顏曉佳 李韶山

摘 要 對中美兩國普遍使用的高中生物教材中的實驗，從課標(biāo)要求、實驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理、課后擴展等方面對相同知識內(nèi)容，即“分子與細(xì)胞”、“遺傳與進(jìn)化”和“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”3個必修模塊進(jìn)行比較研究。得到以下啟示：完善教材配套網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫資源建設(shè)，拓寬課外探究渠道，構(gòu)建立體化教材；以迷你實驗的模式提升驗證性實驗水平，強化探究思維和能力的訓(xùn)練；在實驗中滲透環(huán)境保護教育，防治實驗廢棄物污染。

關(guān)鍵詞 人教版 生命的動力 高中生物教材 實驗 教材比較研究

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。生物實驗是學(xué)生獲取生物學(xué)知識的有效手段之一，同時也是科學(xué)探究的重要載體，其編排結(jié)構(gòu)將直接影響中美兩國《課程標(biāo)準(zhǔn)》所提倡的科學(xué)探究理念的實施。因此筆者選取了中美兩國使用率最高的教材：人民教育出版社高中生物實驗教材（簡稱“人教版”）和《Biology： The Dynamics of Life》（《生物：生命的動力》簡稱“美國教材”），從課標(biāo)要求、實驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理、課后擴展等方面對相同知識內(nèi)容（即“分子與細(xì)胞”、“遺傳與進(jìn)化”和“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”）的實驗版塊進(jìn)行比較研究，以了解中美兩國實踐“科學(xué)探究”理念的差異，為推進(jìn)我國的高中生物學(xué)教材建設(shè)和課程改革提供參考。

1 中美高中生物教材實驗概況

1.1 人教版的實驗類型及數(shù)量分布

人教版的實驗探究活動分為探究和實驗兩大類，根據(jù)實驗?zāi)康摹㈤_展方式及意義，又可將實驗分為觀察實驗、生理生化實驗、模擬實驗、調(diào)查實驗。探究要求學(xué)生用替代的材料或手段來模擬，從中領(lǐng)悟生物科學(xué)研究的方法，加深對有關(guān)生物學(xué)知識的理解。觀察實驗指要求學(xué)生協(xié)調(diào)多種感覺器官，全面觀察并學(xué)會描述實驗現(xiàn)象的實驗。生理分析實驗是指對生物的生理現(xiàn)象進(jìn)行分析的實驗。調(diào)查實驗指根據(jù)調(diào)查目的選擇調(diào)查對象，并包括隨機取樣、整理和分析、調(diào)查數(shù)據(jù)等過程的實驗（表1）。

1.2 美國教材的實驗類型及數(shù)量分布

美國教材獨立設(shè)置了“實驗版塊”目錄，因此教師和學(xué)生對教材實驗編排、布局一目了然。美國教材實驗版塊共有實驗設(shè)計、調(diào)查實驗、網(wǎng)絡(luò)實驗、迷你實驗和技能實驗五類，其中實驗設(shè)計類似于人教版的探究實驗，是學(xué)生按探究過程設(shè)計實驗并實施，從中領(lǐng)悟科學(xué)探究的一般過程及方法。網(wǎng)絡(luò)實驗是通過網(wǎng)絡(luò)平臺收集信息、上傳數(shù)據(jù)并進(jìn)行交流、分享，以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、提供學(xué)生的信息素養(yǎng)為主要目標(biāo)。調(diào)查實驗是通過觀察、比較、記錄數(shù)據(jù)等形式收集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，推導(dǎo)結(jié)論，以培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析、因果推斷能力為目標(biāo)。技能實驗不需要使用實驗儀器，通過解釋數(shù)據(jù)、推導(dǎo)結(jié)論等，著重培養(yǎng)單項實驗探究的思維能力。迷你實驗簡化了實驗操作步驟，便于學(xué)生在課堂上快速得到實驗結(jié)果，并推導(dǎo)實驗結(jié)論；著重培養(yǎng)學(xué)生從生活中提出問題、動手操作及解釋數(shù)據(jù)的能力（表2）。

