中美高中生物教材實(shí)驗(yàn)版塊的比較研究

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(shí)驗(yàn)，從課標(biāo)要求、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理、課后擴(kuò)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(gè)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(shí)驗(yàn)的模式提升驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)水平，強(qiáng)化探究思維和能力的訓(xùn)練；在實(shí)驗(yàn)中滲透環(huán)境保護(hù)教育，防治實(shí)驗(yàn)廢棄物污染。

關(guān)鍵詞 人教版 生命的動(dòng)力 高中生物教材 實(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。生物實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取生物學(xué)知識的有效手段之一，同時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)教材（簡稱“人教版”）和《Biology： The Dynamics of Life》（《生物：生命的動(dòng)力》簡稱“美國教材”），從課標(biāo)要求、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理、課后擴(kuò)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(shí)驗(yàn)版塊進(jìn)行比較研究，以了解中美兩國實(shí)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(shí)驗(yàn)概況

1.1 人教版的實(shí)驗(yàn)類型及數(shù)量分布

人教版的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)分為探究和實(shí)驗(yàn)兩大類，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、開展方式及意義，又可將實(shí)驗(yàn)分為觀察實(shí)驗(yàn)、生理生化實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)、調(diào)查實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)指要求學(xué)生協(xié)調(diào)多種感覺器官，全面觀察并學(xué)會(huì)描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)。生理分析實(shí)驗(yàn)是指對生物的生理現(xiàn)象進(jìn)行分析的實(shí)驗(yàn)。調(diào)查實(shí)驗(yàn)指根據(jù)調(diào)查目的選擇調(diào)查對象，并包括隨機(jī)取樣、整理和分析、調(diào)查數(shù)據(jù)等過程的實(shí)驗(yàn)（表1）。

1.2 美國教材的實(shí)驗(yàn)類型及數(shù)量分布

美國教材獨(dú)立設(shè)置了“實(shí)驗(yàn)版塊”目錄，因此教師和學(xué)生對教材實(shí)驗(yàn)編排、布局一目了然。美國教材實(shí)驗(yàn)版塊共有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、調(diào)查實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、迷你實(shí)驗(yàn)和技能實(shí)驗(yàn)五類，其中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類似于人教版的探究實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生按探究過程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并實(shí)施，從中領(lǐng)悟科學(xué)探究的一般過程及方法。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)不需要使用實(shí)驗(yàn)儀器，通過解釋數(shù)據(jù)、推導(dǎo)結(jié)論等，著重培養(yǎng)單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)探究的思維能力。迷你實(shí)驗(yàn)簡化了實(shí)驗(yàn)操作步驟，便于學(xué)生在課堂上快速得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論；著重培養(yǎng)學(xué)生從生活中提出問題、動(dòng)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(shí)驗(yàn)的比較分析

2.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，中國課程標(biāo)準(zhǔn)提出“初步學(xué)會(huì)生物科學(xué)探究的一般方法，具有較強(qiáng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)器具，掌握采集和處理實(shí)驗(yàn)材料、進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)將會(huì)參與科學(xué)探究活動(dòng)中的某些方面的工作，同時(shí)也應(yīng)該培養(yǎng)自己從事完整的探究活動(dòng)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(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練，而美國強(qiáng)調(diào)探究思維的培養(yǎng)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容呈現(xiàn)的比較

兩套教材實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)主題的實(shí)驗(yàn)，兩套教材分別從不同的角度開展實(shí)驗(yàn)，這為實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課外探究活動(dòng)提供了很好的參考材料。人教版對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)的吸引力。對于實(shí)驗(yàn)原理、關(guān)鍵步驟，人教版會(huì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所必須具備的技能之一，兩套教材對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理的編排大體相同：運(yùn)用相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法整理原始實(shí)驗(yàn)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(jì)結(jié)果推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。為了直觀地展示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作，起到及時(shí)反饋的作用。

兩套教材都通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)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(qiáng)化記憶的目的。如人教版“探究酵母菌細(xì)胞的呼吸方式”實(shí)驗(yàn)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(gè)人或小組內(nèi)部進(jìn)行整理、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，雖是補(bǔ)充了課堂外資源，但顯得較為單薄。

