中美两国高中生物学教材“光与光合作用”一节的比较与启示

韩 梦 燕 艳

(山东省曲阜师范大学生命科学学院 273100)

1 中美教材中“光与光合作用”的比较

“光合作用”是植物体最基本的新陈代谢，是生物界物质和能量的基本来源，该内容在各国教材中都占有举足轻重的地位。通过“光与光合作用”这一代表性知识在中美两国教材编写中的比较分析，能充分了解两国教材的编写特色。本文从知识内容、旁栏结构、实验设计等三个方面，对我国人教版高中生物学教材和美国高中主流理科教材《科学发现者——生命的动力》[1](以下简称美版教材)进行比较研究，旨在为我国教材编写及生物学教学提供参考和借鉴。

1.1 知识内容分析 从内容设置上，人教版教材涉及范围更广。除了分析光反应与暗反应的过程，还重点分析了光合作用的原理在农业生产中的应用，如塑料薄膜应选择什么颜色、如何提高农作物的光合作用强度，突出体现了“注重与生活相联系”这一理念。但由于其涉及知识点过广，有些知识如“化能合成作用”，会增加学生的学习与记忆负担。美版教材则精选“色素和光合作用的过程”两个知识点，着重分析了光反应中的电子储备和暗反应中的卡尔文循环的具体过程，并使用专业性极强的学术性名词，如“Nicotinamide adenine dinucleotide(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)、phosphoglyceraldehyde(磷酸甘油醛)”，这是中国高等教育生化教材中才涉及的知识点和专业名词，对中学生的学习与理解有一定的挑战。

在培养学生的探究能力与意识方面，人教版教材运用“光合作用的探究历程”的科学史，以“发现—新问题—再研究—再发现”这种问题驱动模式，侧重培养学生的探究思维。美版教材没有大篇幅介绍探究史，而以一个迷你实验“用同位素来研究光合作用”验证科学家的假说，侧重培养学生的探究能力。两种教材在本节的内容选择和组织设计上有各自的侧重点与闪光点。

1.2 教材旁栏结构分析 两套教材旁栏形式多有相似之处： 栏目小巧，类型多样，既能有效发挥辅助教学的功能，同时也满足不同学生的要求(表1)。人教版的“本节聚焦”和美版“本节预览”都是在每节开始时列出了本节学习的重难点和学生需要掌握的知识。但通过其内容可以看出美版教材更注重核心概念的掌握，人教版则注重知识之间的迁移与应用。

表1 中美生物学教材特色栏目分析

此外，美版教材旁栏更注重培养学生利用网络解决问题的能力及信息收集和处理的能力。美版教材中的“与化学的综合”“科学发现”“与生物学相关的职业”都附有相关信息的网页链接。还专门设有网络实验“研究光合色素的影响因素”，学生可以在网页上找到本次实验，并在网站上公布和分享自己的实验。教材知识有限，而网络信息虽然庞大但良莠不齐，美版教材恰当地提供相关网页能大大提高学生收集信息的效率和准确性。而人教版教材只在本章小结中提供“网站登录”，虽然也罗列四个网页链接，但具体针对哪一个知识点则没有提示，导致在教师教学和学生自学过程中使用率极低。随着现代信息技术的普及，信息化教学和学习的方式更值得我们予以重视。

1.3 实验设计分析 从实验内容分析，人教版共设置“绿叶中色素的提取与分离”和“环境因素对光合作用强度的影响”两个实验，美国教材共设置“叶绿素的分离”“用同位素研究光合作用”“研究光合作用的影响因素”三个实验。而“同位素探究光合作用”在人教版以鲁宾、卡门两位科学家的科学史来呈现。以“色素的分离”为例(表2)，从实验过程分析，美版教材并没有设计叶绿素的提取实验，色素分离实验只有4个步骤，并根据实验结果分析“随溶剂上移，可以观察到什么现象，为什么会在不同的位置看到不同的色素带”，实验原理并没有直接给出，而是设计成探究性问题放在结果分析中。而人教版教材直接给出分离和提取的原理，实验共分8个步骤，每个实验操作步骤叙述详细严谨。实验的讨论分析是：“滤纸条上共有几种不同颜色的色带，其排序怎样，宽窄如何，这说明什么”。通过相同实验题目在中美教材编写的比较可以看出，人教版更侧重学生实验操作技能的培养，在问题设置上具有导向性、暗示性。而美版教材更侧重探究思维的培养，问题的答案需要学生从不同角度总结归纳。

表2 “色素的提取与分离”的比较与对比

在实验选材上，美版教材简单、易得、安全、生活化。而人教版的实验材料繁多，其中石油醚、苯不但难以获取，而且具有挥发性，对身体有害，虽然有温馨提示“在通风条件下进行实验”，其实可直接用酒精做层析液，更能体现人文关怀。

人教版实验步骤严谨科学，如滤纸条的一端减去两脚，防止层析液在两端扩散过快，不过有时步骤控制太过严苛，不利于学生创造性发挥。整个实验色素的提取是成功的关键，但这一过程对学生难度过大，教学条件要求高，反而在教学中令人望而却步。

2 启示与建议

通过两国教材的比较分析，对我国教材编写和教师课堂教学具有以下几个方面的启示和意义。

2.1 提高科学探究活动的可操作性 虽然人教版设计多种探究实验以提高学生科学探究的能力，但是在设计实验和探究活动时要注重可操作性。实验步骤需简化，实验材料要安全、易得，适应大多数学校开展。在实验结论分析中问题的设置可更具有探究性，给学生更多自主思考和活动的时间和空间。

2.2 精选教学内容 随着时代的发展和社会的进步，许多知识需及时的删减更新，精选和社会科技紧密结合、学生终身发展需要的基本知识与基本技能。如“化能合成作用”可作为相关信息供学生阅读了解，色素的提取难以操作，可以提供更安全简单方法或只做色素分离的实验，实验选材也要“精”，减轻学生的学习压力。

2.3 注重知识的综合性 现代社会的发展也更注重人才的综合培养，而生物学知识更不是孤立的科学，它与物理、化学、数学、计算机技术等都有紧密的联系。这就要求在教材编写的时候，更加注重学科之间的交叉渗透广度和深度，帮助学生建立一个完整的知识系统。

(基金项目：山东省研究生教育创新计划项目“培养单位视角下全日制研究生助研制度的构建与实践”，No.SDYY14056；*通信作者)