中日小学科学生物实验比较

中日小学科学教材中生物实验的比较研究齐智才,王伟（漳州师范学院生物科学与技术系,福建漳州363000）摘要：通过对中日两国小学科学教材中生物实验的研究，比较分析了两国小学科学教材在实验内容的系统性、年级设置的科学性、实验精度及图片文字编排的易理解性等方面存在的差异及特点，为我国小学科学教材的修订提供参考。关键词：中国;日本;小学科学;生物实验;比较中图分类号：G624文献标识码：BComparisontheBiologicalExperimentinPrimarySciencebetweenChinaandJapanQIZhi-cai,WANGWei(DepartmentofBiologicalScienceandTechnology,ZhangzhouNormalUniversity,Zhangzhou,Fujian363000,China)Abstract:BiologicalexperimentsofprimarysciencetextbooksbothinChinawithJapanwasComparedinthispaper，mainlyresearchonthecharacteristicsanddifferencesinbiologicalexperimentsofprimarysciencetextbooks,suchasinsystemic,gradesetting，experimentaccuracy,pictureeditor，etc.Allofthesecanprovidereferenceforrevisingprimarysciencetextbooks.Keywords:China;Japan;primaryscience;thebiologicalexperiment;comparison1引言小学科学课程中，实验占有非常重要的地位，一方面科学是建立在实验基础之上的，实验是探究的重要手段，另一方面实验可以培养学生的动手动脑能力。日本战后《小学指导要领》理科篇已经修订10次，经历了生活中心课程、科学中心课程、能力中心课程、个性中心课程、创造中心课程五个阶段。2000年我国将《小学自然教学大纲》改为《小学科学(3-6年级)课程标准》（以下简称《标准》），完成了由科学中心课程向探究中心课程的转变。由于建国以来至1976年小学自然实验一直没有被重视[1]，使我国教材的实验部分与日本产生较大差距。本文从实验内容、实验观、实验精度、实验的图文编排等多个角度对中日小学科学教材中生物实验进行比较，分析日本教材生物实验设计的特点，为我国的课程标准和教材修订提供借鉴。2选定教材日本现行的小学理科教材共有五个版本：东京书籍、大日本图书、启林馆、学校图书、教育出版。根据教材的权威性和市场的占有率，本文选取教育出版（以下简称日教版）和东京书籍（以下简称东京版）作为研究材料，这两套教材均经日本文教省2010年3月审定，分别于2011年1月和2月发行。我国现行小学科学教材有：教科版、苏教版、华东师大版、北师大版、青岛版、武汉版、京版、湘版、粤教版、冀人版等多个版本，本文选用使用率最高的教科版和苏教版作为比较材料，这两套教材于2001-2003年审定并发行。3生物实验比较107表2中国两版本小学各年级的生物实验数目比较年级三四五六教科版1660苏教版7355表1日本两版本小学各年级的生物实验数目比较年级三四五六东京版0065日教版0076根据《标准》实验界定为：有意识地改变某种变量，控制其他变量，探寻改变变量和结果之间的因果关系。科学实验包括验证性实验、模拟实验和探究性实验。3.1生物实验内容比较3.1.1日本小学理科生物实验内容比较日本两个版本的小学理科实验内容基本相同[2]，对学生实验能力的要求逐年提高，具体要求体现在新《小学指导要领解说(理科篇)》里：“3年级的学生对身边的事物进行比较，4年级的学生把事物与时间及它的功能相联系，5年级的学生研究事物的变化与发展的条件，6年级的学生抓住事物的要因及规律并能进行推论”。