2.2 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，綜合培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力；其他類型實(shí)驗(yàn)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(jì)劃并實(shí)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(shí)驗(yàn)的具體要求不同，人教版設(shè)置有觀察實(shí)驗(yàn)、生理生化實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練。美國教材則編排有大量迷你實(shí)驗(yàn)、技能實(shí)驗(yàn)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(shí)際

生物學(xué)很多理論知識源于實(shí)驗(yàn)的探索發(fā)現(xiàn)，因此生物實(shí)驗(yàn)是連接教材理論知識和生產(chǎn)生活的橋梁。兩國教材在實(shí)驗(yàn)的引入、探究過程及課后擴(kuò)展的選材，都來源于生產(chǎn)生活，同時(shí)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(hù)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(shí)驗(yàn)材料，最后討論酶制劑在使用中的注意事項(xiàng)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中不僅能感受到教材知識來源于生活，也能體驗(yàn)運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(jì)，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(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作過程，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中仿佛身臨其境，增強(qiáng)教材的感染力，但學(xué)生可能不容易把握實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)，需要教師加以引導(dǎo)。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師要靈活選擇實(shí)驗(yàn)插圖，利用模式圖對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作過程，形象而直觀，同時(shí)也減少了文字描述篇幅。

3 啟示與思考

3.1 加強(qiáng)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(diǎn)是對網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用，同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的支持，發(fā)揮其及時(shí)更新、互動(dòng)共享等優(yōu)勢，對實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開展起到巨大的促進(jìn)作用；尤其是在學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析誤差、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)內(nèi)容，該網(wǎng)站的亮點(diǎn)在于數(shù)據(jù)資源上，第一個(gè)是活動(dòng)鏈接，是介紹該實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識的專業(yè)網(wǎng)站，第二個(gè)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(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。

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(qiáng)、沒有及時(shí)更新等問題，對學(xué)生查找網(wǎng)絡(luò)資源的導(dǎo)向性不強(qiáng)。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(jì)、共享、實(shí)時(shí)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(shí)共享教材實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是一些需要大量數(shù)據(jù)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，例如孟德爾豌豆實(shí)驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫可以收集各個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在大樣本量下動(dòng)態(tài)更新統(tǒng)計(jì)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(kuò)展形式，其開發(fā)與建設(shè)有助于推動(dòng)我國立體化教材的建設(shè)。

3.2 提升驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)水平，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究性

人教版根據(jù)我國《課標(biāo)》的要求，編排有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（包括觀察實(shí)驗(yàn)、生理生化實(shí)驗(yàn)等）以加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練，但這類驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所需人力物力與探究實(shí)驗(yàn)相當(dāng)，為了在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)、加入變量、設(shè)置梯度等，但都無疑加大了實(shí)驗(yàn)容量，延長實(shí)驗(yàn)操作時(shí)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(shí)緊的現(xiàn)狀并沒有很好地緩解。

美國教材中“迷你實(shí)驗(yàn)”的作法則不失為一種參考。迷你實(shí)驗(yàn)類似于簡化版的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，只讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟進(jìn)行操作，如葉綠素的提取與分離實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)時(shí)間，便于在課堂上進(jìn)行，同時(shí)還設(shè)置有相關(guān)的探究性問題，通過引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)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(hù)教育，防治實(shí)驗(yàn)污染

隨著工業(yè)化給人們生活帶來便利的同時(shí)，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(hù)的重要性和迫切性。高中生物實(shí)驗(yàn)會(huì)涉及到相關(guān)化學(xué)藥品的使用，相應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生一些環(huán)境污染源，雖然數(shù)量和強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(hù)意識。為此，可借鑒美國教材在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)材料、用具進(jìn)行規(guī)范處理，如“與教師商量處理實(shí)驗(yàn)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(huì)合理處置實(shí)驗(yàn)廢棄物，也滲透環(huán)境保護(hù)意識，體現(xiàn)人文主義關(guān)懷。此外，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還應(yīng)充分發(fā)揮榜樣示范作用，親身參與到實(shí)驗(yàn)廢棄物的處置當(dāng)中，用自己的實(shí)際行動(dòng)感染學(xué)生。

參考文獻(xiàn)：

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