喬新虹 （華東師范大學(xué)教師教育學(xué)院 上海 200062）

朱彤吉 （甘泉外國語中學(xué) 上海 200065）

德國初中《生物》教材中的實驗簡介

喬新虹 （華東師范大學(xué)教師教育學(xué)院 上海 200062）

朱彤吉 （甘泉外國語中學(xué) 上海 200065）

德國《生物》是德國最大的教育出版集團——恩斯特·克萊特出版社所出版的初中生物學(xué)教材（以下簡稱“德國教材”）。此教材為德國梅克倫堡-前波美拉尼亞、薩克森-安哈爾特和圖林根州所使用的生物教材的修訂版本，適用于德國文理中學(xué)7～10學(xué)年學(xué)生，德國中學(xué)的7～10學(xué)年相當(dāng)于我國的初中階段。文理中學(xué)是德國中學(xué)教育階段中的精英學(xué)校，里面匯聚了經(jīng)過選拔的精英學(xué)生，文理中學(xué)相當(dāng)于我國的重點中學(xué)，因此它的教材具有一定的深度和難度，有的甚至達到了我國大學(xué)階段生物學(xué)專業(yè)的水平。

1 德國生物教材中實驗的案例及分析

德國《生物》中的實驗設(shè)計精巧，操作性強，適合初中階段的生物教學(xué)。每個實驗的介紹都十分詳細，實驗內(nèi)容也非常豐富，篇幅一般為1～3頁。雖然實驗設(shè)計比較簡單，但是其中涉及的生物學(xué)知識較深，很多知識都相當(dāng)于我國大學(xué)生物學(xué)專業(yè)所要求的水平。有些實驗所需的時間比較長，并非在一堂課中就能完成的，往往需要更多的課時，有的甚至需要用到學(xué)生課后的時間；有的實驗技能要求較高，相當(dāng)于我國高中甚至大學(xué)生物學(xué)專業(yè)的實驗技能要求。下面對德國初中《生物》教材中不同類型的實驗進行介紹和分析，以期對我國的生物實驗教學(xué)提供參考和借鑒。

1.1 環(huán)境保護類

環(huán)境問題已經(jīng)成為現(xiàn)代社會的熱點問題，整個世界都在關(guān)注著環(huán)境的改變和保護，而環(huán)境問題與生物學(xué)密切相關(guān)，德國生物教材充分關(guān)注到了這一點，設(shè)計了不少有關(guān)環(huán)境問題的實驗，如植被調(diào)查、地衣作為生物指標(biāo)、枯枝落葉和土壤調(diào)查等實驗，通過對環(huán)境的調(diào)查和實驗研究，讓學(xué)生認識環(huán)境對生物的影響，來培養(yǎng)學(xué)生對環(huán)境的關(guān)心和保護意識。

【案例1】實驗：地衣作為生物指標(biāo)。

利用現(xiàn)代儀器可以將有害氣體造成的空氣污染檢測得非常準確；但即使是精確的物理測量也不能提供有關(guān)污染物對人體和其他生物長期影響等問題的答案。

地衣對空氣污染特別敏感，地衣長期暴露，即使在冬天，褪色和最終的死亡是可觀測的后果。只要人們知道在何種程度某個特定的地衣品種對污染物敏感，就可以利用它們作為生物指標(biāo)來研究空氣污染的“活的指示劑”。

記錄苔蘚植物：找一處研究區(qū)域如公園或一小片森林，且具備地衣生長的良好環(huán)境。用于實驗的樹木最好具有光滑的樹皮并直立生長，通常用山毛櫸樹比較合適，將這些樹木在這一區(qū)域的地圖上標(biāo)注清楚。

將一張透明薄膜繞樹干一圈，并用圖釘固定在與眼睛齊平的位置上。記下薄膜頂部和底部邊緣的長度，用一個指南針確定北方，并在薄膜上標(biāo)記清楚。

A地衣：灰綠色、粉末狀Kuchenflechte；B地衣：橙色 Krustenflechten；C地衣：藍色 Blasenflechte；D 地衣：黑色 Blattflechten；E地衣：綠色 Strauchflechten。

