李娟娟 张万贵

(上海市嘉定二中 上海 201802)

教材是生物学课程实施的基本资源,也是教师开展课堂教学的重要依据。沪科版《选择性必修3·生物技术与工程》(以下简称“新教材”)中的“基因工程”部分是以《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称“《课程标准(2017年版2020年修订)》”)为依据,在继承和发扬2007年版《生命科学(试用本)·高中第二册》(以下简称“旧教材”)相关内容基础上修订而来,无论是内容编排、插图、栏目设置,还是单元小结及习题方面均有显著变化,值得广大教师深入研究,以更好地把握教材,服务教学。

1 新旧教材“基因工程”比较

1.1 课程标准的变化

课程标准是教材编写、修订的指南和蓝图。旧教材的编写是以《上海市中学生命科学课程标准(试行稿)》(以下简称“《课程标准(试行稿)》”)为指导的。分析比较两版本课程标准“基因工程”部分的内容与要求可以发现如下变化。

《课程标准(试行稿)》中“基因工程”归属于高中阶段的主题七“现代生物技术的应用”,根据课程结构的安排为必修,教学内容包含“基因工程的基本过程及应用”、“转基因作物和动物”、“现代生物技术的价值”等。《课程标准(2017年版2020年修订)》中“基因工程”归属于模块3“生物技术与工程”,在课程结构中为选择性必修,教学内容涉及2 个大概念(概念5和概念6)下的3 个重要概念(概念5.1、5.2 及6.1)和8 个次位概念(概念5.1.1、5.1.2 等);“学业要求”聚焦学生完成本模块学习后生命观念、科学思维、科学探究等学科核心素养的发展。

综上,《课程标准(2017年版2020年修订)》“基因工程”部分从必修改为选择性必修是重大调整,一方面减轻了生物学合格性考试考生的学习负担,另一方面,教材内容广度和深度的提升有利于满足热爱生物学并参加等级性考试的学生进一步研究和学习的需要。此外,《课程标准(2017年版2020年修订)》注重通过大概念、重要概念等概念层级助力学生概念体系的构建,对学生学业的要求也从原先偏重知识获得、能力培养转向学科核心素养的培养。

1.2 教材内容的变化

教材作为课程标准的载体,需要与课程标准步调一致以实现新时代的教育目标,因而新旧课标的差异必然在教材的内容体系上体现出来。

1.2.1 内容的编排

两版教材核心内容一致,均关注基因工程的概念、工具、基本过程以及转基因技术的应用和安全性等问题(表1),体现了新教材对旧教材的继承。为契合新课标的理念及要求,新教材在保留旧教材精华的基础上进行了多处修订与创新。

①为全面、科学地阐述大概念5 及大概念6 下的重要概念6.1,新教材创造性地将旧教材中仅1 节篇幅的内容经调整、扩充后重组为4 节。其中的“蛋白质工程”是全新内容,但科研意义及产业化价值重大。新增这一内容,既彰显了生物技术造福于人类生产生活的学科价值,又体现了教材内容的与时俱进。

②新教材对节名等做了显著调整,由旧教材的短语式标题改为陈述句的形式,并分别指向核心概念、重要概念和次位概念,凸显了教材的脉络和内容主线,对学生生物学概念的建构起到重要作用。

1.2.2 内容的修订

新教材基于规范性、时代性等原则修订了知识内容,主要包括以下几点:

①增加:新教材在内容增添方面最显著的是上文已经阐述的“蛋白质工程”一节。除此以外,第三章第一节结合科学史阐述了基因工程诞生的历程和科学意义,列举了基因工程在医学、农牧业等众多领域的广泛应用,既描述了基因工程从哪来、是什么,又阐释了该技术服务于什么、如何服务。与旧教材直奔主题式的风格相比,这一变化使学生对转基因技术了解更为深入,有助于调动学生学习的积极性和主动性。再者,第三章第二节以两页的篇幅阐述了PCR 技术,新增此内容既是第二目“PCR 是获取目的基因的主要方法”理论知识学习的需要,也为后续探究·实验3-3“PCR 扩增DNA 的原理和操作”及3-5“PCR 扩增产物的凝胶电泳鉴定”的顺利开展打下基础。

②删除:旧教材中将基因工程的三大工具分别比喻为“化学剪刀”“化学浆糊”和“分子运输车”,一定程度上将微观知识形象化,但由于并不能很好地突显限制酶、DNA 连接酶等发挥作用的分子机制,因而在新教材中删除该内容。

