德国初中《生物》教材中的实验简介

乔新虹 （华东师范大学教师教育学院 上海 200062）

朱彤吉 （甘泉外国语中学 上海 200065）

德国初中《生物》教材中的实验简介

乔新虹 （华东师范大学教师教育学院 上海 200062）

朱彤吉 （甘泉外国语中学 上海 200065）

德国《生物》是德国最大的教育出版集团——恩斯特·克莱特出版社所出版的初中生物学教材（以下简称“德国教材”）。此教材为德国梅克伦堡-前波美拉尼亚、萨克森-安哈尔特和图林根州所使用的生物教材的修订版本，适用于德国文理中学7～10学年学生，德国中学的7～10学年相当于我国的初中阶段。文理中学是德国中学教育阶段中的精英学校，里面汇聚了经过选拔的精英学生，文理中学相当于我国的重点中学，因此它的教材具有一定的深度和难度，有的甚至达到了我国大学阶段生物学专业的水平。

1 德国生物教材中实验的案例及分析

德国《生物》中的实验设计精巧，操作性强，适合初中阶段的生物教学。每个实验的介绍都十分详细，实验内容也非常丰富，篇幅一般为1～3页。虽然实验设计比较简单，但是其中涉及的生物学知识较深，很多知识都相当于我国大学生物学专业所要求的水平。有些实验所需的时间比较长，并非在一堂课中就能完成的，往往需要更多的课时，有的甚至需要用到学生课后的时间；有的实验技能要求较高，相当于我国高中甚至大学生物学专业的实验技能要求。下面对德国初中《生物》教材中不同类型的实验进行介绍和分析，以期对我国的生物实验教学提供参考和借鉴。

1.1 环境保护类

环境问题已经成为现代社会的热点问题，整个世界都在关注着环境的改变和保护，而环境问题与生物学密切相关，德国生物教材充分关注到了这一点，设计了不少有关环境问题的实验，如植被调查、地衣作为生物指标、枯枝落叶和土壤调查等实验，通过对环境的调查和实验研究，让学生认识环境对生物的影响，来培养学生对环境的关心和保护意识。

【案例1】实验：地衣作为生物指标。

利用现代仪器可以将有害气体造成的空气污染检测得非常准确；但即使是精确的物理测量也不能提供有关污染物对人体和其他生物长期影响等问题的答案。

地衣对空气污染特别敏感，地衣长期暴露，即使在冬天，褪色和最终的死亡是可观测的后果。只要人们知道在何种程度某个特定的地衣品种对污染物敏感，就可以利用它们作为生物指标来研究空气污染的“活的指示剂”。

记录苔藓植物：找一处研究区域如公园或一小片森林，且具备地衣生长的良好环境。用于实验的树木最好具有光滑的树皮并直立生长，通常用山毛榉树比较合适，将这些树木在这一区域的地图上标注清楚。

将一张透明薄膜绕树干一圈，并用图钉固定在与眼睛齐平的位置上。记下薄膜顶部和底部边缘的长度，用一个指南针确定北方，并在薄膜上标记清楚。

A地衣：灰绿色、粉末状Kuchenflechte；B地衣：橙色 Krustenflechten；C地衣：蓝色 Blasenflechte；D 地衣：黑色 Blattflechten；E地衣：绿色 Strauchflechten。

注：从葱绿色的胶毛藻Desmococcus中区分出灰绿色的A地衣有时很困难，在这种情况下，用放大镜（10倍）可以发现A地衣具有淡黄色的囊托。

评估：将幻灯片放在方格纸上，数出每张薄膜被覆盖的面积，进而计算出每种地衣在全部覆盖面积中所占的百分比，将所有实验树上采集到的数据统计在一份准备好的表格中。

评定：按照上述的顺序从A到E表示地衣忍受空气污染的能力递减，大面积的不受破坏的E显示空气污染最少，若是发现仅有小面积的A则表明空气污染很严重，若有更大的空气污染则仅有胶毛藻Desmococcus可以存活。

