殷亞妮

摘要：IBDP生物學實驗課程和我國高中生物學實驗課程都以培養(yǎng)學生解決問題的能力為目標，但IBDP生物學實驗課程更重視過程性，強調實驗設計方法和數據處理分析的能力，多設置探究性實驗;而我國高中生物學實驗課程更關注實驗操作技能以及對理論知識的驗證，多設置驗證性實驗。以牛津版和人教版教材中“酶”的相關實驗為例，從實驗相關模塊設置、內容安排和體例等方面進行比較，以期為我國高中生物學實驗教學和教材編寫提供參考。

關鍵詞：IBDP;高中生物學;實驗課程;比較研究

本文系江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年中小學教師發(fā)展專項立項課題“以‘人人名師’為目標構建教師發(fā)展共同體的實踐研究”（編號：Jc/2020/05）的階段性研究成果。一、生物學實驗課程目標的比較

（一）IBDP生物學實驗課程教學目標

IBDP生物學課程強調實驗教學的過程性，關注學生知識的生成過程，旨在培養(yǎng)學生解決問題的能力，全面提高學生的生物學素養(yǎng)。其實驗教學方式以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力為目標，促進學生通過實踐來超越認知的局限，通過對問題本身的感受形成價值判斷和各種能力。因此，學生在IBDP生物學實驗課程中不僅能收獲知識，更重要的是掌握學習方法，學會尊重事實而非尊重權威。在實驗技能方面，IBDP生物學實驗課程尤其重視培養(yǎng)學生的實驗設計能力、數據處理和分析能力、結論提出與評估能力，認為這些能力對學生之后閱讀文獻、撰寫科學論文有重要幫助，有很強的實踐和應用價值。

（二）我國高中生物學實驗課程教學目標

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（下文稱“新課標”）提出，應使學生通過生物學課程的學習“掌握科學探究的思路和方法，形成合作精神，善于從實踐的層面探討或嘗試解決現實生活問題”中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：6。 ，強調學生應安全、正確地使用實驗器具和藥品，鼓勵學生參與設計實驗，建議實驗教學中重視定量研究，讓學生在量的變化中了解事物的本質劉恩山，曹保義.普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：85。。

二、教材中實驗類型及實施的整體比較

（一）IBDP生物學教材（牛津版）中的實驗類型及實施

牛津版IBDP生物學教材中的實驗類型多樣（部分實驗見表1），探究性實驗遠多于驗證性實驗，且有大量的構建模型類實驗活動，比如繪制結構示意圖或者用軟件進行模擬等。不同實驗的側重點不同，有些實驗用于培養(yǎng)學生設計實驗的能力;有些實驗給出實驗設計思想，只培養(yǎng)學生數據收集、分析或結果討論的能力，而且重視對現代化實驗儀器的應用，比如使用傳感器檢測指標變化并收集數據。筆者了解到，在IBDP生物學實驗教學過程中，教師的自由度非常大，在符合課時要求的基礎上，可以自由選擇實驗的內容和類型，教材中的實驗只是參考。IBDP生物學實驗課程還有對學生實驗能力的內部評估，會從方案設計、數據收集和處理、結論和評價、操作技巧、人際技巧等多維度展開，因此，教師會選擇合適的實驗針對性地培養(yǎng)學生的相關能力。

（二）我國高中生物學教材（人教版）中的實驗類型及實施

基于新課標編寫的人教版高中生物學必修教材中，共有17個實驗（見表2），其中，驗證性實驗9個、探究性實驗6個、構建模型類實驗2個。實驗類型以驗證性實驗為主，在實驗教學中注重觀察能力的培養(yǎng)和操作技能的熟練程度等;探究性實驗的教學方法還不完善，探究也僅限于初步階段，在實驗過程中往往自變量和因變量既定，材料、步驟都給出，對學生的要求更多的是能陳述自變量與因變量的關系，了解觀察或測量變量的方法，收集和簡單處理實驗數據，根據實驗現象和數據得出結論等;構建模型類實驗以模型制作為主，缺少利用現代化數字設備進行的模擬實驗。

三、教材中實驗相關模塊設置、內容安排及體例的具體比較

人教版高中生物學必修1（2019年第1版）第五章《細胞的能量供應和利用》第一節(jié)、牛津版IBDP生物學教材（2014年第1版）第二章molecular biology第七節(jié)，均是有關“酶”的內容，包含多個關于酶特性的實驗活動。兩版教材都依托本章節(jié)教學內容系統(tǒng)講解了科學探究過程中設計以及實施實驗的方法和注意事項，極具對比性。下面，以“酶”的相關實驗為例，具體比較兩版教材中實驗相關模塊設置、內容安排及體例。

