張杏娟 章君果

摘 要 介紹了美國Miller & Levine編著的《生物學(xué)》教材中“酵母菌發(fā)酵”實驗，并與人教版高中生物必修1中的相關(guān)實驗進(jìn)行比較分析，從“實驗的類型”及“實驗的設(shè)問”兩方面進(jìn)行剖析。

關(guān)鍵詞 酵母菌呼吸 實驗設(shè)問 比較

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

下面以2010年版美國教材《Biology》實驗冊B中“真菌發(fā)酵速率的控制”這一實驗為例，通過和人教版“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實驗進(jìn)行簡要比較與評析，以此探討中美實驗教學(xué)差異，希望能夠為國內(nèi)實驗教學(xué)提供新的思路和素材。

1 實驗內(nèi)容的介紹

美國Pearson Education出版社發(fā)行的生物教材中“探究真菌發(fā)酵速率”這一實驗探究了“不同物質(zhì)對酵母菌發(fā)酵速率的影響”。教材已經(jīng)給定實驗步驟，學(xué)生只需要按照實驗步驟進(jìn)行操作，實驗裝置的設(shè)計見圖1，實驗具體步驟見表1，并在表格中記錄實驗觀察到的結(jié)果。

2 實驗內(nèi)容的比較

該實驗和人教版必修1第五章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和應(yīng)用”中第三節(jié)“ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸”這一節(jié)中“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實驗進(jìn)行比較。下面主要從以下兩方面對中美教材中“酵母菌呼吸作用實驗”進(jìn)行比較分析。

2.1 實驗組織類型比較分析

中美教材中該實驗均為探究式實驗。美國教材中該實驗設(shè)置了以下組織模塊：實驗介紹、提出問題、實驗前討論、實驗材料、安全提示、實驗步驟、分析與結(jié)論及課后延伸。人教版教材主要從提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、結(jié)論、交流和應(yīng)用等方面來開展實驗。中美教材在模塊設(shè)置上有差異，但實驗基本過程和內(nèi)容基本相似。國內(nèi)教材中也有關(guān)于實驗介紹的內(nèi)容，在實驗之前的提出問題、作出假設(shè)這兩個模塊中也有小組討論，結(jié)論、交流和應(yīng)用與美國教材中的結(jié)論及課后延伸相類似。由于實驗培養(yǎng)目的不同，美國教材列出了實驗材料和實驗步驟，更注重對實驗結(jié)果的分析和總結(jié)，國內(nèi)教材更側(cè)重對學(xué)生實驗思路的培養(yǎng)。差異最明顯的是安全方面，美國教材中對安全方面的教育貫穿整個實驗過程，每個步驟中都有相關(guān)的安全圖標(biāo)進(jìn)行提示，并在實驗開始之前單獨設(shè)立“安全提示”這一模塊。國內(nèi)教材安全方面的教育相對欠缺，只有在濃硫酸使用時，才提到安全問題。

2.2 實驗設(shè)問的比較分析

實驗中的問題設(shè)置是整個實驗過程的“靈魂”。相關(guān)問題的設(shè)置往往可以驅(qū)動學(xué)生根據(jù)問題的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行推理及探討。美國教材中實驗前討論和分析與結(jié)論這兩個模塊設(shè)置的問題如表2所示。

實驗前討論的問題要求學(xué)生在閱讀整個實驗以后進(jìn)行解答。該模塊的問題主要是從實驗變量方面進(jìn)行設(shè)置及解釋一些現(xiàn)象和推斷實驗結(jié)果。分析與結(jié)論的問題主要從觀察、推斷、數(shù)據(jù)分析及建立假設(shè)幾個方面，由淺入深，逐步開放進(jìn)行探討。這兩個模塊設(shè)置的問題邏輯性比較強，問題之間關(guān)聯(lián)度相對較高，能夠充分培養(yǎng)學(xué)生的實驗原則及分析推斷能力。

國內(nèi)教材中該實驗在“設(shè)計實驗”模塊提出了3個問題：

① 怎樣控制有氧和無氧條件？

② 怎樣鑒定有無酒精產(chǎn)生？怎樣鑒定有無CO2產(chǎn)生？如何比較CO2產(chǎn)生的多少？

③ 怎樣保證酵母菌在整個實驗過程中能正常生活？

結(jié)論、交流和應(yīng)用模塊也設(shè)置了一個問題：重鉻酸鉀溶液檢測有無酒精存在？這一原理在日常生活中可以有什么用處？這些問題也需要閱讀教材中給定的參考資料后進(jìn)行解答。問題也涉及到自變量控制和因變量獲取，同時體現(xiàn)了一定的開放性和應(yīng)用性，但問題設(shè)置的邏輯性不強，主要從實驗中的注意環(huán)節(jié)進(jìn)行提問。

