中美高中生物教材实验版块的比较研究

颜晓佳 李韶山

摘 要 对中美两国普遍使用的高中生物教材中的实验，从课标要求、实验内容、数据处理、课后扩展等方面对相同知识内容，即“分子与细胞”、“遗传与进化”和“稳态与环境”3个必修模块进行比较研究。得到以下启示：完善教材配套网络数据库资源建设，拓宽课外探究渠道，构建立体化教材；以迷你实验的模式提升验证性实验水平，强化探究思维和能力的训练；在实验中渗透环境保护教育，防治实验废弃物污染。

关键词 人教版 生命的动力 高中生物教材 实验 教材比较研究

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

生物学是一门以实验为基础的学科。生物实验是学生获取生物学知识的有效手段之一，同时也是科学探究的重要载体，其编排结构将直接影响中美两国《课程标准》所提倡的科学探究理念的实施。因此笔者选取了中美两国使用率最高的教材：人民教育出版社高中生物实验教材（简称“人教版”）和《Biology： The Dynamics of Life》（《生物：生命的动力》简称“美国教材”），从课标要求、实验内容、数据处理、课后扩展等方面对相同知识内容（即“分子与细胞”、“遗传与进化”和“稳态与环境”）的实验版块进行比较研究，以了解中美两国实践“科学探究”理念的差异，为推进我国的高中生物学教材建设和课程改革提供参考。

1 中美高中生物教材实验概况

1.1 人教版的实验类型及数量分布

人教版的实验探究活动分为探究和实验两大类，根据实验目的、开展方式及意义，又可将实验分为观察实验、生理生化实验、模拟实验、调查实验。探究要求学生用替代的材料或手段来模拟，从中领悟生物科学研究的方法，加深对有关生物学知识的理解。观察实验指要求学生协调多种感觉器官，全面观察并学会描述实验现象的实验。生理分析实验是指对生物的生理现象进行分析的实验。调查实验指根据调查目的选择调查对象，并包括随机取样、整理和分析、调查数据等过程的实验（表1）。

1.2 美国教材的实验类型及数量分布

美国教材独立设置了“实验版块”目录，因此教师和学生对教材实验编排、布局一目了然。美国教材实验版块共有实验设计、调查实验、网络实验、迷你实验和技能实验五类，其中实验设计类似于人教版的探究实验，是学生按探究过程设计实验并实施，从中领悟科学探究的一般过程及方法。网络实验是通过网络平台收集信息、上传数据并进行交流、分享，以培养学生的探究能力、提供学生的信息素养为主要目标。调查实验是通过观察、比较、记录数据等形式收集数据，并对数据进行整理分析，推导结论，以培养学生的数据分析、因果推断能力为目标。技能实验不需要使用实验仪器，通过解释数据、推导结论等，着重培养单项实验探究的思维能力。迷你实验简化了实验操作步骤，便于学生在课堂上快速得到实验结果，并推导实验结论；着重培养学生从生活中提出问题、动手操作及解释数据的能力（表2）。

2 中美高中生物教材实验的比较分析

2.1 实验编排的比较

2.1.1 课程标准要求的比较

教材是依据课程标准而编写的，因此课程标准对教材编写有较大影响。对于实验探究活动，中国课程标准提出“初步学会生物科学探究的一般方法，具有较强的生物学实验的基本操作技能、搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决实际问题的能力以及交流与合作的能力；能够正确使用一般的实验器具，掌握采集和处理实验材料、进行生物学实验的操作、生物绘图等技能”的目标。美国课程标准则要求学生“在学习探知自然界的科学方法时将会参与科学探究活动中的某些方面的工作，同时也应该培养自己从事完整的探究活动的能力”。由此可见，虽然两国课程标准都提倡科学探究理念，但对科学探究的培养有所侧重，我国更强调实验操作技能的训练，而美国强调探究思维的培养。

