中美教材中“用显微镜观察几种细胞”的实验比较分析

陈亚荣 康公平 罗充

摘 要：文章通过对人民教育出版社和浙江教育出版社编译的高中生物教材中“用显微镜观察几种细胞”这一实验进行比较，分析该实验在中美教材中的呈现方式及特点，对两种教材中实验内容的特色做出正确评价，为国内的实验教学提供新素材以及为一线教师实验教学提供一些参考意见。

关键词：中美生物教材;实验比较;“用显微镜观察几种细胞”

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 收稿日期：2018-09-05 文章编号：1674-120X（2019）05-0108-02

生物学是以实验为基础的一门自然科学。实验推动生物学的发展，两者相辅相成。由此可以看出实验是生物学教学的核心内容，在生物学科中具有独特和不可替代的作用。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提到：“加强对学生学科素养的培养。学生亲自动手设计实验，提高实践能力。”我国使用的5套生物教材都在融合现代生物思想的基础上突出实验教学，其中以使用最广泛的人教版最为突出。

下面以2004年经全国中小学教材审定委员会初审通过的人教版必修1中“使用高倍显微镜观察几种细胞”实验和美国主流理科教材Hill 出版社出版Biology：The Dynamics of LifeB册中“观察和比较不同类型的细胞”的实验进行简要比较分析，探讨中美实验教学差异，希望给一线教师教学提供一些参考意见，为国内的实验教学提供新素材。

一、“用显微镜观察几种细胞”实验在教材中的地位

“用显微镜观察几种细胞”是人教版高中生物 《必修 1分子与细胞》 一书中第1章第2节“细胞的多样性和统一性”的一个动手观察实验。本实验是高中生物的第一个实验，也是对初中显微镜使用模块的一次深化和升华。

在美国 Hill 出版社出版的教材 Biology：The Dynamics of Life中，“观察和比较不同类型的细胞”实验出现在了第5单元实验中的调查实验部分，即第14章“细胞的基本结构”第3节“真核细胞的结构”里。该实验为调查实验，在第5单元中有大篇幅的介绍，属于重点安排和设计的实验。

接下来就详细介绍该实验在教材中的地位。在人教版中，学生经过初中的学习以及从生物圈到细胞的学习，对细胞的生命意义、生命系统的结构层次有初步的了解。在此基础上更好地衔接该实验的内容，同时也会为后面学习细胞的基本结构及细胞的分化打下基础。Hill 版教材第14章的内容主要包括细胞的发现、细胞膜、真核细胞的结构。此处该实验内容的编排跟人教版有很大的出入。人教版设计内容的思路是从整体到局部。先对细胞有一个大概的了解和认识，再详细地介绍组成细胞的分子、细胞器以及细胞的作用及功能。而Hill版则不然。Hill版教材先对细胞学说进行说明，然后直接介绍细胞膜的结构与功能和各种细胞器，最后进行该调查实验。人教版教材内容安排稍优，知识的传递与构建更具逻辑性，也符合学生的认知发展规律。先让学生感受到细胞的多样性和统一性，然后组织后续的教学内容，能够激发学生往下学习的兴趣，给学生主动构建知识的动力。

二、 实验结构的比较分析

人教版教材中该实验分为四个部分，分别是目的要求、材料用具、方法步骤和讨论。该教材以备注的方式，给出不伤害蛙的前提下，制备蛙上皮细胞的方法。此外，该教材注重渗透生命观念，加强学生保护动物的意识。Hill版教材分为实验准备、实验步骤、分析与结论三大部分，其中实验准备包括问题、目标、实验器材、安全警示、技能手册五个内容。以下进行比较分析。

（一） 目标的比较分析

两个实验目标在教材中都有列出。人教版的目标是通过用高倍显微镜观察几种细胞，会比较不同细胞的异同点，从而运用制作临时装片的方法。在实验过程中，学生学会收集、整合数据，完成真菌、植物、动物细胞的数据表，并且要用表分析问题，但没有明确区分知识目标和能力目标。Hill版教材中明确分出知识目标与能力目标。知识目标为列举植物和动物细胞的性状;能力目标为观察、绘制和测量细胞及其细胞器，推断细胞是原核细胞还是真核细胞、来自单细胞生物还是多细胞生物。

从这两个教材目标的设置中，可以看得出来，美国的教材对学生的要求要严格些，学生不仅仅要学会观察几种细胞，还要绘制几种细胞的形状和测量细胞的大小，并运用概念，注重对学生动手能力和知识迁移能力的培养。

（二） 实验类型及材料分析比较

中美教材中该实验的类型不同。从教学活动的特点来看，人教版中的这一实验是观察实验。学生利用教师已经准备好的材料，用显微镜观察几种不同类型的细胞，比较异同点，并完成教师制作的图表即可。操作过程简单，可以当堂完成，但对学生思考、动手能力的培养欠缺。

Hill版教材的实验属于探究性实验，学生以“所有细胞的外观和大小都相同吗？”这一问题作为切入点，然后展开实验。先直接观察几种不同类型的细胞并比较异同点，然后合作讨论、解决问题，并运用概念，最后比较植物细胞和动物细胞的结构和功能。它承载着目标中的知识及能力目標。