注：從蔥綠色的膠毛藻Desmococcus中區(qū)分出灰綠色的A地衣有時很困難，在這種情況下，用放大鏡（10倍）可以發(fā)現(xiàn)A地衣具有淡黃色的囊托。

評估：將幻燈片放在方格紙上，數(shù)出每張薄膜被覆蓋的面積，進而計算出每種地衣在全部覆蓋面積中所占的百分比，將所有實驗樹上采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計在一份準備好的表格中。

評定：按照上述的順序從A到E表示地衣忍受空氣污染的能力遞減，大面積的不受破壞的E顯示空氣污染最少，若是發(fā)現(xiàn)僅有小面積的A則表明空氣污染很嚴重，若有更大的空氣污染則僅有膠毛藻Desmococcus可以存活。

研究可能性：用這種方法同時在一個城市或者地區(qū)的幾個不同地方進行調(diào)查，可以確定不同的空氣質(zhì)量。通過反復(fù)記錄和結(jié)果比較，可以檢測到歷年的空氣污染的變化。

教材中都具有有關(guān)植物的知識，學(xué)生也做過很多關(guān)于植物的實驗，但是能將植物與環(huán)境聯(lián)系起來，同時具有良好的可視性和可操作性的實驗并不多。德國教材中的這個“地衣作為生物指標(biāo)”的實驗提供了一個范例。實驗設(shè)計精巧，操作性強，適合初中階段的生物教學(xué)。學(xué)生可以通過地衣數(shù)量的不同或者變化，推測出當(dāng)?shù)乜諝馕廴镜某潭?。相比于各種儀器測量的空氣污染指標(biāo)，如 API、PM10、PM2.5，本實驗中所展示的地衣數(shù)量變化更能說明環(huán)境對生物的影響，具有更強的直觀性和信服力。但本實驗要求比較高，學(xué)生首先要學(xué)會辨認和區(qū)分出6種不同的地衣和藻類，并熟悉地衣的結(jié)構(gòu)和生活習(xí)性，這相當(dāng)于我國大學(xué)中對生物學(xué)專業(yè)學(xué)生的要求，因此本實驗的對象不是德國的一般學(xué)生，而是精英學(xué)?！睦碇袑W(xué)中的精英學(xué)生。

1.2 長周期類

德國教材中有不少實驗需要較長時間完成，少則幾天、幾周，多則幾個月甚至一年。例如，發(fā)酵實驗需要幾天時間，生長和繁殖需要幾周，而植被調(diào)查則要求學(xué)生調(diào)查一年中不同季節(jié)的植被變化。這與我國生物教材中的實驗大多是在一節(jié)課內(nèi)完成是不同的，較長周期的實驗需要師生具有一定的耐心和毅力，在試驗期間能保持好奇心和探究欲，認真觀察并記錄試驗現(xiàn)象和結(jié)果。

【案例2】生長和繁殖。

這項工作可以在課堂上或在家里完成。無論在哪里，你應(yīng)該在實驗開始前制定詳細的時間計劃表，因為有的植物有特定的生長季節(jié)，必須確保假期仍可照料到植物。

（1）莖葉和扦插。

插條是指從植物分離的部分，它在特定條件下，可以再次長成成株。

材料：秋海棠，酒，蓮萊蕉，毬蘭。

操作步驟：在選取的秋海棠葉表面的葉脈分叉點處，切割較粗的葉脈，將葉子背面向下放在濕濕的沙土上，截斷的莖底應(yīng)該用沙土覆蓋，在地面上用牙簽固定葉片。

切取10 cm的帶葉莖段，如天竺葵植物。切口應(yīng)干凈，略微傾斜，稍低于葉節(jié)點。莖段下部的葉片必須被移除，否則水分通過蒸發(fā)消耗過多。插入莖段的土壤應(yīng)保持適度濕潤。