2.1.2 实验内容呈现的比较

两套教材实验所选的内容既与教材知识密切相关，也与生产生活紧密联系。学生通过实验探究，加深对教材理论知识的理解，有利于教材理论知识的转化和迁移。对于同一个主题的实验，两套教材分别从不同的角度开展实验，这为实验教学、课外探究活动提供了很好的参考材料。人教版对实验内容的表述多采用陈述性语句，十分严谨、规范；美国教材则简明扼要，而且大多采用第二人称进行陈述，如“本次实验中，你设置的单一变量是什么？”“你认为哪种生物的细胞分化程度更高？”等，读起来亲切、自然，像是在与教材对话。另外，美国教材的实验名称也贴近生活，如“苹果汁发酵了吗？”“广告词都可信吗？”，具有很强的吸引力。对于实验原理、关键步骤，人教版会给出相应的彩色模式图，美国教材则加入了大量的彩色照片，为学生提供感性认知材料，提高学生的阅读兴趣。

2.1.3 实验数据处理及课后讨论的比较

数据整理是科学实验所必须具备的技能之一，两套教材对实验数据整理的编排大体相同：运用相关统计学的方法整理原始实验数据，结合简单到复杂的学习策略，设置阶梯性问题，逐步引导学生通过统计结果推导实验结论。为了直观地展示实验结论，两套教材还设置有多种形式的展示方式，如汇总表格、模型图等。美国教材充分发挥网络平台的优势，学生可以通过与网络参考数据、其他学校的共享数据进行比较，分析产生误差的原因，从而改进实验操作，起到及时反馈的作用。

两套教材都通过引导学生运用实验结论解释生活中常见的现象或科学技术，使得教材的理论知识与生产生活相联系，达到强化记忆的目的。如人教版“探究酵母菌细胞的呼吸方式”实验后让学生思考重铬酸钾可以检测有无酒精存在，想一想这一原理在日常生活中有什么用等；美国教材在学习完植物色素，根据日常生活常见的叶子颜色变化，提问学生“为什么在夏天看不到红色、黄色、紫色的叶子？”此外，美国教材提供了具有科学权威的特定网站，丰富学生的课外阅读。而人教版教材仅是通过问题引导，学生个人或小组内部进行整理、分析实验数据，虽是补充了课堂外资源，但显得较为单薄。

2.2 实验比较的分析

2.2.1 注重科学探究技能和思维的训练

中美两国高中生物教材中均有探究实验，综合培养学生的科学探究能力；其他类型实验的编排结构也隐含科学探究的一般过程（提出问题、作出假设、制定计划并实施、数据分析、解释与结论、表达交流等），体现了两国课程标准所倡导的科学探究理念。但由于两国课程标准对实验的具体要求不同，人教版设置有观察实验、生理生化实验等基础实验，加强实验操作技能的训练。美国教材则编排有大量迷你实验、技能实验等，通过问题引导的方式，着重培养学生的科学探究思维。

2.2.2 紧密联系教材理论知识和生产生活实际

生物学很多理论知识源于实验的探索发现，因此生物实验是连接教材理论知识和生产生活的桥梁。两国教材在实验的引入、探究过程及课后扩展的选材，都来源于生产生活，同时又与教材理论知识密切相关，有利于教材理论知识的迁移、转化，并且达到了解生物科学知识在生活、生产、科学技术发展和环境保护等方面的应用的相同课程目标，体现STS教育理念。如人教版在“探究影响酶活性的条件”中就选择加酶洗衣粉、消化酶作为引入，以淀粉酶作为实验材料，最后讨论酶制剂在使用中的注意事项。学生在实验过程中不仅能感受到教材知识来源于生活，也能体验运用教材知识解释生活现象的成就感，对于提高学生生物科学素养具有很好的促进作用。

2.2.3 根据实验内容灵活选择插图

两套教材都加入了大量的彩色插图，图文并茂，提高了学生的阅读兴趣。但人教版采用较多的是模式图，可以人为地进行设计，使微观、抽象、复杂的知识具体化，便于学生理解和记忆，也便于突出实验要点，规范实验操作，但不免有些失真、过于理想化。美国教材采用较多的是照片，可以形象直观地展示实验操作过程，学生在进行实验操作的过程中仿佛身临其境，增强教材的感染力，但学生可能不容易把握实验操作要点，需要教师加以引导。因此，在实验教学中教师要灵活选择实验插图，利用模式图对实验原理进行解释，放大微观不可见现象。利用照片插图展示实验操作过程，形象而直观，同时也减少了文字描述篇幅。

