高中生物教科书中基因相关内容的变迁

  与基因相关的知识是现代遗传学的基础内容,在中学生物教科书中占有着举足轻重的地位。分析新中国成立后高中生物教科书中基因相关内容的变迁过程,可以给我们在新的时代如何处理有关内容提供启示。

  1 不同时期高中生物教科书中基因相关内容的呈现

  1.1 学制改革背景下,同时讲授孟德尔——摩尔根学派和米丘林学派的遗传学理论

  新中国成立之初,高中生物教科书中只讲授米丘林学说,并没有介绍基因相关内容。1958年秋季起,全国各地开始纷纷进行缩短学制的试验,十年制的《中学课本生物学》应运而生。为了落实当时的教材编辑方针,即“在编辑自然科学方面还要贯彻百家争鸣的方针”,教科书在遗传部分同时讲了“孟德尔——摩尔根学派对遗传和变异的研究”以及“米丘林学派对遗传和变异的研究”。书中对基因的概念是这样表述的:“因子在染色体上所占的位置的物质叫作基因”。从这一表述我们不难发现,这只是一个笼统的描述基因物质属性的概念,而对于基因具有遗传效应的特性却没有强调。此外,教科书中还提到了其他的与基因相关的遗传学名词,如基因型、基因突变、基因重组等。与基因概念的表述一样,由于缺乏相关的分子生物学实验证据的支撑,书中对这些名词的表述与解释都过于抽象笼统。

  在这套十年制生物教科书中,虽然基因概念的内涵有待深入挖掘,基因相关的知识体系也还需要不断完善,但是将这些内容重新编入中学生物学教科书无疑是新中国成立以后中学生物课程改革的一大进步,此后生物教科书的编写者们正是在此基础上开启了这部分内容编写的自主探索之路。

  1.2 “文化大革命”结束后,只讲授孟德尔——摩尔根学派的遗传学理论

  1966年,“文化大革命”开始,中学生物课取消。直到1978年,中学生物课才得以恢复。同年,教育部颁布了《全日制十年制学校中学生物教学大纲(试行草案)》,其中明确规定高中生物的教学内容中“遗传和变异”的章节只讲授孟德尔——摩尔根学派的遗传学理论,不再讲授米丘林学派的遗传学理论[1]。根据此教学大纲编写的高中生物教科书第一次跨入了分子水平。随着分子生物学知识的渗透,基因相关的内容占了“遗传和变异”章节一半以上的篇幅,这充分体现了基因在整个遗传学的发展过程中扮演着重要的角色。在此后的20多年时间里,教科书的编者又在学习和研究国内外先进教育理论以及最新生物科学研究成果的基础上,不断地对这部分内容进行着补充和完善。

  从分子生物学的角度来呈现基因相关的内容是我国高中生物教科书迈出的具有里程碑意义的重要一步,这也对我国中学生物学教育的发展产生了巨大而深远的影响。此后,我国的中学生物学教育基本上实现了与国际接轨。

  1.3 21世纪初,以科学史的方式呈现,凸显信息论的观点

  21世纪初,新一轮基础教育课程改革启动。2003年7月《普通高中生物课程标准(实验)》颁布,将“遗传与进化”作为必修部分一个相对独立的模块。根据此课标编写的教科书,比以往更加深入地揭示了基因的本质,更加突出了基因的“信息”作用,即把基因设定为一种信息分子,遗传就是基因所携带的遗传信息的复制、传递和表达。我们还可以发现,这部分内容的编排顺序基本上是按照科学发展的历史进程来安排,以人类对基因的本质、功能及其现代应用的研究历程为主线来展开。这样的编排设计不仅有效落实了课标的精神,而且与学生的认知过程一致,使学生在浓郁的历史感中获取丰富的知识。同时,教材中还注重引导学生学习科学发现过程中的科学方法,如假说—演绎法、类比推理法等。此外,本模块还利用更加多样化的栏目设计渗透了情感态度价值观的教育,其中有体现学科成果的“科学·技术·社会——DNA指纹技术”,有拓宽学生生物科技视野的“科学前沿——生物信息学”,还有拉近基因学研究与我们生活距离的“与生物学有关的职业——生物技术产业的研发人员”,等等。

  纵观我国中学生物学教科书60余年的变迁历史,我们可以发现,基因相关内容在教科书中的位置从边缘到核心,知识点的数量从少到多,内容的阐述从模糊到清晰,所承载的教育价值也逐渐上升到了一个新的高度——不仅向学生传授学科的基础知识,还着力于提高学生的生物科学素养。

