對新教材“糖類、脂肪和蛋白質(zhì)檢測”實驗設計的述評

宋以梅 朱家華

摘要：立足對2019年版人教版、青島版新教學用書的比較，從該實驗在教材中的編排位置、實驗材料用具、實驗內(nèi)容與實驗設計、教材邏輯與內(nèi)容風格、對學生的生物學學科核心素養(yǎng)的培育五個方面進行對比分析，進而提出如何優(yōu)化該實驗教學的啟示與建議。

關(guān)鍵詞：實驗設計，教材比較，實驗教學，學科核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.91文獻標志碼：B

伴隨《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《新課標》）的推行，2019年秋季，部分省份開始使用新編高中生物學教材開展教學。其中，由人民教育出版社編寫的《普通高中生物學教科書》（下稱“人教版”）是使用范圍最廣、最具代表性的新版高中生物學教學用書。除該版教材之外，有的省市也以課程標準為依據(jù)，編排并試用了若干地方教材，如由青島出版社出版的“普通高中課程標準實驗教學輔助用書”《生物學》（下稱“青島版”）等。

在課程標準的指導下，人教版和青島版高中生物學教科書的知識體系大致相同，內(nèi)容結(jié)構(gòu)也較為相似，而在內(nèi)容呈現(xiàn)、教材邏輯、欄目編排、習題、實驗設計中則各自彰顯特色。生物學具有科學課程和實驗課程的雙重屬性，實驗教學是學科特色的重要體現(xiàn)。在高中階段，“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實驗是第一個涉及物質(zhì)檢測的探究實踐活動，該實驗在整個高中生物學實驗教學中起著至關(guān)重要的作用并且有著特殊意義，能夠幫助學生掌握一些基礎的探究性實驗技能，在引導學生形成“細胞由多種多樣的分子組成”概念的同時，發(fā)展學生的科學思維。通過對2019年新版人教版和青島版教材的對比分析，探討兩版教材該項實驗設計的特色，管窺教材的編排特色，并為教師的實驗教學提供參考。

1 人教版與青島版實驗設計比較分析

“檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實驗”在兩版教材中均屬于必修1模塊“分子與細胞”的第二章第一節(jié)“細胞中的元素和化合物”章節(jié)范圍，兩版教材均將本實驗設計為探究實踐活動。下面從該實驗在教材中的編排位置、實驗材料用具、實驗內(nèi)容與實驗設計、教材邏輯與內(nèi)容風格、對學生學科核心素養(yǎng)的培育5個方面切入，對兩版教材進行了比較分析。

1.1 實驗在教材中的編排位置的比較分析

人教版教材中，“檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實驗”是全書第二個實驗。在此之前，學生僅進行了“使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞”的實驗。而青島版中，學生則完成了“使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞”和“觀察葉綠體和細胞質(zhì)的流動”兩個實驗。因此，在“檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實驗”中，由于需使用顯微鏡觀察花生子葉的染色裝片，使用青島版教材學習的學生在該操作中或相對更為熟練。當然，無論對于哪版教材，該實驗均是第一次利用顏色反應來鑒定物質(zhì)，從學生對實驗原理的理解水平方面講，兩版教材的學習起點是相同的。

1.2 實驗材料用具的比較分析

在中學生物學實驗中，實驗材料的選擇應考慮是否現(xiàn)象明顯、取材方便、成本低廉、綠色環(huán)保等因素。在“檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實驗”中，應考慮：實驗材料是否含有豐富的還原糖、脂肪、蛋白質(zhì);實驗過程中是否容易出現(xiàn)干擾實驗結(jié)果或妨礙觀察的其他情況。本實驗需要通過顏色變化推測實驗結(jié)果，因此，實驗材料的顏色應盡量純凈，便于觀察。人教版教材共提供了7種實驗材料，分別是“梨勻漿、葡萄糖勻漿、白蘿卜勻漿、花生種子、豆?jié){、鮮肝提取液、雞蛋清稀釋液”;青島版也提供了7種實驗材料，分別是“植物油、雞蛋、梨、馬鈴薯、花生、大豆、質(zhì)量分數(shù)為1%的葡萄糖溶液”，對兩版教材選用實驗材料的比較分析見表l。

在實驗試劑的選用上，兩個版本教材大同小異，對還原糖的檢測使用斐林試劑，對蛋白質(zhì)的檢測使用雙縮脲試劑。在脂肪檢測方面，人教版教材刪掉了老版本教材的“蘇丹Ⅳ染液”，只強調(diào)使用蘇丹Ⅲ染液進行鑒定，并規(guī)范了蘇丹Ⅲ染液的濃度（0.01g/mL），使得生物學實驗的“定量”思想更加凸顯，也更便利師生操作;青島版教材則僅是提到使用蘇丹Ⅲ染液或蘇丹Ⅳ染液進行鑒定，并未明確濃度。還應提及的是，青島版教材提供了馬鈴薯材料及碘液試劑，這實際上是使用碘液檢測淀粉的一項實驗設計。人教版在舊版教材中也有這項實驗，而新版教材中則刪減了該內(nèi)容，青島版雖保留了該實驗設計，但在實驗原理的介紹中，并未提及“淀粉遇碘液變藍”的原理，學生在實際實驗中可能產(chǎn)生困惑。

