美国中学生物教材实验设置的特色及借鉴

梅洪娟 何金妹

以美国中学生物教材“Biology”配套的实验手册“Lab Manual A”实验《细菌对植物生长发育的影响研究》为例，从实验设置中的科学实践过程、基本科学概念和科学情感态度三个维度上分析美国中学生物教材实验设置的特色和可借鉴之处。

一、实验概况

实验名称：《细菌对植物生长发育的影响研究》

1. 前言

生态学家常常会研究生活在同一区域内的物种之间的关系。不同的生物体之间相互影响不同，如对一方有利，而对另一方有害；对一方有利，而对另一方无影响；或者对双方都有利等。细菌常常与其他生物关系密切，比如根瘤菌，可侵染豆科植物的根部并影响植物的根系生长。在本实验中，你将通过对照试验来研究根瘤菌是否影响豆科植物的生长。

2. 问题

根瘤菌对植株的生长影响如何？

3. 实验前讨论

实验前，先把整个实验设计阅读一遍，然后与实验小组成员共同完成下列问题：（1）提出你们将要进行实验验证的假设。（2）实验中的自变量和因变量是什么？（3）对照试验如何设置？对照试验的作用是什么？（4）实验中为什么要添加空白对照组？（5）为什么每组中添加的水量要一致？

4. 实验材料

2个无菌的5英寸塑料盆、蒸馏水或去离子水、豆科植物的种子、园艺蛭石（少灰尘）或珍珠岩、根瘤菌、保鲜膜、植物用荧光灯管、无氮营养液、米尺、实验室天平。

安全警示：处理微生物过程应听从老师的提示并遵守安全操作规程。接触种子、植株或泥土后应用肥皂和温水彻底清洗双手。按课本第8页中有关安全标示的要求在实验步骤中的相应位置标注相应安全标示，并知悉该标示的含义。

5. 实验步骤

（1）与小组成员在塑料盆上分别标记上“空白组”和“实验组”。

（2）往每个塑料盆中添加等量的蛭石。

（3）按照老师的要求在“空白组”的塑料盆中挖三个大小相似的坑。注意：操作过程中应确保没有其他物质的污染。

（4）在每个小坑中放置一颗种子，然后用蛭石埋上。注意：在处理实验室化学物品和微生物过程中应佩戴橡胶手套。

（5）按上述步骤3，在“实验组”的塑料盆中挖三个大小相似的坑。

（6）在老师的指导下对种子进行根瘤菌的接种处理。

（7）在“实验组”的每个坑中分别放入一颗经根瘤菌接种处理的种子。

（8）往每个塑料盆中缓慢添加蒸馏水直至塑料盆底部的排水孔中有水渗出。

（9）用塑料膜把塑料盆包裹好，并放到老师指定的位置。

（10）控制变量：种子萌发后，按照老师的要求给植物浇水。 注意：每盆植物的浇水量应一致。

（11）测量时，小心地把植物连同整个根系取出，小心地抖动植物以把根系上的蛭石抖落。

（12）把植物的根系放在水中小心地揉洗，直至根部完全无土。

（13）测量每株植物的高度（单位：cm）。提示：以靠近根部的茎为起点，测量至植株的顶部。把测量值记录到表1。

（14）用天平称量每株植株的重量（单位：g）。把称量值记录到表2。

（15）仔细观察每株植株的根系并把观察结果填写到表1相应位置。

（16）求每组植物的平均高度和平均重量。【计算】△h=h1-h2、h=（△h/h2）?100；△m=m1-m2、m=（△m/m2）?100

注：△h：高度差，h1：实验组平均高度，h2：空白组平均高度，h：增加高度百分比；△m：质量差，m1：实验组平均质量，m2：空白组平均质量，m：增加质量百分比。

（17）按照老师的指引处理所有的植物材料。离开实验室前用温水和肥皂洗手。

6. 分析与结论

（1）数据分析：实验组与空白组植株的高度与质量是否有差异？相较于空白组，实验组植株的高度与质量增加百分比是多少？你认为影响明显吗？说明理由。

（2）得出结论：实验数据支持你所提出的假设吗？从实验数据中可得出什么结论？说明理由。

（3）观察：实验组的植株根系生长情况与空白组的有差异吗？为什么会出现这种差异？

（4）推断：根瘤菌与豆科植物之间的关系与相互作用如何？说明理由。

7. 拓展研究

你的实验结果引发了什么新的问题吗？请设计一个实验以解决这个问题或对本实验做进一步研究。

结合种植豆科植物的最终目的思考：植株的高度与质量与大豆的产量有必然联系吗？如何设计一个实验研究根瘤菌对大豆产量的影响？

二、实验简评及其启示

1. 科学实践过程思路清晰，扩展研究激发学生兴趣

本实验与国内实验实践过程设计相一致的是：都有提出问题、做出假设、设计实验、实施计划、分析与讨论等环节，体现了科学实践的清晰的思路，也让学生体会到，在科学实践中通过科学方法找到知识的乐趣。不同点是增加了实验的扩展研究，重视了知识的延展性，没有给出既定的目标，很大程度上体现了学生的自主性。

2. 教材侧重培养学生的知识探究能力

与国内教材在实验设置中给出既定的科学概念不同的是，本实验中并没有给出明确的科学概念，侧重于让学生自己去寻求习题中答案，培养了学生的知识探究能力。细菌对植物生长发育的影响研究中，细菌与植物的关系是三种，即寄生、腐生和共生，本实验侧重的是根瘤菌和豆科植物的共生关系，但是整篇文章中只是在前言中提到了存在三种关系，并没有明确提出根瘤菌和豆科植物之间的共生关系，结论完全由学生通过实验才能得出。通过这种模式提高了学生的实验动手能力以及数据分析能力等实验综合素质。

3. 科学实验与实际生活联系密切

该实验内容与生活联系密切，如扩展探究部分提出的问题：植株的高度与质量与大豆的产量有必然联系吗？拉近了科学与学生之间的距离，使理论和实践得到了很好的结合。同时该实验规定了通过小组合作来完成实验，有利于学生合作精神的培养。