研究可能性：用这种方法同时在一个城市或者地区的几个不同地方进行调查，可以确定不同的空气质量。通过反复记录和结果比较，可以检测到历年的空气污染的变化。

教材中都具有有关植物的知识，学生也做过很多关于植物的实验，但是能将植物与环境联系起来，同时具有良好的可视性和可操作性的实验并不多。德国教材中的这个“地衣作为生物指标”的实验提供了一个范例。实验设计精巧，操作性强，适合初中阶段的生物教学。学生可以通过地衣数量的不同或者变化，推测出当地空气污染的程度。相比于各种仪器测量的空气污染指标，如 API、PM10、PM2.5，本实验中所展示的地衣数量变化更能说明环境对生物的影响，具有更强的直观性和信服力。但本实验要求比较高，学生首先要学会辨认和区分出6种不同的地衣和藻类，并熟悉地衣的结构和生活习性，这相当于我国大学中对生物学专业学生的要求，因此本实验的对象不是德国的一般学生，而是精英学校——文理中学中的精英学生。

1.2 长周期类

德国教材中有不少实验需要较长时间完成，少则几天、几周，多则几个月甚至一年。例如，发酵实验需要几天时间，生长和繁殖需要几周，而植被调查则要求学生调查一年中不同季节的植被变化。这与我国生物教材中的实验大多是在一节课内完成是不同的，较长周期的实验需要师生具有一定的耐心和毅力，在试验期间能保持好奇心和探究欲，认真观察并记录试验现象和结果。

【案例2】生长和繁殖。

这项工作可以在课堂上或在家里完成。无论在哪里，你应该在实验开始前制定详细的时间计划表，因为有的植物有特定的生长季节，必须确保假期仍可照料到植物。

（1）茎叶和扦插。

插条是指从植物分离的部分，它在特定条件下，可以再次长成成株。

材料：秋海棠，酒，莲莱蕉，毬兰。

操作步骤：在选取的秋海棠叶表面的叶脉分叉点处，切割较粗的叶脉，将叶子背面向下放在湿湿的沙土上，截断的茎底应该用沙土覆盖，在地面上用牙签固定叶片。

切取10 cm的带叶茎段，如天竺葵植物。切口应干净，略微倾斜，稍低于叶节点。茎段下部的叶片必须被移除，否则水分通过蒸发消耗过多。插入茎段的土壤应保持适度湿润。

作业：① 观察培养情况并记录变化，每周两次。② 在苗圃中了解正在进行的扦插育苗，将正在实施的扦插培养与嫁接做比较，两者有何异同？

（2）侧枝。

材料：草莓、堇菜属，筋骨草属，野芝麻属，毛，冰草属，铃兰。

操作步骤：从上述植物中择取长嫩芽的侧枝，将其放入花箱中培养，这些植物也许就坐落在中学校园中。

作业：③ 写出哪些植物有地上侧枝，哪些有地下侧枝。④ 讨论侧枝生长对繁殖和传播的重要性。

（3）苹果气体实验。

设备及材料：带土的小花盆，带底板的玻璃罩，豌豆苗或野豌豆苗，熟透了的苹果。

操作步骤：

将豌豆或野豌豆苗分别植入两个花盆中，取一盆豌豆苗与熟苹果一起放入玻璃罩内，而另一盆不放熟苹果直接放入玻璃罩内作为对照。

作业：⑤ 连续几天观察，并解释在熟苹果气味影响下的豌豆苗的状况。⑥ 把一个未成熟的番茄与苹果放在一个玻璃罩中，发生了快速的贮放成熟现象。我们在什么情况下利用这一事实？⑦ 香蕉、菠萝、苹果不应该被存储在彼此旁边，为什么？⑧ 用表格说明和对比有性和无性植物。⑨ 香蕉、橙子和橘子没有种子，为什么这些热带水果没有灭绝的危险？

生物是随着时间的流逝而逐渐增长的，所以“生长和繁殖”实验所需的时间也较长，但由于本实验所需的条件并不高，可以“在课堂上或在家里完成”，所以可操作性还是很强的。同时，实验也设计了相应的作业，让学生们带着任务边实验边思考，对实验现象作出解释，或者根据实验结果进行拓展思维。

1.3 显微观察类

生物学中有很多事物和现象是肉眼看不见的，需要用显微镜放大后才能观察。德国《生物》教材中也有很多这种显微观察类的实验，例如用显微镜工作、细菌是多用途的、对真菌的研究、光合作用和呼吸作用等等。与我国初中生物教材中对显微镜操作的要求不同，德国教材中的实验大多要求学生使用高倍镜进行观察，有的实验还要求学生使用精密的专业仪器，使用精密实验仪器对学生有更高的实验技能要求，有助于学生建立对微观世界的清晰认识。