2 中美高中生物教材實驗的比較分析

2.1 實驗編排的比較

2.1.1 課程標(biāo)準(zhǔn)要求的比較

教材是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)而編寫的，因此課程標(biāo)準(zhǔn)對教材編寫有較大影響。對于實驗探究活動，中國課程標(biāo)準(zhǔn)提出“初步學(xué)會生物科學(xué)探究的一般方法，具有較強的生物學(xué)實驗的基本操作技能、搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、分析和解決實際問題的能力以及交流與合作的能力；能夠正確使用一般的實驗器具，掌握采集和處理實驗材料、進(jìn)行生物學(xué)實驗的操作、生物繪圖等技能”的目標(biāo)。美國課程標(biāo)準(zhǔn)則要求學(xué)生“在學(xué)習(xí)探知自然界的科學(xué)方法時將會參與科學(xué)探究活動中的某些方面的工作，同時也應(yīng)該培養(yǎng)自己從事完整的探究活動的能力”。由此可見，雖然兩國課程標(biāo)準(zhǔn)都提倡科學(xué)探究理念，但對科學(xué)探究的培養(yǎng)有所側(cè)重，我國更強調(diào)實驗操作技能的訓(xùn)練，而美國強調(diào)探究思維的培養(yǎng)。

2.1.2 實驗內(nèi)容呈現(xiàn)的比較

兩套教材實驗所選的內(nèi)容既與教材知識密切相關(guān)，也與生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系。學(xué)生通過實驗探究，加深對教材理論知識的理解，有利于教材理論知識的轉(zhuǎn)化和遷移。對于同一個主題的實驗，兩套教材分別從不同的角度開展實驗，這為實驗教學(xué)、課外探究活動提供了很好的參考材料。人教版對實驗內(nèi)容的表述多采用陳述性語句，十分嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范；美國教材則簡明扼要，而且大多采用第二人稱進(jìn)行陳述，如“本次實驗中，你設(shè)置的單一變量是什么？”“你認(rèn)為哪種生物的細(xì)胞分化程度更高？”等，讀起來親切、自然，像是在與教材對話。另外，美國教材的實驗名稱也貼近生活，如“蘋果汁發(fā)酵了嗎？”“廣告詞都可信嗎？”，具有很強的吸引力。對于實驗原理、關(guān)鍵步驟，人教版會給出相應(yīng)的彩色模式圖，美國教材則加入了大量的彩色照片，為學(xué)生提供感性認(rèn)知材料，提高學(xué)生的閱讀興趣。

2.1.3 實驗數(shù)據(jù)處理及課后討論的比較

數(shù)據(jù)整理是科學(xué)實驗所必須具備的技能之一，兩套教材對實驗數(shù)據(jù)整理的編排大體相同：運用相關(guān)統(tǒng)計學(xué)的方法整理原始實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合簡單到復(fù)雜的學(xué)習(xí)策略，設(shè)置階梯性問題，逐步引導(dǎo)學(xué)生通過統(tǒng)計結(jié)果推導(dǎo)實驗結(jié)論。為了直觀地展示實驗結(jié)論，兩套教材還設(shè)置有多種形式的展示方式，如匯總表格、模型圖等。美國教材充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)勢，學(xué)生可以通過與網(wǎng)絡(luò)參考數(shù)據(jù)、其他學(xué)校的共享數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生誤差的原因，從而改進(jìn)實驗操作，起到及時反饋的作用。

兩套教材都通過引導(dǎo)學(xué)生運用實驗結(jié)論解釋生活中常見的現(xiàn)象或科學(xué)技術(shù)，使得教材的理論知識與生產(chǎn)生活相聯(lián)系，達(dá)到強化記憶的目的。如人教版“探究酵母菌細(xì)胞的呼吸方式”實驗后讓學(xué)生思考重鉻酸鉀可以檢測有無酒精存在，想一想這一原理在日常生活中有什么用等；美國教材在學(xué)習(xí)完植物色素，根據(jù)日常生活常見的葉子顏色變化，提問學(xué)生“為什么在夏天看不到紅色、黃色、紫色的葉子？”此外，美國教材提供了具有科學(xué)權(quán)威的特定網(wǎng)站，豐富學(xué)生的課外閱讀。而人教版教材僅是通過問題引導(dǎo)，學(xué)生個人或小組內(nèi)部進(jìn)行整理、分析實驗數(shù)據(jù)，雖是補充了課堂外資源，但顯得較為單薄。

