中美高中生物教材难度比较——以“光合作用”为例

第37卷第1期
2021 年
中学生物学
Middle School Biology
Vol.37 No.l
2021
文件编号：1003 - 7586(2021 )01 _ 0063 - 03
中美高中生物教材难度比较
—以“光合作用”为例
严丹1吴萌希2任山章p
(1.抗州师范大学经亨颐教师教育学院浙江杭州310000)
(2•杭州市余杭区余杭第二高级中学浙江杭州311100)
摘要以“光合作用”为样本，基于Flow Map与难度模型对中美主流高中生物教材难度进行对比分 析。

定量统计表明，人教版教材的难度较美国教材低;质性评价表明，两者各有优势且有可相互借鉴提 升的地方。

新教材使用过程中可巧用插图，注重科学史的教学等。

关键词教材难度比较研究光合作用教材比较
中图分类号G633.91 文献标志码B
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010- 2020年）》提出要“调整教材内容，科学设计课程难 度”。

2019年中国发行了各版本高中生物新教材，2018年美国发行第二版高中生物教材。

“光合作用”对 生态系统的物质循环和能量流动都具有十分重要的 意义，其概念与应用也是高中生物学的重要内容。

下 面使用史宁中与_春更等建立的课程难度模型评价 教材质量，对2019年人民教育出版社出版的高中生物 教材“光合作用与能量转化”（以下简称人教版）与美 国高中主流生物教材《Biology:The dynamics of Life》“光合作用”（第二版，以下简称美国教材），进行定量 对比分析，基于此提出一些新教材的使用建议。

1研究方法
1.1评价模型简介
本研宄结合史宁中等构建的教材课程难度定量 模型与_春更等建立的“二维度四指标”的教材难度 评价模型，采用知识结构表征方法—Flow Map作为评价工具。

(1)史宁中等构建的教材课程难度定量模型，依 据影响课程难度的3个因素的关系建构了课程难度定 量模型:A^aS/TK1—a)G/T(0<a<l)。

其中,/V表示课 程难度，S表示课程深度，71表示课程时间，G表示课程 广度，a为加权系数，G/T指可见广度，S/T指可见深
本文是2019年度浙江省教师教育科研项目“生物学教学中提升高中生 科学思维能力的实践研究”(课题编号为YB2019004)的研究成果。

*为通讯作者度。

该模型反映课程难度与可见广度、可见深度呈正 相关。

广度以知识目标的数量来量化,深度通过相应 课程目标的不同要求程度的累积量来刻画，时间的统 计以课程标准中规定的课时量为依据，加权系数a暂 未有广泛认同的取值。

(2)闫春更等改进史宁中模型后建立“二维度四 指标”的教材难度评价模型，增加整合广度和表征深 度两个与课程难度负相关的指标。

整合广度是通过 对课程内容的有效组织整合来实现对课程基本广度 的消解，计算公式为:整合广度=流程图中概念回访总 数/(概念总数目+概念回访总数）。

表征深度是通过 内容表征时的信息处理水平的合理提升来实现对课 程基本深度的消解，计算公式为:表征深度=高表征水 平分值/(低表征水平分值+高表征水平分值）。

为保 证评价结果的可靠性，研究中通过两名研究者采取这 一方法分别对同一课程内容进行难度评价，然后针对 各维度的数据结果计算一致性系数。

1.2依据课程难度定量模型分析课程内容
从课程广度、课程深度和课程时间3个维度对两 种教材进行课程内容分析(表1)。

课程广度以知识目 标的数量来量化，人教版和美国教材课程广度系数取 值分别用G,、f t表示。

课程深度使用课标中具体的行 为动词进行赋值，具体赋值如下：知识性目标的要求 程度有了解、理解和应用，深度赋值分别为1分、2分、3分;技能性目标的程度有模仿和独立操作，深度赋值 分别为1分、3分;情感性目标的要求程度有经历、反
—63 —
应和领悟，深度赋值分别为1分、2分、3分，人教版和 时间取该课程内容的课时，人教版和美国教材课程时美国教材课程深度系数取值分别用s,、&表示。