  2 影响高中生物教科书中基因相关内容变迁的主要因素

  2.1 国家的文化教育政策的影响

  国家的教育政策不仅是教育改革的“指南针”,而且也是教科书编写的“指挥棒”。表1呈现了国家的相关政策对高中生物教科书中基因相关内容变迁的影响。

  表1 国家相关政策对高中生物教科书中基因相关内容变迁的影响

国家的相关政策

高中生物教科书中基因相关内容变迁

新中国成立初期,教育部提出“要以老解放区新教育经验为基础,吸收旧教育有用经验,借助苏联经验,建设新民主主义教育”的方针

大部分内容都是从苏联教科书翻译或编译而来,并且只讲米丘林遗传学

1957年,毛主席重提“百花齐放,百家争鸣”的“双百方针”

同时讲授孟德尔——摩尔根学派和米丘林学派的遗传学理论

1966年,“文化大革命”开始

生物课被取消

1983年,邓小平提出教育要面向现代化,面向世界,面向未来

增加了许多现代分子生物学的知识、基本实现与国际中学生物教育教学接轨

1986年,《中华人民共和国义务教育法》颁布,素质教育全面推进

必修教材中基因内容的难度有所降低,选修教材的知识内容则有所拓展(如详细讲授基因工程的基本内容)

2001,教育部颁发《基础教育课程改革纲要(试行)》

以“课程标准”代替“教学大纲”为标志的新一轮基础教育课程改革开始,按照新课标的要求遗传部分基因相关知识内容的编写以科学史为主线,凸显科学方法教育

 

  高中生物教科书内容变迁的历史就是不断适合国情、适应教育需求和学生发展需求的历史。在这一历史进程中,国家的文化教育政策发挥着重要的引领作用,只有国家加强对生物教科书建设的重视和领导,才能保证教科书的质量,保证教科书建设的有序进行。

  2.2 遗传学学科发展的影响

  教科书是学科知识传播的重要载体,其文本内容的主体就是学科中重要的知识理论和研究进展等,而这些内容的选择又是以学科发展为基础的,遗传学学科的发展对教科书中基因相关内容的变迁有重要影响(见表2)。

  表2 遗传学学科发展对我国高中生物教科书中基因相关内容变迁的影响

遗传学学科发展

我国高中生物教科书中基因相关内容的变迁

20世纪初—30年代(细胞遗传学时期),摩尔根及其研究团队发现了基因的连锁和互换规律,并将其具体化为成串排列在染色体上的遗传物质单位

1961年,《中学课本生物学第三册》在重新编入基因相关内容时,明确指出基因位于染色体上,通过染色体遗传给后代

20世纪30年代—50年代(微生物遗传学时期),科学家以微生物为研究材料,确认了DNA是生物的遗传物质,是基因的载体

1978年,《全日制十年制学校高中课本(试用本)生物全一册》编入了证明DNA是遗传物质的“噬菌体侵染细菌的实验”和“细菌转化的实验”

20世纪50年代,沃森和克里克发现DNA分子具有双螺旋结构,遗传学进入了分子时期;20世纪60年代,遗传密码的破译和中心法则的提出又极大地推动了遗传学的发展,科学家们对基因转录和表达的机制也有了更多的了解

1978年,《全日制十年制学校高中课本(试用本)生物全一册》不仅从分子水平介绍了基因概念的内涵,还详细阐述了“基因控制蛋白质的合成”和“基因突变的原因”等内容

20世纪70年代,以重组DNA技术为核心的基因工程诞生,对基因的研究进入人工改造阶段;20世纪80年代,基因工程走向产业化发展道路,在医药卫生环境保护等多领域开始发挥重要作用

1998年,《全日制普通高级中学教科书(试验本)生物(必修)第二册》新增了“重组DNA技术”阅读材料;《全日制普通高级中学教科书(试验本)生物(选修)全一册》将“遗传与基因工程”作为一章来介绍

20世纪90年代以来,随着DNA测序技术的发展,对基因的研究进入基因组学阶段

1998年,《全日制普通高级中学教科书(试验本)生物(选修)全一册》增加了与人类基因组研究相关的“课外读”材料

21世纪初,人类基因组计划圆满完成,科学家对基因的分子结构和调控机制等有了更加透彻的了解

2004年,《普通高中课程标准实验教科书生物2必修遗传与进化》更加深入地揭示了基因的本质、基因的功能等问题,这部分内容的编排体系更加符合现代遗传学的学科逻辑和结构