两个实验的材料用具大致相同，选材都是来自生活。其中Hill版教材有特色的一点是，实验的选材都附有照片。让学生对材料有一个直观的感性认识，引发学生学习的欲望。

（三） 实验步骤的比较

人教版对本实验的显微镜的操作步骤讲解得比较详细。从转动反光镜到低倍镜下观察细胞再到转移到高倍镜观察细胞，每一步骤都有文字的简述和图片的结合。在谈及临时装片的时候，没有详细讲解应该怎么去制作临时装片，只是谈及小组合作制作不同材料的临时装片。从这里可以看得出来，教材是要求教师有意识地培养学生的合作能力，而且没有给出明确的临时装片制作方法，给学生无限发挥空间，训练学生的思维能力。但有一点欠缺，即没有把完整的实验步骤罗列出来，导致学生在使用显微镜观察几种不同细胞的时候，目的不强，思路不清晰。而且书本在介绍该实验的时候重点介绍显微镜的操作，临时装片只谈及一点内容。

Hill版教材把该实验步骤比较完整且详细地罗列出来。实验共分为12个步骤：第1步抄写数据表，第2步观察枯草杆菌标本，第3步辨认并记錄观察到的细胞器，推断细胞的类型，第4步画出在高倍镜下观察到的一个细胞，第5步在高倍镜下测量细胞的长和宽，剩下的步骤为分别制作伊乐藻叶的装片和蛙的血细胞，然后重复第3～5步的实验步骤，……第12步用底色的文字详细讲解实验清洁与整理。可以看出实验的步骤层次性和逻辑性很强。这样，学生动手做实验时思路就很清晰。同时，从实验步骤可以看出，美国不仅仅注重学生对基础知识的掌握，还注重其能力的培养。学生不仅会简单的显微镜操作，还会辨认和画出观察到的细胞，锻炼动手能力。此外，该教材还要求学生会测量细胞的长和宽以及注意卫生的清洁和整理，注重培养学生的公民意识，爱护环境。但也有一个缺点，即实验步骤太具体且详细，限制了学生的想象。

（四）实验分析结论的比较

人教版教材在实验最后“讨论”的环节，主要内容是让学生注意操作的要点，表述观察到的实验现象并分析差异，用对比的方法，把观察到的现象和模式图对比，巩固重点知识。可以看出人教版的分析步骤很有层次感，符合学生的认知发展规律且富有科学严谨性。学生可以在短时间内完成讨论内容，从而加深对实验的记忆，提高教学效果。

Hill版教材的分析结论为数据的处理、知识的应用以及能力的培养。比如根据细胞的定义，比较所看到的植物细胞核、动物细胞的结构与功能;观察与推断哪些细胞是原核细胞，哪些是真核细胞，如何进行判断。它要求学生注重用数学的方法去解决生物的问题，还要有务实的态度，如测量是原核细胞大还是真核细胞大，用测量的数据支持自己的结论。Hill版教材特别注重数据处理，要学生学会对误差进行分析并要说明原因，有利于培养学生认真严谨的科学态度。

三、对我国高中生物教学的启示

（一） 注重学科知识间的综合

Hill版教材特别注重与学科间的知识融合。把生物与数学知识紧密联系在一起，学生测量细胞的长和宽，计算细胞的放大倍数然后用数据去说明是原核细胞大还是真核细胞大。同时还要用数学方法去计算细胞的直径，高倍镜的视野里可以容纳几个细胞。把生物学问题用数学的方法去解决。人教版在本模块学科知识间的整合差一些，更多的是对学生操作能力的训练、知识的构建等。

（二） 重视对探究能力的培养

不管是人教版还是Hill版教材都注重对学生能力的培养。如让学生亲手操作显微镜，整合知识去完成表格，要求学生用学过的知识去辨识相关的知识等。但是对于探究能力的培养，人教版在本模块差一些。人教版本模块的实验是观察实验，即学生进行简单的观察操作即可，没有实质性探究。但是对于探究性学习，人教版在不同的章节都会渗透相应的理念。Hill版教材这一实验属于探究性实验，学生以“所有细胞的外观和大小都相同吗？”这一问题作为切入点设计实验，一步步分析验证问题，培养学生的问题意识。学生合作探究讨论、解决问题，并运用概念比较植物细胞和动物细胞的结构和功能。

这也提醒国内教师，在进行日常教学时，可以关注一些美国教材的实验设计，吸取好的实验探究素材，从而有效开展探究性实验，加强学生探究能力的培养。

（三） 提高学生安全和环保意识

Hill版教材在实验准备阶段用代表危险的几个小图片把安全警示标示出来，让学生在实验过程中带护目镜，防止损坏的玻片碎片和其他物体弹进眼睛。告诉学生在使用玻片的时候要小心，碎玻璃要扔到教师指定的容器中，且做完实验后立即洗手。实验后还要用特别醒目的字标出清洁与整理环节字样。学生要在教师指导下清理所有的仪器，放到适当的位置，备下次使用。

人教版教材中本模块对安全和环保环节在实验步骤中没有体现，只是教师在进行教学活动时，口头会提醒学生注意安全和实验后进行垃圾的清洁。口头阐述的缺点导致学生的安全和环保意识不强。因此，教师在教学中要注重对学生安全和环保意识的培养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017：1-6.

[2]蒋晨康，李连杰.中美高中生物教材“叶绿素的提取和分离”实验的比较研究[J].中学生物学，2016（11）：70-71，73.