日本新《小学指导要领解说(理科篇)》对实验的内容及实验的设计有详细的解说，从而使得两套教材的实验内容高度吻合。3.1.2我国小学科学生物实验内容比较我国小学科学的生物实验设置，教科版中三年级和六年级实验最少，而苏教版四年级生物实验最少，表明我国对小学生生物实验能力没有统一的认识。苏教版在三年级设置了一个三因素生物实验：《探究种子的萌发需要的条件》，超出了三年级学生单个维度考虑问题的水平，而教科版六年级没有设置生物实验，说明小学科学实验设置没有充分考虑学生生物实验能力呈螺旋向上发展的规律。在实验内容的选择上，两版本只有五个相同实验。我国《标准》生物部分只列出一个实验：“设计实验研究水、阳光、空气、温度、肥料等对植物生长的影响”,由此可见，我国《标准》中生物实验内容目标太少是造成两版本实验内容不同的原因。3.1.3中日生物实验内容比较在实验数目上：东京版11个实验，日教版13个实验，教科版13个实验，苏教版20个实验，苏教版教材生物实验数目最多，其他三套教材实验数目基本相同。在实验总页数上：东京版26页、日教版30页、教科版17页、苏教版11页，日本两套教材明显高于我国。在平均每个实验页数：日教版2.3页、东京版2.3页、教科版1.5页、苏教版0.5页。可见日本对实验内容解说比较细致。还特别值得一提的是日本两套教材没有出现生物模拟实验，我国教科版和苏教版分别出现2个和6个模拟实验。我国的模拟实验注重让学生获得体验，对照模拟实验中的日本相应的知识内容，日本更注视科学知识的精确及原生态呈现。从实验内容的系统性进行比较，日本生物有四个基本概念：“生物的构造与机能”、“生物的多样性与同一性”、“生命的连续性”、“生物与环境的关系”。日本理科全部实验围绕“植物的一生”和“生物的碳氧能量循环”两个中心主题展开，突出“生命的连续性”、“生物与环境的关系”两个基本概念。我国教科版小学五年的实验有《种子发芽实验》、《绿豆芽生长需要阳光吗》、《绿豆芽生长对水的需求》三个实验在同一单元108中有点联系，但不构成一个有机整体，其它实验则相对独立。苏教版和教科版情况类似。表明我国小学科学中生物实验缺乏统一的中心。从实验内容的年级编排进行比较：早在1982年，日本的《小学指导要领》理科篇中的“指导计划与各学年的内容建议”第1点提出：“制订指导计划时要考虑各年级内容之间的关系以提高指导效果。”实验内容设计具有较强的系统性，适合儿童实验能力的发展水平。日本小学生物实验编排特点为：在三、四年级生学观察能力得到培养的基础上，五、六年级安排学生做实验。虽然三、四年级没有安排生物实验，但却开始了种植植物和饲养动物的活动，种植的植物还是以后实验的对象，这样学生可以用两年的准备时间，提出问题、思考问题、并酝酿出研究方案，这实际上在模拟科学发现的过程：在实践的基础上，通过长期观察和思考提出问题、分析问题、选择适合自己的课题，通过实验验证自己的假设，这个过程有利儿童的创造力的开发。反观我国科学教材生物实验设计，学生没有与实验相关的知识储备，没有充分发展的观察能力，实验是在学生没有准备的情况下，在很短的周期内进行，学生很难产生创造性思维火花。3.2实验观比较中日四本词典对实验的定义为:“为了检验某一理论或假设而进行某种操作或从事某种活动”[3-6]。“实验”一词源自日本：“出自1890年《日本国志》卷九”[6]按照实验定义，结合祁映宏提出实验的“认识观”、“学习观”[7]，科学的实验观应该为：把实验作为检验假设手段的“认识观”。我国的教科版与日教版、东京版生物实验都持“认识观”。在实验设计基本流程都是：提出问题——实验设计——实验实施——结论。我国苏教版由于实验平均只有0.5页的篇幅，没有设计提问，表现为典型的把实验作为技能的“学习观”。但在学习一个实验之后的拓展部分，常让学生提出一些问题并让其解决，把“认识观”建立在学生已掌握技能的基础之上。