材每課都安排有學生活動，它們主要分布在“科學探索”和“科學實驗”欄目中。整套書共有58個科學探索活動、39個科學實驗活動。

科學探索活動豐富多彩：有觀察思考活動，如讓學生觀察一張植物結構的圖片，推測它的根和莖怎樣起支撐作用；有資料分析活動，如讓學生看動物求偶的視頻資料，然后說出有哪些不同的求偶方式；有調查活動，如讓學生調查自己身邊的生態系統中有哪些生物和非生物等。

科學實驗活動大多數需要動手操作，教材中寫明了材料、步驟、分析和結論等內容，可操作性強。教材還十分重視安全教育，對于一些需要注意安全的科學實驗活動，其第一部分內容就是用若干小圖標進行安全提示，如佩戴護目鏡、注意有毒物質的圖標等，并且每個活動步驟的第一步都是要求學生閱讀了解實驗室的安全規范。

2.5 顯性的思維訓練設計

科學與其說是一種知識體系，不如說是一種思維方式?？茖W教育離不開科學思維訓練，科學教材也必然要滲透科學思維訓練的內容。科學思維訓練有3個基本點：培養學生批判質疑的精神和態度；培養學生的證據意識、獲取證據的能力、評價證據的能力；培養學生邏輯思維的嚴謹性、全面性、深刻性和流暢性。Inspire Science教材在這些方面對學生進行了科學思維訓練。例如，教材每課之前設計有“科學探討”欄目，欄目的內容大多數是從自然現象出發，呈現了不同人對引起該現象的原因的不同觀點，并讓學生談談自己的看法，或者給出了幾個選項，讓學生選出與自己想法最接近的選項。在每課的最后則有一個“重新討論”鏈接導向該欄目，目的是讓學生在學完本課后，審視自己是否還持有一樣的觀點，即進行自我校正，而自我校正是批判性思維的核心技能之一。前面提到的“解釋現象”活動，突出培養了學生搜集證據進行論證的能力。STEM項目注意引導了學生基于證據和邏輯，運用分析、綜合、建模等方法，進行思考和判斷，提出創造性的見解等。教材中還有一個“立體思維”欄目，意在引導學生從多個角度思考問題，該欄目突出訓練了解釋的技能，如讓學生解釋哪些變化會影響湖泊生態系統中的生物數量等。

值得關注的還有，教材設計了大量的留白，需要學生將自己的觀點、證據、分析、解釋等寫下來。文字表達不僅反映了一個人的思維活動，還會使思維變得清晰、敏銳并且具有豐富性。讓學生用文字、圖表表達，尤其是運用科學語言表達，也是訓練科學思維的有效方式。

3 對我國初中生物學教材編寫的啟示

3.1 重視問題引導

布魯納認為，教學過程是一種提出問題和解決問題的持續不斷的活動。思維永遠是從問題開始的。問題在教學中有著極為重要的作用，作為教學重要資源的教材應該要精心設計問題。Inspire Science教材始終在用問題引導學生學習知識、開展活動，這一點值得借鑒。教材編寫可以從下面幾個方面進行考慮。

用問題激發學習的興趣。我國現行人教版初中生物學教材每節開篇“想一想，議一議”欄目創設了一系列的問題情境，在激發學生的好奇心和學習興趣方面發揮了積極的作用。在編寫新教材時，這樣的設計應該繼承，好的情境素材也可以繼續使用。隨著生物科學技術的進步以及新課程理念的提出，教材還可以挖掘一些新的素材，如體現新時代我國科技發展的新成就、中華優秀傳統文化的素材等。

用問題揭示知識的內在邏輯。Inspire Science教材每課知識內容的小標題都是一個問題，不少問題以問題串的形式有序呈現，揭示了知識之間的內在邏輯。教材編寫時，不一定小標題都要用問題呈現，但是在行文時，可以考慮問題串的設計，使知識發展的脈絡更加清晰，便于學生理解。

用問題引導實踐活動的開展?！读x務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）指出，探究實踐是源于對自然界的好奇心、求知欲和現實需求，解決真實情境中的問題或完成實踐項目的能力與品格?？梢?，很多實踐活動的開展不是單純地訓練動手能力，或學習某項操作技能，而是指向問題的解決。所以，教材在編寫這樣的活動時，可以問題情境引入，并且要盡量創設真實的問題情境，從而使學生有了開展活動的內驅力，繼而將解決問題的想法或創意付諸實踐。教材如果有版面空間，也可以像Inspire Science教材那樣多一些留白，讓學生將活動的設計、結論的分析等記錄下來。

3.2 創新跨學科實踐活動

生物學是一門實踐性較強的學科，實踐活動在培養學生的科學探究能力、實踐創新能力等方面具有不可替代的作用。結合《課程標準》的要求，教材中的探究實踐活動應該包括兩類：科學探究活動和跨學科實踐活動。“生物學與社會·跨學科實踐”是新增的學習主題，相關活動的編排將是教材實踐活動部分重要的創新點。

內容選擇上，跨學科實踐活動應該突出綜合性。“生物學與社會·跨學科實踐”學習主題對應的大概念為：真實情境中的問題解決，通常需要綜合運用科學、技術、工程學和數學等學科的概念、方法和思想，設計方案井付諸實施，以尋求科學問題的答案或制造相關產品?？梢?，跨學科實踐活動的內容選擇要重點考慮科學、技術、工程學、數學學科的融通。例如，引導學生運用工程學的思想來獲得某些物化的產品；運用數學知識建構模型、分析生物學現象等。在與人文學科的融合方面也可以有所探索，如結合中華優秀傳統文化開展的實踐項目、有利于學生審美情趣培養的設計制作項目等。

形式上，跨學科實踐活動可以具有多樣性。除了新課標中列出的模型制作類、植物栽培和動物飼養類、發酵食品制作類這三類活動外，像Inspire Science教材中的準備新聞報道、為博物館準備展覽等鼓勵學生大量搜集資料，提煉有價值信息的活動也可以考慮。

跨學科實踐活動的呈現方式要注意體現開放性?？鐚W科實踐活動不以單一學科知識體系為基礎，開放性的設計更能拓寬學生的視野，激發他們的創新意識，如材料選擇的開放性、設計思路的開放性、結果探討的開放性等。開放性活動的難度可能會略有提升，為了讓學生的實踐有抓手，教材可以提供一些參考案例。另外，活動的設計還可以借鑒Inspire Sci?ence教材STEM項目的設計思路，每個單元設計1或2個活動，同時關注每節知識內容與活動的聯系，在教材相應位置予以提示。

新初中生物學教材的編寫已經啟動，繼承老教材的特色和優點，學習國外優秀教材編寫的先進理念和做法，對于教材來說又將是一次新的提高。