③修改:旧教材中的“限制性核酸内切酶”在新教材中被修订为“限制性内切核酸酶”。这两种称谓没有对错之分,但后者与《分子生物学》等专业书籍一致,此处修订体现了新教材中专业术语表述的严谨性和规范性。

1.3 教材插图的变化

旧教材“基因工程”部分包含实物图、示意图、人物图3 类共10 幅图;新教材中插图种类为4 种,总数为37 幅(表2)。整体来看,插图数量上新教材远高于旧教材,但图像密度二者基本一致,均接近每页一幅图片,体现了两版教材均重视利用图像系统丰富版面、拓展知识、增加教材趣味性的共性编写特色。

表2 两版教材插图比较

新教材插图的主要变化体现在以下两个方面:①类型及数量的新增:类型方面,在探究·实验及课前活动中增添了图表图。例如,探究·实验3-3 及3-5中分别设置了“PCR 体系配方”表及“50×TAE 电泳缓冲液配方”表,图表详细列出了配方所需的各种成分及其体积数,便于学生完成实验探究的过程,突破学习难点。数量方面,由于增添了PCR 技术、蛋白质工程等重要内容,因而在相关内容处补充了PCR 扩增仪实物图、PCR 基本程序示意图及蛋白质工程修饰改造天然蛋白策略的基本流程示意图等,旨在通过形象的图示化繁为简阐明原理,帮助学生理解核心概念、建构知识体系。

②图片的优化:主要为同种类型图片的更新。例如,为促进微观知识可视化、抽象知识直观化,两版教材在阐述限制性内切核酸酶和DNA 连接酶时均配了插图,旧教材在一张图片中同时体现了两种酶,着重从整体上展示限制酶的切割作用和DNA 连接酶的连接作用。新教材则更加细致,用两幅图分别体现了限制酶和DNA 连接酶的作用。其中,前者将酶的识别序列及切割位点清晰地标示出来,并重点展示了切割后的单链突出及黏性末端的方向差异;后者除展示低温下黏性末端之间的氢键形成过程,还着重呈现了DNA 连接酶“封闭双链DNA 分子中单链‘缺口’”的功能特点。这一变化有助于学生认识科学细节,养成严谨的思维习惯。

1.4 教材栏目的变化

栏目是课程观的载体,其形式和内容等都体现了教材深层次的教育理念。统计发现,旧教材含有“广角镜”“关键问题”“想一想,做一做”“阅读与思考”“发现之路”以及“思考与讨论”共6 种12 个栏目;新教材中则设置了“广角镜”“学习提示”“科学史话”“探究·建模”“探究·实验”“探究·活动”“思维训练”“前沿视窗”“自我评价”共9 种26 个栏目。

新教材无论是在栏目数量还是栏目种类上均显著多于旧教材,除旨在对学生可能感兴趣的内容进行适当拓展的“广角镜”在新旧教材中均有设置,其他栏目都是全新设立而旧教材中没有的,体现了新教材在继承基础上的推陈出新。

根据栏目的性质和作用,新教材的栏目可分为引导提示类、发展素养类、评价类、拓展学习类、科学发现史类等5 大类,尤其前3 类栏目是新教材的一大亮点。引导提示类栏目“学习提示”每节均设有2 至3个,例如“重组DNA 技术的科学意义在于突破物种之间遗传信息交流的天然屏障,体现进化与适应观”,与正文内容衔接,帮助学生聚焦、凝练学习内容,建构生命观念。发展素养类栏目中的“探究·建模”“探究·实验”等分布于重点和难点内容处,落实课程标准中要求的学习活动并适当拓展,例如第三章第二节的建模活动“模拟限制性内切核酸酶的切割作用”,引导学生以纸片进行实物模拟,将微观抽象的切割过程和结果可视化呈现;评价类栏目“自我评价”位于每节末尾,以问答题的形式引导学生及时诊断每节内容的学习情况,促进学业发展。此外,科学发现史类栏目“科学史话”、拓展学习类栏目“前沿视窗”等,内容新颖、内涵丰富,是宝贵的教育资源。

