中美生物教材中物理模型建构对比分析

夏青

1 在课程中的地位

普通高中生物课程标准所提出的三维目标包括知识目标，能力目标以及情感态度价值观目标，在实施过程中要求三个维度是一个有机的整体，课程标准已经将“模型”纳入知识目标中，要求学生具有“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”。美国《国家科学教育标准》中明确把模型和科学事实、概念、原理、理论并列为科学主题的重点，可见国外先进国家对构建模型科学是非常重视的。笔者对中美生物教材中所涉及的物理模型进行了整理和归纳，中国高中生物教材以人教版为例进行比较分析。

2 模型建构比较

2.1在教材中编排位置的比较

人教版高中生物教材中“制作DNA双螺旋结构模型”是《必修2 遗传与进化》第三章第2节“DNA分子的结构”中的内容，介于学生学习完DNA分子结构之后，未学习DNA的复制、转录翻译等内容之前。而美国教材中“制作DNA复制的模型”安排在第十二单元《DNA和RNA》整个单元的最后，是在学生学习完有关DNA的结构、复制、转录、翻译等全部内容的基础上设置的。

通过分析和揣测美国教材编写者的编写意图，我们不难发现，美国教材中建构物理模型的设置安排在一个单元之后，更注重知识的整体性，有利于学生对知识的迁移提高融会贯通的能力，而中国教材中物理模型的设置较片面，学生的思维能力也不能得到很好地培养延伸，会导致学生形成的知识碎片化，而不是清晰的知识网络。因此，若一个单元前后知识内容联系较紧密，层层递进，且符合模型建构的要求，建议在学习完整个单元的基础上指导学生构建物理模型，使最终掌握的知识系统化，美国教材的这一编排特点值得我们借鉴。

2.2材料用具的比较

人教版高中生物教材：曲别针、泡沫塑料、纸片、牙签、橡皮泥等

美国高中生物教材：纸片（褐色、灰色、绿色、黄色、红色和紫色）、米尺、

剪刀、透明带

通过对比我们可以发现，两国教材所提供的材料用具都体现了方便易得、成本低的特点，但人教版提供的建构物理模型所用的材料更多样化，供学生选择的余地更大；而美国教材仅仅提供了卡片、透明带，狭隘的材料选择空间可能会扼杀学生的创新能力，建构物理模型本是一种创造性的活动，不管是材料选择还是方案设计都要充分调动学生的思维，因此，笔者认为在材料提供上可以适当增加多样性，我国教材在这一方面还是略胜一筹。

2.3模型设计的比较

模型的设计方案是学生构建模型的整体思路和框架，是模型建构的主体部分也是科学思维的外显。由于中美两国教材此部分模型建构内容的重点有所不同，人教版高中生物教材侧重于DNA双螺旋结构，美国教材侧重于DNA分子的复制，但美国教材中也涉及了DNA双螺旋结构的构建过程，因此笔者将中美教材中这部分的共同内容作一个比较分析。

中国教材中模型设计部分安排如下：

制作模型前首先应该充分设计，并考虑以下问题：

1.分别用哪几种材料来代表组成DNA分子的磷酸、脱氧核糖和碱基？这三种物质是在什么部位相互连接的？怎样将这几种材料正确地连接起来？

2.在DNA分子中，每个脱氧核苷酸之间是在什么部位相互連接的？怎样将脱氧核苷酸正确地连接起来？

3.在模型中，如何体现DNA分子的两条链是反向平行的？又怎样体现两条链的碱基之间互补配对？

美国教材中模型设计部分如下：

1.用所提供的卡片剪出以下部分：脱氧核糖：36个褐色卡片（2cm*2cm）；磷酸基团：36个灰色卡片（1cm*2cm）；碱基A：12个绿色卡片（1cm*2cm）；碱基T：12个黄色卡片（1cm*2cm）；碱基G：6个红色色卡片（1cm*2cm）；碱基C：6个紫色卡片（1cm*2cm）；

2.将磷酸，脱氧核糖，以及鸟嘌呤（G）粘在一起构成一个脱氧核苷酸（参照书本图12-5）；

3.用3T，3A，2C含氮碱基组成8个脱氧核苷酸模型；

4.将上一个脱氧核苷酸的脱氧核糖与下一个脱氧核苷酸的磷酸相连，构成DNA的一条单链，碱基序列如下：G T T A C A A T C；

5.建构与以上单链互补的另一条单链，方法如步骤4；

6.将两条单链并排放置，这样脱氧核苷酸就可以一一对应，注意不要将两条单链串联在一起；

综上所述，笔者认为我国教材以问题串的形式指导学生建构物理模型更合理，有利于培养学生的思维能力和创新能力，但从美国教材中值得我们借鉴的是需要关注物理模型的科学性和准确性。

2.4分析与讨论的比较

分析与讨论是建构物理模型必不可少的部分，是引导学生进行有意义学习的脚手架，是学生思维的拓展和延生，缺少了此部分，建构物理模型就会缺乏生命力。

中国教材中的讨论部分设计如下：

1.DNA只含有4种脱氧核苷酸，它如何能够储存足够量的遗传信息？

2.DNA分子是如何维系它的遗传稳定性的？

3.你能够根据DNA分子的结构特点设想DNA分子的复制方式吗？

美国教材中分析与讨论部分设计如下：

1.比较 ：新合成的双链DNA分子模型与原来的DNA分子模型，它们的核苷酸序列是否完全一样？

2.使用模型：细胞中的DNA分子复制后，一个细胞可能会分裂成两个。每个子细胞都会获得来自母细胞复制的一份DNA，根据你的模型，谈谈在两个子细胞中新的子链和原始链是什么关系？

3.得出结论：如果DNA分子不能精确复制将出现什么问题？

4.评估：你认为这个模型能够充分反应DNA复制的过程吗？

5.描述一个DNA复制的动态模型

因为中美两国教材此部分模型建构内容的重点有所不同，人教版高中生物教材侧重于DNA双螺旋结构，美国教材侧重于DNA分子的复制，因此讨论的问题侧重点也有所不同，但我们可以看出中美两国教材设置的问题都遵循步步深入由现象到本质的原则，通过让学生思考物理模型背后所隐藏的生物学知识和原理，最终得出结论。笔者还关注到美国教材中有一个评估：你认为这个模型能够充分反应DNA复制的过程吗？这样的评估环节有利于促进学生在深入思考相关知识的基础上，对模型进行进一步的改进，从而培养他们质疑的精神。

总之，通过比较分析中美两国生物学教材的目的并不是要分出胜负，而是要在理解承认两国教材差异的基础上，尊重差异，相互学习，以便更好地满足教育工作者的教学需求，满足学生学习生物科学知识的需要，满足社会发展对人才培养的要求。