【案例3】对真菌的研究。（1）来自真菌的孢子。孢子的颜色、形状和大小是每种真菌表示其特征的标志。

可以通过以下步骤获取真菌的孢子：

取一株新鲜成熟的子实体，直接在梗端将菌盖切除。将其伞房部放在一张白纸上并用碗或玻璃瓶罩上，以免遭受气流影响。隔夜会产生一个由成熟孢子落下所形成的图像，注意不同伞菌形成的图像的颜色！在载玻片上滴一滴水，用刀尖挑取一些孢子粉放在水中，用显微镜的高倍镜来观察孢子。如果有可能，用目镜测量孢子的直径并记录其颜色和表面状况，在纸上绘制单个孢子。

（2）蘑菇养殖——独立细胞。

从一颗蘑菇的菌褶上或其它真菌的菌褶上获取尽可能薄的横截切片。在载玻片上滴上一滴水，放上切片，盖上盖玻片，用大拇指轻轻压一下盖玻片，使其展平制作压片，用吸水纸吸去多余的水，用显微镜的低倍镜观察切片并绘制草图，用高倍镜观察并指出成熟的孢子细胞（褐色）和未成熟的孢子细胞（无色）。

注：养殖类蘑菇携带两个孢子，如果想获得更好的图像对比度，可以不用水，而是用台盼蓝染剂，该染剂可以将菌丝的细胞壁染为蓝色。

（3）地衣的表皮细胞。

我们经常可以在墙壁上或行道树上看到带有橙红色子实体的黄色地衣。人们可以在不破坏地衣的情况下得到子实体，操作如下：用一小条胶带压在上面，然后用刀尖从上面小心地刮取。用浸湿的刷子将胶带上的子实体湿润，然后等到它已吸收水分变软，取薄片放置在滴水的载玻片上。盖上盖玻片，用低倍镜观察是否足够薄。然后用你的拇指轻轻地压一下，制作好压片，用吸水纸吸去过多的水，然后用高倍镜观察，寻找表皮细胞，绘制一个带有孢子的表皮细胞，滴一滴碘化钾在盖玻片的边缘，用吸水纸引流使其通过盖玻片。

试一试：轻轻地压一下盖玻片，将孢子从表皮细胞中压出来。

对于真菌来说，其孢子具有重要意义，人们可以根据孢子的颜色、大小和性状来区分真菌的种类。“对真菌的研究”这个实验就是通过对孢子的研究来认识不同的真菌。因为孢子特别微小，所以本实验涉及到了显微高倍镜的使用，在制作临时装片时也会有一定的操作难度，需要通过多次练习、反复制作来熟悉。另外，实验还要求用目镜测微尺“测量孢子的直径并记录其颜色和表面状况”，而目镜测微尺这种专业仪器的使用在我国生物教材中明确为高中的实验技能，这些实验技能的要求对初中生而言都比较高，通过这个实验的练习，学生的实验技能会得到提升，也会建立起对微观生物世界的认识。

2 启示和建议

由于德国初中《生物》教材针对的是德国文理中学中的精英学生。研究这套德国教材中的实验，这对在生物知识和实验技能上培养我国的高潜能学生提供了有益的借鉴和参考。

2.1 实验不受课时限制

生物的生长、发育和新陈代谢等都需要时间，并且对生物的调查研究都要有一个过程，所以很多生物实验需要较长的实验周期，而课堂教学的时间要求则限制了此类生物实验的开展。对于此类长周期实验，教师可以学习德国的经验，设计简单易操作且对实验条件要求不高的活动，既可以在学校实验室中进行，也可以在家里完成，让学生对生物的生理过程有个完整而清晰的认识。特别是对于那些有兴趣、有积极性、有更多学习需求的学生，给他们提供不受课时限制的长周期实验具有实际的意义和价值。

2.2 适当提高对实验技能的要求

对于有潜力有更高发展要求的高潜能学生而言，课堂教学和实验要求的内容已经不能满足他们对科学探究的欲望和热情。对这些学生，教师可以适当提高对实验技能的要求，让他们提前接触到更多更先进的专业实验仪器和更高的实验操作技能，让他们所学习到的知识和技能与他们的发展需求相匹配，才能给予他们更多的学习支持，更好地实现个性化教学。

2.3 培养学生对社会热点问题的关注

有很多社会热点问题与生物学相关，比如环境及其保护、转基因食品、克隆人等。在教授生物学知识和技能的同时，教师也要注意培养学生对社会热点问题的关注，教会学生用所学到的生物学知识做出选择和判断。例如，生物与环境问题密切相关，教师可以设计各种与学生所生活的周边环境相关的调查和实验研究，来培养学生对环境的关注和保护意识。

文件编号：1003-7586(2017)10-0067-03