3 實驗特色評析

中美教材對酵母菌呼吸實驗的設(shè)置都有自己的特色。美國教材對這個實驗的設(shè)置更注重對實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果的分析，所以教材給定了實驗步驟，學(xué)生可以根據(jù)實驗步驟按部就班地進(jìn)行實驗，觀察實驗結(jié)果。美國教材通過設(shè)置相互關(guān)聯(lián)并且有一定的拓展和延伸的問題，來充分培養(yǎng)學(xué)生的分析推斷能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。美國實驗教材更注重對實驗安全的教育，安全警示貫穿了整個實驗過程并且安全內(nèi)容非常詳盡，這一點值得國內(nèi)借鑒。

國內(nèi)教材中關(guān)于酵母菌呼吸實驗更側(cè)重對學(xué)生實驗思路的培養(yǎng)，實驗過程具有較強的開放性，教師運用恰當(dāng)會起到很好的效果。教材提供了相關(guān)參考資料，讓學(xué)生根據(jù)參考資料進(jìn)行實驗方案的設(shè)計，并通過討論完善方案。這種自主討論的方式能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的組織架構(gòu)思維與參與合作精神。但由于國內(nèi)學(xué)生對這種完全開放的實驗會手足無措，同時由于實驗參考資料的限制，實際過程中往往會陷入僅限于對資料的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行實驗及探討，導(dǎo)致實驗的開放性和操作性降低。這解釋了為什么國內(nèi)出現(xiàn)很多對“酵母菌呼吸作用”實驗改進(jìn)的研究，并體現(xiàn)了一個明顯特色就是對學(xué)生知識點落實的要求比較高，所以學(xué)生掌握的基礎(chǔ)知識會更充分。

4 思考與探討

實驗實踐操作中有待商榷的部分：

（1） 實驗前儀器準(zhǔn)備，需保證5個實驗瓶子大小一致，且裝的水量相同，遵循等量原則。但在本實驗中較少提及。

（2） 實驗中，測量固體藥品時不應(yīng)用量筒進(jìn)行測量。量筒是用來測量液體的一種玻璃儀器，而非測量本實驗中氫氧化鈉和葡萄糖固體顆粒物質(zhì)。

（3） 在國外，有不同度量的藥匙，在我國大多數(shù)學(xué)校一般只具備普通藥匙，僅用于取用粉末狀或顆粒狀的固體藥品。因此，若借鑒國外實驗時，需結(jié)合我國國情因地制宜。

（4） 倘若按照上述實驗采取不適宜的儀器進(jìn)行測量，易造成較大誤差。

（5） 本實驗添加的實驗試劑的濃度沒有明確，是否對酵母菌的發(fā)酵有影響，影響有多大都有待教師進(jìn)一步探討。

（6） 實驗后發(fā)現(xiàn)，在同樣時間內(nèi)C瓶的氣球比其他瓶的氣球膨大程度都大其次為B、A。而C、D瓶的氣球皺縮，甚至有被吸到瓶中，呈倒掛的現(xiàn)象。且平行組也出現(xiàn)相同的結(jié)果。由實驗結(jié)果推知，氫氧化鈉對酵母菌發(fā)酵具有促進(jìn)作用。從微生物的培養(yǎng)角度來看，葡萄糖給酵母菌提供了碳源和能量，但生長過程中需無機鹽，而氯化鈉可為酵母菌發(fā)酵提供無機鹽。這為酵母菌的增殖起到了促進(jìn)作用。

（7） 實驗過程中，由于實驗步驟中未將溶液消毒、儀器滅菌，更易造成雜菌污染，使得酵母菌發(fā)酵受到影響。建議修改本實驗，在加入酵母菌前對實驗儀器滅菌、溶液消毒，盡量減少實驗誤差。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 張海銀.美國中學(xué)生物學(xué)實驗室安全教育的內(nèi)容及特點[J].中學(xué)生物教學(xué)，2014，8：4-6.