作業(yè)：① 觀察培養(yǎng)情況并記錄變化，每周兩次。② 在苗圃中了解正在進行的扦插育苗，將正在實施的扦插培養(yǎng)與嫁接做比較，兩者有何異同？

（2）側(cè)枝。

材料：草莓、堇菜屬，筋骨草屬，野芝麻屬，毛，冰草屬，鈴蘭。

操作步驟：從上述植物中擇取長嫩芽的側(cè)枝，將其放入花箱中培養(yǎng)，這些植物也許就坐落在中學(xué)校園中。

作業(yè)：③ 寫出哪些植物有地上側(cè)枝，哪些有地下側(cè)枝。④ 討論側(cè)枝生長對繁殖和傳播的重要性。

（3）蘋果氣體實驗。

設(shè)備及材料：帶土的小花盆，帶底板的玻璃罩，豌豆苗或野豌豆苗，熟透了的蘋果。

操作步驟：

將豌豆或野豌豆苗分別植入兩個花盆中，取一盆豌豆苗與熟蘋果一起放入玻璃罩內(nèi)，而另一盆不放熟蘋果直接放入玻璃罩內(nèi)作為對照。

作業(yè)：⑤ 連續(xù)幾天觀察，并解釋在熟蘋果氣味影響下的豌豆苗的狀況。⑥ 把一個未成熟的番茄與蘋果放在一個玻璃罩中，發(fā)生了快速的貯放成熟現(xiàn)象。我們在什么情況下利用這一事實？⑦ 香蕉、菠蘿、蘋果不應(yīng)該被存儲在彼此旁邊，為什么？⑧ 用表格說明和對比有性和無性植物。⑨ 香蕉、橙子和橘子沒有種子，為什么這些熱帶水果沒有滅絕的危險？

生物是隨著時間的流逝而逐漸增長的，所以“生長和繁殖”實驗所需的時間也較長，但由于本實驗所需的條件并不高，可以“在課堂上或在家里完成”，所以可操作性還是很強的。同時，實驗也設(shè)計了相應(yīng)的作業(yè)，讓學(xué)生們帶著任務(wù)邊實驗邊思考，對實驗現(xiàn)象作出解釋，或者根據(jù)實驗結(jié)果進行拓展思維。

1.3 顯微觀察類

生物學(xué)中有很多事物和現(xiàn)象是肉眼看不見的，需要用顯微鏡放大后才能觀察。德國《生物》教材中也有很多這種顯微觀察類的實驗，例如用顯微鏡工作、細菌是多用途的、對真菌的研究、光合作用和呼吸作用等等。與我國初中生物教材中對顯微鏡操作的要求不同，德國教材中的實驗大多要求學(xué)生使用高倍鏡進行觀察，有的實驗還要求學(xué)生使用精密的專業(yè)儀器，使用精密實驗儀器對學(xué)生有更高的實驗技能要求，有助于學(xué)生建立對微觀世界的清晰認識。

【案例3】對真菌的研究。（1）來自真菌的孢子。孢子的顏色、形狀和大小是每種真菌表示其特征的標(biāo)志。

可以通過以下步驟獲取真菌的孢子：

取一株新鮮成熟的子實體，直接在梗端將菌蓋切除。將其傘房部放在一張白紙上并用碗或玻璃瓶罩上，以免遭受氣流影響。隔夜會產(chǎn)生一個由成熟孢子落下所形成的圖像，注意不同傘菌形成的圖像的顏色！在載玻片上滴一滴水，用刀尖挑取一些孢子粉放在水中，用顯微鏡的高倍鏡來觀察孢子。如果有可能，用目鏡測量孢子的直徑并記錄其顏色和表面狀況，在紙上繪制單個孢子。

（2）蘑菇養(yǎng)殖——獨立細胞。

從一顆蘑菇的菌褶上或其它真菌的菌褶上獲取盡可能薄的橫截切片。在載玻片上滴上一滴水，放上切片，蓋上蓋玻片，用大拇指輕輕壓一下蓋玻片，使其展平制作壓片，用吸水紙吸去多余的水，用顯微鏡的低倍鏡觀察切片并繪制草圖，用高倍鏡觀察并指出成熟的孢子細胞（褐色）和未成熟的孢子細胞（無色）。