  纵观遗传学的发展历程,我们可以看到,遗传学的发展经历了从宏观到微观,从现象到本质的过程。高中生物教科书中基因相关内容的呈现亦是如此,与遗传学的发展紧密相连,虽然由于历史政治因素或者其他因素的影响,这部分知识内容的选取一般会滞后于学科的进展[2],但是,从某种意义上说,高中生物教科书中基因概念产生和发展的历史在很大程度上反映了遗传学发展的历史。

  3 对今后高中生物教科书中基因相关内容编写的建议

  现在广泛使用的新课程标准高中生物教科书,许多优点无疑是今后教科书应该继承和发扬的,笔者仅对基因相关内容的编写提出以下几点建议。

  3.1 在知识内容的选取上,要考虑时代性

  进入21世纪,基因学研究发展的势头依然迅猛,将新内容、新进展编入高中生物教科书是进行教科书现代化建设的要求之一。现在“人类基因组计划”已圆满完成,又一国际合作计划——“DNA元件百科全书”计划已经启动,其目标之一就是对人类基因组的功能元件进行鉴定和研究。该项目目前的研究结果显示,人类基因组中越来越多的“垃圾DNA”(junk DNA)调控着基因的活性,这就使得我们开始重新思考长期以来对于基因和基因组功能的认识,而“基因是有遗传效应的DNA片段”这一定义可能已不足以概括基因的丰富内涵。此外,科学家在对基因表达调控的研究中发现,除了基因组DNA外,还有大量的遗传信息(如DNA的甲基化修饰、组蛋白的修饰)调控着基因的表达,这就是一个新的学科——表观遗传学研究的问题。随着生命科学日新月异的发展,基因相关内容一定会越来越丰富,如何正确地认识基因、科学地定义基因是今后生物教科书的编者需要把握的问题。

  3.2 在知识内容的组织上,要围绕重要概念进行

  2011年最新修订的《义务教育生物学课程标准》明确指出“生物学概念是生物学课程内容的基本组成”“围绕着生物学重要概念来组织并开展教学活动,能有效提高教学效益,有助于学生对知识的深入理解和迁移应用”。“教科学”的8条原则中也包括“教学要专注于核心科学思想”[3]。教科书作为教学的重要资料,应该围绕着重要概念来组织内容,高中生物教科书中基因相关内容的编写亦是如此。编者首先应该要明确遗传学模块的重要概念,然后围绕着它们来构建基因相关知识的网络,这样将有助于学生扎实地掌握知识,在解决问题时他们能准确、快速地提取相关知识。

  此外,高中生物课程中基因相关的重要概念多而抽象,编者还需要围绕着这些重要概念来呈现一些科学史的内容,设置多种多样的实验探究、资料分析和讨论等栏目,这对于学生建立、理解和应用概念是很有帮助的。

  3.3 在知识内容的呈现上,要思考如何渗透STSE的思想

  STSE是环境教育与STS(科学·技术·社会)教育相结合的综合性教育思想。在生物教科书中渗透STSE思想是教科书综合化的体现,也是未来生物教科书建设的重要方向。

  随着社会经济的飞速发展,全球性的生态环境问题日益突出,人们越来越关注环境的保护。基因科学和技术的发展为环境污染的监测和治理开拓了新的领域。例如,利用基因工程技术培育出一些具有指示作用的生物,它们能迅速灵敏地反映环境污染的情况;利用基因工程技术改造微生物,提高它们净化环境的能力也是目前生物学领域研究的热点之一。教科书需要重视这些生物科学知识与人们现在普遍关注的环境问题的紧密结合,引导学生辩证地认识科学、技术、社会和环境之间的关系,逐步建立人与自然和谐共处和可持续发展的思想。生物学教科书既是学科知识的传播者,也是STSE教育的承载者,只有两者有机地结合起来,才能使学生得到全面发展,这也是科学教育的最终目的之所在。

  参考文献

  [1]课程教材研究所.20世纪中国中小学课程标准·教学大纲汇编·生物卷[S].北京:人民教育出版社,2001

  [2]刘玲.百年中学生物教科书中遗传与进化内容的变迁研究[D].长春:东北师范大学,2013

  [3]JohnR.Staver.Teachingscience[M].Belley:InternationalAcademyof Education,InternationalBureauofEducation,2007:9~10

本文系2010年度国家社科基金重大项目“中国百年教科书整理与研究”(课题批准号:10&ZD095,首席专家:徐岩)的研究成果之一。


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