除此之外，兩版教材在實驗材料用具的內(nèi)容呈現(xiàn)上也存在細節(jié)差異，人教版將材料與用具分開呈現(xiàn)，分別介紹了實驗材料、儀器、試劑，青島版則是籠統(tǒng)介紹的，相較而言，人教版在該方面更加條理，更人性化。

1.3 實驗內(nèi)容與實驗設計的比較分析

兩個版本的實驗內(nèi)容、實驗設計具有較為明顯的區(qū)別。在實驗內(nèi)容上，人教版教材以探究性實驗為主，即在實驗伊始，教師需先向?qū)W生講解糖類、脂肪和蛋白質(zhì)在鑒定過程中顏色變化的原理;然后，提供成分未知的各種實驗材料，引導學生自主選材，先預測或假設其中所含物質(zhì);再設計實驗進行檢測;最后，依據(jù)顏色反應原理，學生根據(jù)觀察到的結(jié)果作出結(jié)論?？梢钥闯觯私贪娴膶嶒炘O計體現(xiàn)了探究性實驗的一般邏輯，即“提出問題一作出假設一設計實驗一收集證據(jù)一得出結(jié)論”。

青島版則將驗證性實驗與探究性實驗有機結(jié)合，實驗內(nèi)容包括“己知成分的檢測”與“樣品未知成分的檢測”兩部分。其中，“己知成分的檢測”遵循驗證性試驗的一般思路，即實驗開始之前，教師先把三種材料中的主要化合物告知學生（葡萄糖溶液富含還原糖、雞蛋清稀釋液富含蛋白質(zhì)、植物油富含脂肪），并要求學生根據(jù)顏色反應原理對結(jié)果作出預測，然后引導學生動手實驗、驗證結(jié)論。而“樣品未知成分的檢測”則與人教版教材的實驗思路較為類似，要求學生從其他實驗材料中選擇一種進行成分檢測，并完成對如表2所示的表格的填寫。與人教版相比較，這一部分的探究性實驗設計相對較為簡略，在實驗內(nèi)容的呈現(xiàn)上主要體現(xiàn)了對“作出假設”“設計實驗”“得出結(jié)論”環(huán)節(jié)的設計，實驗難度相對較大。

應當說，兩本教材對該實驗的內(nèi)容和設計各具特色。相比而言，青島版教材比人教版教材內(nèi)容更顯復雜，實驗設計雖有循序漸進的學習過程，但整體難度略高，對教學時長的要求更長，對學生完成實驗后達到的學習水平要求更高。人教版教材更適合面向全國范圍內(nèi)的學生平均水平的學習要求，青島版則適宜于面向一定區(qū)域內(nèi)相對學習水平較高的學生學習。

1.4 教材邏輯與內(nèi)容風格的比較分析

在教材中實驗的編排邏輯上，人教版依據(jù)“實驗原理一目的要求-材料用具-方法步驟-討論”的邏輯設計實驗，其中，對于“實驗原理”部分并未以小標題的形式顯化呈現(xiàn).青島版以“實驗目的-實驗原理-材料器具-方法步驟-思考討論”的邏輯設計實驗，兩版教材在實驗的編排邏輯上基本一致。

在內(nèi)容風格上，兩版本教材存在一定的差別。青島版教材內(nèi)容風格更加簡略，強調(diào)學生在實驗中“應當做什么”;人教版教材內(nèi)容風格更突出細節(jié)，注重學生的學習體驗，強調(diào)學生在實驗中“經(jīng)歷并領(lǐng)悟到什么”。例如，人教版教材專門配有三種待測物質(zhì)顏色變化的插圖等，教材顯得生動形象;人教版教材使用了多種行為動詞引導學生參與實驗過程和體會實驗結(jié)果，如“觀察”“交流”“發(fā)現(xiàn)”，既重視學生實驗的過程，又重視實驗后的交流和反思，這在青島版教材中是相對少見的。