2.2 實驗比較的分析

2.2.1 注重科學(xué)探究技能和思維的訓(xùn)練

中美兩國高中生物教材中均有探究實驗，綜合培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力；其他類型實驗的編排結(jié)構(gòu)也隱含科學(xué)探究的一般過程（提出問題、作出假設(shè)、制定計劃并實施、數(shù)據(jù)分析、解釋與結(jié)論、表達(dá)交流等），體現(xiàn)了兩國課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的科學(xué)探究理念。但由于兩國課程標(biāo)準(zhǔn)對實驗的具體要求不同，人教版設(shè)置有觀察實驗、生理生化實驗等基礎(chǔ)實驗，加強實驗操作技能的訓(xùn)練。美國教材則編排有大量迷你實驗、技能實驗等，通過問題引導(dǎo)的方式，著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維。

2.2.2 緊密聯(lián)系教材理論知識和生產(chǎn)生活實際

生物學(xué)很多理論知識源于實驗的探索發(fā)現(xiàn)，因此生物實驗是連接教材理論知識和生產(chǎn)生活的橋梁。兩國教材在實驗的引入、探究過程及課后擴展的選材，都來源于生產(chǎn)生活，同時又與教材理論知識密切相關(guān)，有利于教材理論知識的遷移、轉(zhuǎn)化，并且達(dá)到了解生物科學(xué)知識在生活、生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展和環(huán)境保護等方面的應(yīng)用的相同課程目標(biāo)，體現(xiàn)STS教育理念。如人教版在“探究影響酶活性的條件”中就選擇加酶洗衣粉、消化酶作為引入，以淀粉酶作為實驗材料，最后討論酶制劑在使用中的注意事項。學(xué)生在實驗過程中不僅能感受到教材知識來源于生活，也能體驗運用教材知識解釋生活現(xiàn)象的成就感，對于提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)具有很好的促進(jìn)作用。

2.2.3 根據(jù)實驗內(nèi)容靈活選擇插圖

兩套教材都加入了大量的彩色插圖，圖文并茂，提高了學(xué)生的閱讀興趣。但人教版采用較多的是模式圖，可以人為地進(jìn)行設(shè)計，使微觀、抽象、復(fù)雜的知識具體化，便于學(xué)生理解和記憶，也便于突出實驗要點，規(guī)范實驗操作，但不免有些失真、過于理想化。美國教材采用較多的是照片，可以形象直觀地展示實驗操作過程，學(xué)生在進(jìn)行實驗操作的過程中仿佛身臨其境，增強教材的感染力，但學(xué)生可能不容易把握實驗操作要點，需要教師加以引導(dǎo)。因此，在實驗教學(xué)中教師要靈活選擇實驗插圖，利用模式圖對實驗原理進(jìn)行解釋，放大微觀不可見現(xiàn)象。利用照片插圖展示實驗操作過程，形象而直觀，同時也減少了文字描述篇幅。

3 啟示與思考

3.1 加強網(wǎng)絡(luò)資源的開發(fā)與建設(shè)，構(gòu)建立體化教材

美國教材最突出的特點是對網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用，同時借助網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的支持，發(fā)揮其及時更新、互動共享等優(yōu)勢，對實驗活動的開展起到巨大的促進(jìn)作用；尤其是在學(xué)生處理實驗數(shù)據(jù)、分析誤差、改進(jìn)實驗操作等方面更是凸顯其優(yōu)勢。美國教材還在此基礎(chǔ)上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)實驗，以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力及數(shù)據(jù)分享意識，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。進(jìn)入教材網(wǎng)站即可看到所有的網(wǎng)絡(luò)實驗內(nèi)容，該網(wǎng)站的亮點在于數(shù)據(jù)資源上，第一個是活動鏈接，是介紹該實驗相關(guān)知識的專業(yè)網(wǎng)站，第二個是學(xué)生數(shù)據(jù)鏈接，可看到學(xué)生收集整理之后上傳的數(shù)據(jù)表，具有交流共享的功能。借助該網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，可進(jìn)行完整的實驗探究活動。