（一）實驗相關模塊設置的比較

人教版教材與實驗相關的模塊有“探索·實踐”和“科學方法”，其中“探究·實踐”介紹具體的實驗內容，“科學方法”則總結與同章節(jié)實驗內容密切相關的科學研究方法，比如提出假說、構建模型、控制變量、設計對照實驗等。牛津版教材中，有“技能主題”“實驗數據分析”和“科學本質”三個與實驗相關的模塊。三個模塊側重點不同，前兩個模塊以具體的實驗為依托，“技能主題”模塊在于培養(yǎng)學生設計實驗的能力和實驗操作技能，“實驗數據分析”模塊會介紹一些研究數據，強化學生收集、處理、呈現和分析實驗數據的能力;而“科學本質”模塊則是對實驗設計規(guī)律的總結。兩版教材中實驗模塊設置上的共性是通過具體的實驗活動總結普遍的實驗探究規(guī)律和實驗設計原則，但相較而言，牛津版教材更注重培養(yǎng)學生分析和處理數據的能力。

（二）實驗內容安排的比較

人教版教材安排了3個“酶”的相關實驗，分別為：比較過氧化氫在不同條件下的分解、淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用、影響酶活性的條件。前2個為驗證性實驗，分別驗證酶的高效性和專一性;第3個是探究性實驗，探究溫度、pH對酶活性的影響。牛津版教材的3個實驗分別為：水解凝膠塊（不同pH條件下）、驗證底物濃度對酶反應速率的影響、探究溫度對脂肪酶活性的影響。從內容上看，牛津版教材只是探究了環(huán)境因素對酶活性和酶促反應的影響，人教版教材則更勝一籌：實驗涉及酶的高效性、專一性及環(huán)境條件的影響，幫助學生充分地理解酶的特性，促進理論知識的學習。

此外，人教版教材中實驗活動安排在相關理論教學之前，讓學生通過實驗來理解酶的特性，只需掌握自變量和因變量之間的關聯(lián)性質即可，因此為定性實驗。而牛津版教材中實驗安排在理論教學之后，是對已經掌握的理論知識的驗證，且要在此基礎上尋找具體規(guī)律，是定量實驗。

（三）實驗體例的比較

兩版教材中，“酶”相關的實驗均只涉及探究性實驗和驗證性實驗兩種，故下文將比較兩版教材在編寫這兩種實驗類型時的體例差異。

1.驗證性實驗的比較

人教版教材中，驗證性實驗明確分為目的要求、材料用具、方法步驟、討論、結論五部分，給出了詳細的實驗方案，學生只需按照步驟實施。而步驟中關于實驗結果的要求多為“仔細觀察并記錄實驗結果”“觀察兩支試管內的溶液顏色變化”，是對現象的觀察描述，無須測量和分析數據。討論環(huán)節(jié)會針對實驗方案和現象進行分析并提出問題，促進學生對實驗的理解，同時也會建議學生交流合作，比如 “你對本實驗的過程有什么疑問嗎？如果有，請?zhí)岢鰜砼c本小組同學討論”。

牛津版教材中，驗證性實驗無條目劃分，只包括背景知識介紹和思考題兩部分。在背景知識中說明實驗目的、材料儀器，并通過實驗裝置圖提示實驗方法，但不提供具體的操作步驟，而是借思考題啟發(fā)學生思考如何控制無關變量（列舉出兩個酶濃度以外的無關變量），設定并改變自變量（若將初始底物濃度增加或減少02 mol/L，請預估酶活性變化），減少實驗系統(tǒng)誤差（為何在取樣前需要徹底攪拌酵母菌培養(yǎng)液？稱量所有凝膠塊的總重量和分別稱量每一塊的重量，哪種操作更好？），測量因變量（下述方法能否測定蛋白質的水解速率？）等問題，引導學生完善實驗方案。這有利于培養(yǎng)學生設計實驗的能力，為學生獨立進行科學探究做準備。此外，通過分析實驗誤差（討論表中的結果是否可靠，說明為何使用第二次提取的蛋白酶會影響實驗結果），學生質疑實驗操作中的不足，促使學生找到減少誤差的改進方法，培養(yǎng)學生嚴謹的求知態(tài)度。同時，牛津版教材特別重視實驗數據的分析、處理和展示（將表中的數據用曲線圖表示出來），要求學生用數學方法去處理和表示數據，并據此尋找自變量和因變量之間的關系，得出結論。

兩版教材中，驗證性實驗的側重點不同：人教版教材更強調學生依據教材的方案和步驟親自實施，重視學生之間的交流合作;牛津版教材則要求學生思考實驗方案的可行性、操作細節(jié)的合理性，更注重實驗方案的設計和實驗數據的分析。