注：養(yǎng)殖類蘑菇攜帶兩個孢子，如果想獲得更好的圖像對比度，可以不用水，而是用臺盼藍染劑，該染劑可以將菌絲的細胞壁染為藍色。

（3）地衣的表皮細胞。

我們經(jīng)?？梢栽趬Ρ谏匣蛐械罉渖峡吹綆в谐燃t色子實體的黃色地衣。人們可以在不破壞地衣的情況下得到子實體，操作如下：用一小條膠帶壓在上面，然后用刀尖從上面小心地刮取。用浸濕的刷子將膠帶上的子實體濕潤，然后等到它已吸收水分變軟，取薄片放置在滴水的載玻片上。蓋上蓋玻片，用低倍鏡觀察是否足夠薄。然后用你的拇指輕輕地壓一下，制作好壓片，用吸水紙吸去過多的水，然后用高倍鏡觀察，尋找表皮細胞，繪制一個帶有孢子的表皮細胞，滴一滴碘化鉀在蓋玻片的邊緣，用吸水紙引流使其通過蓋玻片。

試一試：輕輕地壓一下蓋玻片，將孢子從表皮細胞中壓出來。

對于真菌來說，其孢子具有重要意義，人們可以根據(jù)孢子的顏色、大小和性狀來區(qū)分真菌的種類?！皩φ婢难芯俊边@個實驗就是通過對孢子的研究來認識不同的真菌。因為孢子特別微小，所以本實驗涉及到了顯微高倍鏡的使用，在制作臨時裝片時也會有一定的操作難度，需要通過多次練習(xí)、反復(fù)制作來熟悉。另外，實驗還要求用目鏡測微尺“測量孢子的直徑并記錄其顏色和表面狀況”，而目鏡測微尺這種專業(yè)儀器的使用在我國生物教材中明確為高中的實驗技能，這些實驗技能的要求對初中生而言都比較高，通過這個實驗的練習(xí)，學(xué)生的實驗技能會得到提升，也會建立起對微觀生物世界的認識。

2 啟示和建議

由于德國初中《生物》教材針對的是德國文理中學(xué)中的精英學(xué)生。研究這套德國教材中的實驗，這對在生物知識和實驗技能上培養(yǎng)我國的高潛能學(xué)生提供了有益的借鑒和參考。

2.1 實驗不受課時限制

生物的生長、發(fā)育和新陳代謝等都需要時間，并且對生物的調(diào)查研究都要有一個過程，所以很多生物實驗需要較長的實驗周期，而課堂教學(xué)的時間要求則限制了此類生物實驗的開展。對于此類長周期實驗，教師可以學(xué)習(xí)德國的經(jīng)驗，設(shè)計簡單易操作且對實驗條件要求不高的活動，既可以在學(xué)校實驗室中進行，也可以在家里完成，讓學(xué)生對生物的生理過程有個完整而清晰的認識。特別是對于那些有興趣、有積極性、有更多學(xué)習(xí)需求的學(xué)生，給他們提供不受課時限制的長周期實驗具有實際的意義和價值。

2.2 適當(dāng)提高對實驗技能的要求

對于有潛力有更高發(fā)展要求的高潛能學(xué)生而言，課堂教學(xué)和實驗要求的內(nèi)容已經(jīng)不能滿足他們對科學(xué)探究的欲望和熱情。對這些學(xué)生，教師可以適當(dāng)提高對實驗技能的要求，讓他們提前接觸到更多更先進的專業(yè)實驗儀器和更高的實驗操作技能，讓他們所學(xué)習(xí)到的知識和技能與他們的發(fā)展需求相匹配，才能給予他們更多的學(xué)習(xí)支持，更好地實現(xiàn)個性化教學(xué)。

2.3 培養(yǎng)學(xué)生對社會熱點問題的關(guān)注

有很多社會熱點問題與生物學(xué)相關(guān)，比如環(huán)境及其保護、轉(zhuǎn)基因食品、克隆人等。在教授生物學(xué)知識和技能的同時，教師也要注意培養(yǎng)學(xué)生對社會熱點問題的關(guān)注，教會學(xué)生用所學(xué)到的生物學(xué)知識做出選擇和判斷。例如，生物與環(huán)境問題密切相關(guān)，教師可以設(shè)計各種與學(xué)生所生活的周邊環(huán)境相關(guān)的調(diào)查和實驗研究，來培養(yǎng)學(xué)生對環(huán)境的關(guān)注和保護意識。

文件編號：1003-7586(2017)10-0067-03