1.5 對學生生物學學科核心素養(yǎng)培育效果的比較分析

立足發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)的視角審視兩版教材的實驗編排，兩版教材均在實驗中滲透了對學生學科核心素養(yǎng)的全面培育。例如，在生命觀念方面，引導學生經(jīng)歷和體會實驗過程，加深對生命的物質(zhì)觀的認識，以細胞為單位的生命體，其組成元素和化合物，既和自然界有著普遍聯(lián)系，又有著特殊性;在科學思維方面，引導學生能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行求真質(zhì)疑，像科學家一樣思考、求證，并對實驗結(jié)論進行總結(jié)概括;在科學探究方面，引導學生經(jīng)歷科學探究的一般過程，設計并開展實驗，運用動手操作能力、表格設計能力、溝通交流能力等，完成實驗探究;在社會責任方面，通過實驗操作和學習，在生活中能夠做到合理膳食，并給他人提供正確的飲食建議，等等。人教版教材的內(nèi)容編排中，對于學生發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)的滲透更為細膩。例如，兩版教材實驗最后均設計了思考題，人教版教材的思考題更注重立足學科核心素養(yǎng)的角度，引導學生對探究性實驗的經(jīng)歷、體悟和對實驗結(jié)論的遷移應用;青島版則更注重學生對實驗本身的深度理解，見表3。

2 對“糖類、脂肪和蛋白質(zhì)檢測”實驗教學的啟示

通過兩版教材實驗設計的比較分析，筆者對如何開展“生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的檢測”實驗教學進行了反思，并得到如下啟示和建議。

2.1 澄清實驗原理，適度選材

本實驗中，對于糖類的檢測實際僅是對“還原糖”的檢測，對淀粉等多糖并未進行檢測，而一些實驗材料既含單糖又富含多糖的。在學習實驗原理時，教師應當注意澄清這個要點，避免引導學生產(chǎn)生迷思概念。此外，實驗所用的斐林試劑和雙縮脲試劑成分相似，但實驗中的反應原理不同，在實驗原理中應當盡可能說明，還原糖將斐林試劑中的Cu（OH）₂溶液還原成了磚紅色Cu₂O沉淀（需要水浴加熱），而蛋白質(zhì)與CuSO₄溶液發(fā)生紫色反應（NaOH溶液僅僅是為該反應提供堿性環(huán)境）。

在實驗材料的選擇上，教師可以對兩版教材所提供的材料借鑒使用，材料不一定多多益善，但一定要適用，對于一些現(xiàn)用現(xiàn)配的實驗材料，應當提前備好相應處理用具，包括提前配好足量的實驗試劑等。有研究表明，葡萄糖溶液、白蘿卜勻漿、植物油、花生種子、雞蛋清稀釋液、馬鈴薯在實驗中現(xiàn)象較好且效果穩(wěn)定。

2.2 注重實驗設計的可探究性，引導學生在實驗過程中“有所參與、有所領(lǐng)悟”

“糖類、脂肪和蛋白質(zhì)檢測”既可設計為驗證性實驗，亦可設計為探究性實驗?！缎抡n標》強調(diào)，生物學教學應當以學生為主體，注重教學過程的實踐性。本實驗是高中生物學教學中第一個具有較強探究意義的實驗，實驗難度相對較低。因此，在教學中，更適宜于設計成探究性實驗，引導學生經(jīng)歷探究性學習的一般過程，在一定程度上發(fā)展學生的探究能力，打好高中階段探究性學習的基礎。教學中，教師尤其注重學生在實驗后的交流、評價，以及對實驗成果的遷移應用，讓學生既能夠深度參與實驗過程，也能夠站在更高的視角上對實驗結(jié)論進行反思，“有所參與、有所領(lǐng)悟”，達到學以致用。

2.3 積極探索和創(chuàng)新實驗教學方式，全面發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)

隨著技術(shù)和理念的進步，實驗方法也在不斷改進，例如，已有研究者提出了計算機輔助法、引導一探究法、交互實驗法等實驗教學方法或模式。近年來，傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)，甚至人工智能等也開始在中學生物學教學領(lǐng)域投入應用。在生物學教學中，實驗教學方式的選擇要依據(jù)實驗教學內(nèi)容、教學目標、學生需求、客觀條件等，采用多種方法結(jié)合的方式，以實現(xiàn)最優(yōu)化的教學效果。在“糖類、脂肪和蛋白質(zhì)檢測”實驗中，對于實驗原理的講授、小組學習成果的分享等，教師都可以通過技術(shù)手段優(yōu)化教學效果，甚至轉(zhuǎn)變學習方式。探索和創(chuàng)新實驗教學的限度則應當立足全面發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)，從生命觀念、科學思維、科學探究與社會責任四個方面設計教學內(nèi)容，以最恰當、最可行、學生最易接受的方式開展教學。學生進行實驗學習的過程，就是學科核心素養(yǎng)得到發(fā)展的過程，實際上就是“知”“意”“行”“情”有機統(tǒng)一、協(xié)調(diào)發(fā)展的過程。