2.探究性實驗的比較

人教版教材中，探究性實驗在結構上分為背景知識、提出問題、作出假設、材料用具、設計實驗、進行實驗、分析結果、結論和應用、表達和交流、進一步探索十個部分。首先，要求學生根據給定的背景知識提出想探究的問題，并作出合理假設;設計實驗環(huán)節(jié)，通過一系列的提問，學生思考實驗相關變量的確定（本實驗的自變量是什么？因變量是什么？如何控制自變量？怎樣觀察或檢測因變量？）材料用具的選擇（你選擇哪一種酶作實驗材料？為什么選擇這種酶？），實驗結果的記錄（設計好記錄實驗數據的表格）等。此外，人教版教材強調交流合作，不僅在設計實驗時要“經討論，形成小組的實驗方案”，得出結論后更要“與其他小組交流”“聽取其他小組的質詢”等。在結論和應用環(huán)節(jié)，要求學生用實驗所得結論去解釋現實問題：“你認為在酶制品的儲藏、運輸和使用過程中，應該注意什么問題？為什么？”最后，在進一步探究環(huán)節(jié)，建議學生自行設計定量實驗，并提示數據呈現的方式，培養(yǎng)學生用數學方法分析實驗數據的能力。

牛津版教材中，探究性實驗部分設置了很多關于實驗變量的思考題：“明確實驗自變量以及如何改變自變量;明確測量自變量變化的基本單位;明確合適的自變量變化范圍”，“說明怎樣精確測量因變量;明確因變量的測量單位;說明為何每個溫度至少需要3組重復實驗數據”，“列出本實驗涉及的無關變量（控制變量），說明其應保持的水平，并解釋原因”等。這不僅有利于學生掌握某個具體的實驗，更能幫助學生歸納概括出設計探究性實驗的方法，培養(yǎng)自主學習的能力和設計實驗的邏輯思維能力。此外，牛津版教材關注實驗操作的細節(jié)：“解釋下列操作的原因：溫度計要放在裝有更多液體的試管中;把底物加入酶中，而非把酶加入底物中?！边@能啟發(fā)學生的思考，有效提高學生的實驗操作技能。同時，要求“以溫度變化為橫坐標（0—80 ℃），指示劑顏色變化所需時間為縱坐標，畫出你預計的實驗結果圖像”，巧妙構建數學模型，并能夠通過曲線圖形象地解釋溫度與酶活性的關系，培養(yǎng)學生用合適的方式闡明實驗結果的能力。最后，回歸生活實際，“判斷并解釋人胰腺分泌的脂肪酶和萌發(fā)的蓖麻種子中的脂肪酶相比，哪一個的最適溫度更高”， 讓學生運用所學到的生物學知識解釋生活中的現象，培養(yǎng)學生解決實際問題的思維習慣和能力。

通過對比得知，兩版教材中探究性實驗的共同點是重視實驗方案的合理性和科學性，強調設置自變量、因變量和對照組以及進行重復實驗的必要性，關注所得結論與生活生產實際的聯(lián)系，讓學生體會到科學探究的意義和價值。不同之處在于，牛津版教材更加注重實驗操作的細節(jié)，強調實驗數據的處理和呈現方式;而人教版教材更加關注實驗設計的基本要素，如探究性實驗的編排結構遵循科學探究的基本過程，有助于學生在課堂中體驗真實的科學探究過程張惠惠，韋艷艷.對比中美高中生物實驗，探究理性思維——以“溫度對酶促反應的影響”實驗為例[J].中學生物學，2017（9）：7172。。

四、幾點啟示

實驗活動是培養(yǎng)學生科學探究素養(yǎng)和科學精神的重要學習方式，需要教材為教師和學生提供更多的自主選擇權，給學生自主設計實驗方案的機會，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造性思維。而目前人教版教材中的實驗內容和操作步驟較為詳盡，一方面，有利于指導學生的實踐操作，另一方面，會導致部分學生“依葫蘆畫瓢”，弱化主動探究和積極創(chuàng)造的驅動力，這就需要教師適當“牽引”。

IBDP生物學課程相對重視過程性教學方法，重視對探究能力和自主設計實驗能力的培養(yǎng)，其探究性實驗已經相當完善和成熟。我國高中生物學課程相對重視學科知識和實驗技能，體現為驗證性實驗比例高，通過強調結論一致性來識記實驗原理，在實驗教學中注重觀察能力的培養(yǎng)以及操作技能的熟練等。

兩種課程都將培養(yǎng)學生的合作精神和溝通交流能力作為重要目標之一，但在教材的實驗活動中體現形式不同。人教版教材在實驗活動的討論環(huán)節(jié)明確提出“與小組成員進行交流”的要求，而牛津版教材則在實驗中安排了大量的數據測量、收集和處理任務，以及搭建復雜的實驗裝置任務，這些是個人無法獨立完成的，必須借助小組合作來實現。在教材編寫中，怎樣通過設置合適的活動任務來促進課程目標的達成，我們需要借鑒牛津版教材。