1.5 单元小结及习题的变化

单元小结是教材单元结构体系中旨在系统总结本章核心知识点、引导学生温故知新的重要部分。单元习题是对学生学习成效进行检验和评价的重要材料。新旧教材的单元小结名称不同,但其主要内容有共通之处,均重视对概念的梳理和回顾,通过呈现本章的主要概念帮助学生建构知识体系(表3)。与旧教材小结仅关注知识点的复习巩固相比,新教材以“核心素养为宗旨”等理念为指导,其单元小结不仅系统总结本章的主要概念,更聚焦本单元需要达成的科学思维、科学探究、社会责任等学科核心素养目标,体现新教材从知识、能力立意向素养立意的转变。

单元评价方面,旧教材在章结尾没有习题,不利于学生及时自我评价、查漏补缺。新教材中设置了“学业评价”,以简答题、选择题、表述题、设计题等形式呈现,题量适中、题型多样,而且题目设计重视情境创设,通过将问题置于情境中来评价学生对本章学习目标的达成情况,有利于学生对所学知识的迁移应用及素养发展。

2 新教材“基因工程”的编写特色

2.1 内容呈现聚焦学科大概念

如上文“内容编排”所述,为落实“内容聚焦大概念”的编写理念,新教材在遵循学生认知规律的基础上对节名和目名进行了调整:节名指向课标大概念和重要概念,目名则指向次位概念。例如,本模块四个节名依次对应大概念5 及重要概念5.1、5.2 和6.1,第三章第一节第一目的标题对应次位概念5.1.1。这一特色使学生通过浏览目录就能对本单元的核心内容形成整体的把握,为概念的建构奠定基础。

2.2 活动组织强化实验和探究

新教材高度关注学生学习过程中的实践经历,与旧教材仅有1 个关于转基因生物产品安全性的“小组讨论”活动相比,新教材中共设置了3 个探究实验、2个建模活动及1 个辩论活动。教师可以在教学过程中引导学生在学中做、在做中学,学生通过主动参与动手和动脑的系列活动深化对概念的理解,并在讨论交流中构建新知、发展思维,增强科学探究能力。

2.3 情景创设关注学科育人

新教材“基因工程”的核心内容是在法律和伦理的约束下,以人类需求为导向进行产品开发和制造,因而在内容的选择和组织上,创设了人胰岛素的大规模制备及性能改善的单元情境贯穿始终,栏目及学业评价也注重引导学生在真实情境中思考和解决问题。这一特色有利于学生在关注、探讨社会热点问题的过程中,逐步形成以科学技术发展造福人类的社会责任意识。

3 教学启示与建议

教材的编写和修订是为教学和育人服务的。《课程标准(2017年版2020年修订)》、新教材对教师的课堂教学及学生的学习均带来了较大挑战。因此,教师可以在明晰教材变化的基础上采取以下策略提高教育教学效果。

3.1 摒弃固有教学思维,关注学科核心素养

《课程标准(2017年版2020年修订)》的价值取向是以人的发展为核心,重视学生核心素养的达成。双新背景下教师应及时转变教学观念,明确学生的学习主体的地位,抛弃知识灌输的老思想。教师在教学设计时应始终以发展学生的生物学核心素养为首要目标;教学过程中,基于真实情境,提供驱动问题,引导学生在思考、探究、问题解决的过程中内化知识,形成概念,发展思维。同时,教师可以采用栏目解读、案例分析或查阅资料、开展辩论等形式引导学生探讨生物技术的安全与伦理问题,落实生命观念、科学思维、社会责任等素养的培育。

3.2 依托章节特色内容,建构单元概念体系

新教材提倡以学科大概念为核心,建构结构化知识体系。为达成这一目标,教师可以挖掘教材的章引言等特色内容进行教学。新课开始时,教师可以将章首页、章引言和章首图有机结合,以图文并茂的形式概括并展示本章聚焦的主要内容和核心问题,引导学生通过讨论交流,以绘制思维导图等形式初步梳理单元结构框架和内容主线。学习结束,教师可以指导学生结合“本章小结”修改完善思维导图,建构单元概念层级和知识网络,促进学生对概念的整体把握,实现深度学习。

3.3 注重学科实验探究,引导学生主动学习

“教学过程重实践”是新教材的重要编写理念。本模块的知识比较微观抽象,传统的讲授式教学难以调动学生积极性。教师应积极创造条件保障教材的实验及实践活动充分开展。考虑到课时问题,教师还可以将部分活动(如模型制作)安排在课余时间,通过课上课下联动,提供更多探索空间,促进学生学习。