课程 间系数取值分别用r,、:^表示。

表1中美高中生物教材“光合作用”课程广度、课程深度和课程时间量化表
人教版美国教材尝试提取和分离绿叶中的色素：1观察叶绿体：丨
简述绿叶中色素的种类及其功能：1区别类囊体和基粒:2
解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点:2解释植物颜色与光合色素的关系：2
说明光合作用过程:2说明光合作用的各阶段和叶绿体结构的联系：2
阐明光合作用原理:2描绘并解释电子传递的过程:2
探究环境因素对光合作用强度的影响:3解释水对光反应的关键作用：3
关注光合作用原理的应用：2总结卡尔文循环的各阶段:3
G,=7,S,= 13>r1=3简述光合作用的选择性途径：1
探究不同波长的光对光合作用效率的影响：3
^2=9、52=18、7V=3
注:表1中学习目标后的数值为各学习目标的课程深度赋值。

1.3借助Flow Map绘制教材知识结构流程图
图1是用How Map方法绘制的美国教材“光合作 用”概念体系知识结构流程图。

图中文字呈现的是教 材中知识或概念，按其出现的先后顺序自上而下使用 箭头连接；回归箭头表示不同知识或概念间的“信息回访”或“概念重现”;A、B、C、D是对每个知识或概念 呈现时信息处理方式的评分(A为直接定义，B为描 述,C为比较或对比，[)为情景推理与解释），并依次对 其进行1分、2分、3分、4分的赋值，其中A、B为低表征 水平，C、D为高表征水平。

联系实际,一些自养生物通过光合作用将光能转化为化学能(B)
> 2.光合作用的化学+方程式(B)
3.图示光合作用在叶绿体中进行的过程(D)
♦
4.叶绿体是植物细胞中较大的细胞器(A)<
5.类囊体为平滑囊状结构，呈堆叠状(A)
— 6.堆叠状的小粒结构叫基粒(A)
g7.光反应在类囊体+中发生(B)
i
—►8.基质是分布于基粒外的液体(A)-
s 9.基质是光合作用暗反应的场所(B)
10.色素是吸收光的有色分子，分布于类囊体膜上(A)
11.结合吸收光谱，得出光合A素的分类与区别(C)
12.图色电子^递(D)
13.光合作用的化学^透过程(B)—
14.光合作用的第二阶段叫做卡尔文循环(A)
y
---------15.图示卡尔文循环(D)
16.C4途径:帮助植物维持光合作用的同时尽量减少水分流失的一种适应性途径(A)
17.C4植物的C4途径(B^-----------------------
18.CAM途径:另一种植物所利用的、能够最大化的增强光合作用的途径(A)
I
19.CAM植物的CAM途径(B)-------------------
图1美国教材中“光合作用”知识结构流程图
2结果分析与讨论
按照上述方法,研究者1、研宄者2分别对两种教 材中“光合作用”部分内容的可见广度、可见深度、整合广度和表征深度进行了分析和比较,结果依次记为 统计1、统计2(表2),其中整合广度一致性系数为0.863,表征深度一致性系数为0.782,信度良好。

—64—
表2中美高中生物教材“光合作用”难度比较
人教版美国教材可见广度c/r 2.33 3.00
可见深度s/r 4.33 6.00
课程难度 A’=o5/r+(l— a)
OT(0<a<l)
2a+2.333a+3 a=0.5 3.33 4.5
整合广度统计10.5260.513统计20.5140.513均值0.5200.513
表征深度统计10.6250.366统计20.5140.417均值0.5700.392
2.1课程广度分析
由表2可见，中美可见广度与整合广度差异均不 大。

可见，广度反映知识点的数量，取值越大，代表教 材包含的知识点越多，相应的难度越大；整合广度则 反映知识点的整合性，取值越大，表明知识点之间的 结构性越好，难度越小。

结合表2数据,美国教材的可 见广度高于人教版，即知识点覆盖面广于人教版教 材：整合广度略小于人教版，即人教版的知识有效组 织整合略高于美国教材。

学习者的学习过程非直线 式地对各知识点进行“机械性学习”，而是对某个学科 知识结构的整体理解过程。

因此，相对来说，人教版 “光合作用”一节更容易学习。

进一步分析流程图和教材内容，可从质性评价的 角度审视两种教材内容整合的特点。

由图1可知，美 国教材按照“光合作用的化学方程式一光反应一叶绿 体和色素一卡尔文循环一选择性途径”的顺序编制教 材，主要以概念转变的形式进行组织，不利于对学生 迁移应用能力的培养。