網(wǎng)絡(luò)資源是我國《課標(biāo)》中提倡的課程資源形式之一，人教版雖然也有加入了某些網(wǎng)絡(luò)資源，但存在數(shù)量少、針對性不強、沒有及時更新等問題，對學(xué)生查找網(wǎng)絡(luò)資源的導(dǎo)向性不強。隨著多媒體電腦和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源已不局限于資料搜集，還具備了數(shù)據(jù)統(tǒng)計、共享、實時更新等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫功能，因此，嘗試建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，便于使用者及時共享教材實驗數(shù)據(jù)，特別是一些需要大量數(shù)據(jù)的經(jīng)典實驗，例如孟德爾豌豆實驗，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫可以收集各個學(xué)校的實驗數(shù)據(jù)，在大樣本量下動態(tài)更新統(tǒng)計結(jié)果，更有助于學(xué)生的數(shù)據(jù)分析。這類網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫資源建設(shè)也是目前我國生物教材缺乏的一種課外擴展形式，其開發(fā)與建設(shè)有助于推動我國立體化教材的建設(shè)。

3.2 提升驗證性實驗水平，增強實驗探究性

人教版根據(jù)我國《課標(biāo)》的要求，編排有驗證性實驗（包括觀察實驗、生理生化實驗等）以加強對學(xué)生實驗操作技能的訓(xùn)練，但這類驗證性實驗所需人力物力與探究實驗相當(dāng)，為了在驗證性實驗中也能培養(yǎng)學(xué)生的探究思維和探究能力，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一些嘗試，如對實驗原理進(jìn)行設(shè)計、加入變量、設(shè)置梯度等，但都無疑加大了實驗容量，延長實驗操作時間。這對于我國高中生物教學(xué)存在的學(xué)業(yè)壓力大、課時緊的現(xiàn)狀并沒有很好地緩解。

美國教材中“迷你實驗”的作法則不失為一種參考。迷你實驗類似于簡化版的驗證性實驗，只讓學(xué)生對實驗的關(guān)鍵步驟進(jìn)行操作，如葉綠素的提取與分離實驗，教師向?qū)W生提供研磨好的葉綠素提取液，讓學(xué)生直接進(jìn)行劃線操作，極大地縮短實驗時間，便于在課堂上進(jìn)行，同時還設(shè)置有相關(guān)的探究性問題，通過引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進(jìn)行深入分析、思考，培養(yǎng)學(xué)生的探究性思維。

3.3 滲透環(huán)境保護教育，防治實驗污染

隨著工業(yè)化給人們生活帶來便利的同時，也改變著人們的生活環(huán)境，日益惡化的生態(tài)環(huán)境使人們感到環(huán)境保護的重要性和迫切性。高中生物實驗會涉及到相關(guān)化學(xué)藥品的使用，相應(yīng)也會產(chǎn)生一些環(huán)境污染源，雖然數(shù)量和強度不及工業(yè)污染，但全國各地中學(xué)長期地排放，污染也相當(dāng)嚴(yán)重；更主要的是，學(xué)生在實驗中養(yǎng)成了隨意排放污染物的習(xí)慣，沒能形成一定的環(huán)境保護意識。為此，可借鑒美國教材在實驗結(jié)束后“清潔與整理”的作法，指導(dǎo)學(xué)生在保證自身安全的基礎(chǔ)上，對實驗材料、用具進(jìn)行規(guī)范處理，如“與教師商量處理實驗后廢棄的細(xì)菌培養(yǎng)物和抗生素的方法”，既讓學(xué)生學(xué)會合理處置實驗廢棄物，也滲透環(huán)境保護意識，體現(xiàn)人文主義關(guān)懷。此外，教師在實驗教學(xué)中還應(yīng)充分發(fā)揮榜樣示范作用，親身參與到實驗廢棄物的處置當(dāng)中，用自己的實際行動感染學(xué)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] Alton Biggs， Whitney Crispen Hagins， et al. Biology： The Dynamics of Life[M]. New York： The McGraw-Hill Companies， Inc， 2004.

[2] [美]奧爾頓·比格斯.廖蘇梅等譯.生物·生命的動力[M].杭州：浙江教育出版社.2008.