如：《研究植物体内水分是怎样散失的》和《研究阳光对植物生长的影响》都没有提问而直接点题，接着分别跟着三个和四实验步骤。在这两个实验之后让学生提出问题并让学生解决。3.3定量分析与定性分析比较日本两个版本教材都出现两个定量实验，分别为《植物是否产生氧气》、两个定量实验都用到氧气、二氧化碳检测管测量氧气与二氧化碳的含量，这两个实验都是定性与定量相结合的实验，既测是什么气体，又测气体的含量，另外《研究吸入的空气和呼出的空气有什么差异》还辅以石灰水对二氧化碳的定性实验。我国苏教版在三年级有一个定量分析生物实验《小草每天喝多少水》。教科版四年级和五年级各出现一个定量分析，生物实验分别为《测量呼吸和心跳》与《改变生态瓶》。我国教材中定量分析没有与定性分析相结合，而且教科版的定量实验只用到非连续变量，只计算次数，精度不高。3.4效度与信度比较巴桑桌玛博士对我国中小学生的统计能力发展水平做了具体的研究，小学的统计水平为：40％左右没有学过统计的三至五年级的学生和50％左右的六至八年级的学生已经初步具有非随机的分层抽样思想；小学生基本不会分析数据，学过和没有学过统计的一至六年级的学生对数据分析的理解水平没有差异。[8]日本教材效度与信度，并不是指数据层面上的效度与信度，而是抽样及实验设计层面上的效度与信度，即定性层面而非定量层面的效度与信度，日本教材更注重实验的效度。与小学生统计能力相适应，日教版中的7个及东京版6个生物实验采用两种以上的实验对象，使研究结论能够被推广到更大群体，使实验有较高的外部效度。如花粉的作用实验：“丝瓜雌花”和“葫芦雌花”在受粉前、受粉中、受粉后整个过程，其他实验则只在实验前或实验后添加其他生物的图片以提示，如实验应考虑其他生物是不是也会出现一样的结109果？日本的实验设计中存在实验组控制组前后测设计、平衡设计等高精密度实验设计[2]及采有精密的测量方法（使用气体检测管）从而使实验具有很高的内部效度。我国的教材主要从数据层面上关注效度与信度，抽样层面的效度与信度不被重视，我国《标准》中，明确指出：“了解探究结果应该是可以重复验证的”因此我国的教材更重视信度。如：我国的教科版小学科学《蚯蚓的选择》和《改变生态瓶》实验明确在表格中要求观测记录三次。这种重视数据层面上信度与小学生的统计能力发展水平不相适应。另外我国教材中生物实验都只选用一种材料，因而不具备很高的外部效度。我国小学生物最严密的实验设计为实验组控制组后测设计，虽能保证一定的内部效度及信度，但还需进一步提高。3.5图文比较日本教材平均每个生物实验的插图数为8.9幅，我国为2.3幅，日本在实验设计、实验过程及实验结果等方面都以图片形式体现，而我国生物实验多数只能设计出两幅图片的对比实验，及三个步骤的单组实验。日本小学生物实验中图片的特点是：图片清晰、色彩鲜明，每有对照实验，图片成对出现，易于比较，图片排列顺序从上至下或从左到右排列，使实验过程和结果一目了然，部分实验中图片的编排顺序突破单页排版的限制，双页图片从左到右排列让实验整个过程出现在一个大版面上；实验中文字配合图片出现，起辅助说明作用，说明实验步骤的文字，各步骤独成一小段，并按左右或上下顺序排列，使实验步骤清晰明了。我国的小学生物实验插图，部分看不清实验对象（《设计生态瓶》看不清鱼）；部分看不出对照组与实验组的差别（《观察并研究阳光对植物生长的影响》的图中没有代表阳光的物体）；部分为非必要图片（《种子发芽实验》中放纸巾图片占两幅）；插图较少有文字说明，看完图片难于明白实验怎么操作。教科版教材实验说明文字呈大段出现，并与图片分开编排，不利学生理解实验步骤。4几点启示：4.1增加探究实验我国苏教版的20个生物实验中有6个是模拟实验，这6个生物实验都没有用到生物材料，用实验结果解释生物现象时效度相对不足。《标准》是以地球知识为背景提出模拟实验的，应注意其适用性。更值得注意的是苏教版三年级有生物探究实验、而四年级没有探究生物实验，这不符合学生探究能力的发展规律。4.2实验设置适合小学生的发展水平生命