3 启示与思考

3.1 加强网络资源的开发与建设，构建立体化教材

美国教材最突出的特点是对网络资源的有效利用，同时借助网络数据库的支持，发挥其及时更新、互动共享等优势，对实验活动的开展起到巨大的促进作用；尤其是在学生处理实验数据、分析误差、改进实验操作等方面更是凸显其优势。美国教材还在此基础上设置网络实验，以培养学生的探究能力及数据分享意识，提高学生的信息素养。进入教材网站即可看到所有的网络实验内容，该网站的亮点在于数据资源上，第一个是活动链接，是介绍该实验相关知识的专业网站，第二个是学生数据链接，可看到学生收集整理之后上传的数据表，具有交流共享的功能。借助该网络平台，学生在教师的引导下，可进行完整的实验探究活动。

网络资源是我国《课标》中提倡的课程资源形式之一，人教版虽然也有加入了某些网络资源，但存在数量少、针对性不强、没有及时更新等问题，对学生查找网络资源的导向性不强。随着多媒体电脑和网络技术的发展，网络资源已不局限于资料搜集，还具备了数据统计、共享、实时更新等网络数据库功能，因此，尝试建立网络数据库，便于使用者及时共享教材实验数据，特别是一些需要大量数据的经典实验，例如孟德尔豌豆实验，网络数据库可以收集各个学校的实验数据，在大样本量下动态更新统计结果，更有助于学生的数据分析。这类网络数据库资源建设也是目前我国生物教材缺乏的一种课外扩展形式，其开发与建设有助于推动我国立体化教材的建设。

3.2 提升验证性实验水平，增强实验探究性

人教版根据我国《课标》的要求，编排有验证性实验（包括观察实验、生理生化实验等）以加强对学生实验操作技能的训练，但这类验证性实验所需人力物力与探究实验相当，为了在验证性实验中也能培养学生的探究思维和探究能力，国内学者进行了一些尝试，如对实验原理进行设计、加入变量、设置梯度等，但都无疑加大了实验容量，延长实验操作时间。这对于我国高中生物教学存在的学业压力大、课时紧的现状并没有很好地缓解。

美国教材中“迷你实验”的作法则不失为一种参考。迷你实验类似于简化版的验证性实验，只让学生对实验的关键步骤进行操作，如叶绿素的提取与分离实验，教师向学生提供研磨好的叶绿素提取液，让学生直接进行划线操作，极大地缩短实验时间，便于在课堂上进行，同时还设置有相关的探究性问题，通过引导学生对实验结果进行深入分析、思考，培养学生的探究性思维。

3.3 渗透环境保护教育，防治实验污染

随着工业化给人们生活带来便利的同时，也改变着人们的生活环境，日益恶化的生态环境使人们感到环境保护的重要性和迫切性。高中生物实验会涉及到相关化学药品的使用，相应也会产生一些环境污染源，虽然数量和强度不及工业污染，但全国各地中学长期地排放，污染也相当严重；更主要的是，学生在实验中养成了随意排放污染物的习惯，没能形成一定的环境保护意识。为此，可借鉴美国教材在实验结束后“清洁与整理”的作法，指导学生在保证自身安全的基础上，对实验材料、用具进行规范处理，如“与教师商量处理实验后废弃的细菌培养物和抗生素的方法”，既让学生学会合理处置实验废弃物，也渗透环境保护意识，体现人文主义关怀。此外，教师在实验教学中还应充分发挥榜样示范作用，亲身参与到实验废弃物的处置当中，用自己的实际行动感染学生。

参考文献：

[1] Alton Biggs， Whitney Crispen Hagins， et al. Biology： The Dynamics of Life[M]. New York： The McGraw-Hill Companies， Inc， 2004.

[2] [美]奥尔顿·比格斯.廖苏梅等译.生物·生命的动力[M].杭州：浙江教育出版社.2008.