此外，美国教材使用插图解释 电子传递与卡尔文循环，增加了教材的整合广度，有 利于学生对光合作用的概念形成。

人教版围绕两个核心概念“叶绿体的结构”“光合 作用”进行内容的组织。

①通过“问题探讨:生产实践 中的植物工厂如何进行环境条件控制”创设情境，由此引导学生思考光合作用的条件和原料方面的问题。

②安排实验“捕获光能的色素”，以问题串贯穿 正文的形式引导学生认识捕获光能的色素和结构。

③结合生物学史，引导学生认识光合作用的原理、过程 与应用。

与美国教材不同，人教版使用大量科学家的 实验，如恩格尔曼探宄叶绿体功能、希尔探究光合作用 原理等，不仅渗透生物学史,也是科学本质的教育—
—
科学工作采用基于实证的范式，增加了可见广度，有助 于学生建立生物学观念，了解科学知识产生的过程。

2.2课程深度分析
由表2可见，中美可见深度差异较大，分别为4.33 和6.00;表征深度差异也较大，分别为0.570和0.392。

可见，深度通过对知识点本身的抽象度和所要求的思 维深度来界定，数据越大，表明课程对学生要求越高，难度越大;表征深度则通过对信息处理水平的合理提
升来实现对课程可见深度的消解，数据越大，则知识
的抽象程度越小,课程难度越小。

美国教材的可见深
度高于人教版，而表征深度却小于人教版，说明从课
程深度看，人教版“光合作用”一节的课程难度较小。

从质性评价的角度分析中美教材内容表征的差
异性，以“光合作用的原理”为例，人教版通过回忆光
合作用的定义、化学方程式，从能量转换角度提出光
合作用释放的氧气来自哪里，讨论科学家探宄光合作
用原理的实验，结合示意图，阐述光合作用是分阶段
进行的，并使用“符-宏-微”三重表征的方法,有利于
学生形成科学思维、更好地理解光合作用原理。

美国
教材则直接给出光合作用反应式，结合图片说明光合
作用的发生分为两个阶段。

3基于中美高中生物教材比较的启示
(1) 根据课程根本任务——立德树人，教师在教 学过程中应首先考虑光合作用的教育价值，既关注生
命观念与科学思维的形成，又注重科学探宄与社会责
任的培养。

针对不同的教学内容，落实核心素养的侧
重点也应有所不同。

例如，探索光合作用与呼吸作用
时,要阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的
变化，教师应帮助学生建立起“物质与能量观”‘探究
光合作用影响因素”是全过程的探究活动，则是培养
学生科学探究能力的重要载体。

(2) 教师要注意巧用插图。

美国教材中“电子传 递”与“卡尔文循环”的精美插图更能直观显示光合作
用的过程，且利于培养兴趣、易于自学。

在教学中，教
师可借鉴其插图，培养学生模型建构能力，使学生加
深对光合作用机理的理解。

(3) 教师要注重生物科学史和科学本质的学习，增 加课程广度。

人教版大量使用的科学史能够增加教材
的可读性与趣味性，同时又利于学生对知识点的理解。

(4) 教师要落实科学、技术和社会相互关系的教 育。

人教版在课堂引入的植物工厂及光合作用原理在生
产实践中的应用都有体现。

教师可升华这部分内容，如
让学生对如何提高农业生产的产量写份建议书。

参考文献：
[1]朱正威，赵占良著.生物学•必修I•分子与细胞[M].北京：
人民教育出版社,2019:97-106.
[2][美]奥尔顿•比格斯等著.林静等译.生物•生命的动力 [M].杭州:浙江教育出版社，2018:222-227.
[3]史宁中，孔凡哲，李淑文.课程难度模型:我国义务教育几
何课程难度的对比[J].东北师大学报,2005, (6): 152-156.
[4]闫春更，周青，王婷婷.教科书难度评价的模型建立与方
法改进[J].上海教育科研,2015, (9):42-45.
[5]沈善良，李高峰，张迎春.基于课程标准的多版本教材课
程难度的定量分析—
—以初中生物学课程标准实验教科书“生
物的遗传和变异”内容为例[J].西安文理学院学报（自然科学 版），2009,12Cl):65-70.
—65 —。