对新教科书“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的对比研究——基于2019年人教版和2020年沪科版的比较研究

高 科 杨凯钧 朱家华

（临沂大学生命科学学院 山东临沂 276000）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》在“分子与细胞”模块的“教学提示”中指出，教师要组织好观察、实验等探究性学习活动，帮助学生增加感性认识，领悟科学探究方法。“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验说明，酶比无机催化剂具有更强的降低化学反应活化能的作用，体现了酶的“高效性”的特点。该实验环节有助于帮助学生理解“细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域”这一重要概念，并促使学生在探究中学会分析使用控制变量法，通过类比分析，进而理解“降低活化能”的内涵，发展科学思维能力。通过对比2019年版人民教育出版社、2020年版上海科技教育出版社高中生物学教科书，对如何开展好该实验教学进行了思考与讨论。

1 对实验内容的比较

1.1 实验在教科书中的所处位置比较分析

本实验旨在通过研究过氧化氢酶和氯化铁溶液对过氧化氢溶液的分解作用来发现酶的高效性。两个版本都利用了动物肝脏研磨液作为实验材料，都将其放在“酶”的相关章节中。在完成对细胞的结构与功能的学习之后，学生实施该实验，有利于理解酶作为生命活动的催化剂。教师结合酶的相关内容进行组织教学，利用实验探究，加深学生对于酶的相关知识的理解和学习，并为学生之后学习呼吸作用等重要的生理活动提供了一定的基础。

1.2 实验探究目标的比较分析

在人教版教科书中，该实验探究的主要内容是酶的高效性与催化作用，经过实验对照研究，能够得出酶有催化作用且具有高效性的结论。关于酶的性质与特性并未在该实验环节涉及，而是在后面的章节中集中学习，凸显了实验主题，引导学生专注于实验设计本身，一方面得出“酶比无机催化剂具有更强的降低化学反应活化能的作用”这一结论，另一方面，经过类比分析，理解“降低活化能”的内涵。

沪科版教科书将本实验的内容与酶的专一性和环境因素对于酶的活性的影响进行了整合，将相关实验结论都放在本实验中验证，所以在实验的过程中会有较为复杂的实验步骤和实验器材。教学中，教师和学生需要厘清问题主线和探究目标，挖掘不同实验环节彼此之间的逻辑联系。

1.3 实验材料用具的比较分析

人教版教科书中，该实验采用的实验器材和实验材料相对简单，大部分的高中学校都能够达到该实验条件，有利于学校进行实验课程教学。沪科版的教科书所采用的实验器具相对复杂，实验数据的处理分析也相对复杂。从表1可以看出，两本教科书的用具、材料选择方面有较大区别。在实施过程中，在适用性方面存在一定的差异，人教版教材的实验用具要求更符合普通学校的实验室要求；而沪科版的实验用具虽然复杂，但有助于培养学生的数学建模思想、跨学科思维整合能力。两者对比，各有特色。

表1 人教版与沪科版实验材料选择比较

1.4 实验内容与设计的比较分析

在实验内容与设计上，两版教科书都重视培养学生的科学思维，重视探究实验，注重培养学生的科学探究。人教版的教科书在实验的设计上更加注重于科学思维的培养，在实验设计上采用了较为直接简单的思路和方法。人教版教科书遵循“提出问题—作出假设—制定计划—实施计划—得出结论—表达与交流”的探究性实验逻辑。沪科版的教科书在实验设计上以验证性和探究性相结合的实验思路，在实验内容设计上，由于内容复杂、操作程序繁琐，书中大量的篇幅在诠释实验基本程序，留给学生自主探究的余地相对较少。总的来说，沪科版的实验设计较为复杂，对学生的学习能力、操作能力和思维能力提出了更高要求。反观人教版，实验内容相对简单且可操作性更强。所以，从实验内容与设计的比较分析可看出，人教版的教科书更适宜用于新授课的学习，而沪科版的教科书则拥有更丰富的深化学习空间。教师在使用中应善于把握两本教科书的特点，结合学情灵活使用。

1.5 实验中讨论题比较分析

两版教科书中都设置了4道讨论题（表2）。分析发现，人教版教科书中设计的讨论题，分别对标生物学学科核心素养4个维度，4个问题分别指向科学思维、生命观念、科学探究、社会责任4个方面。而沪科版的教科书所设计的问题主要是集中在实验本身的深度理解，提出的问题有深度。从该内容看，人教版的教科书对学科核心素养的培养更显化。

表2 人教版与沪科版实验讨论题比较

2 对实验内容的建议

2.1 实验材料的建议

通过耿旭珂等的实验研究，发现真菌材料——香菇可替代动物肝脏进行“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，香菇方便易得，便于保存，且含有大量过氧化氢酶，代替动物肝脏进行该实验可以避免肝脏易腐败等诸多弊端。建议本实验可以采用更为优质的实验材料——香菇，因其有大量的过氧化氢酶，有着动物肝脏所不具有的优势。香菇的保存时间更长，也可以避免动物肝脏容易腐烂、不易保存的问题。另外，香菇可以降低学生做实验的危险性，能避免反应过快而产生的大量泡沫飞溅，伤到同学。

2.2 实验装置的建议

对比教科书中的实验内容，新鲜的肝脏研磨液催化分解过氧化氢的速度极其迅速，如果滴加的量稍多，瞬时产生的大量泡沫有时会飞溅到实验者脸上，伤到实验者。且该实验所采用的仪器是试管，由于试管是敞口的，不利于对气体进行收集。鉴于此，对实验装置进行了优化设计，如图1所示。在分液漏斗中加入过氧化氢溶液，锥形瓶中放入氯化铁溶液或者香菇提取液形成对照，反应充分后打开橡胶管上的夹子，观察卫生香的燃烧情况。用卫生香的燃烧程度判断实验结果，用时间的长短来反映产生的氧气量的多少，实验现象更易于观察。这样有助于对实验结果进行量化，使得实验结果更加具有说服力，学生处理起来更为简便。利用该实验装置能够提高实验成功率，且安全程度更高。

图1 改进的实验装置示意图

3 对实验教学的启示

3.1 应注重实验选材恰当

在生物学实验教学中，实验材料的选择应体现取材便捷、无毒环保、现象明显等特点。而在组织实验教学的过程中，本实验可以优先选择香菇作为更安全、便捷的实验材料，并提前进行一定的预实验来确保实验的可行性。

3.2 应注重实验的探究性

探究性是科学实验的本质属性。学生在参与实验的过程时，就是经历“发现问题—作出假设—制定计划—实施计划—得出结论—表达交流”的过程，利用科学方法收集证据，基于知识基础去推理、判断结论的合理性，不仅观察得到了实验现象，还培养了思考和解决问题的能力。因此，生物学实验的设置应当尽量回归其探究本质。教学时，教师应尽可能在探究性实验的一般过程中设置问题和思考，达成学习目标。本实验作为探究性实验，是有效的实验教学实践，是核心素养中科学探究部分的落实。

3.3 注重发展学生学科核心素养

两个版本教科书在该实验教学既有各自的特点，也有共性之处：对实验的设计绝不仅限于实验探究本身，还关注学生在科学思维方面的发展。人教版教科书设计了丰富的问题，引导学生进行探究设计、类比分析，从而对实验现象作出结论；沪科版教科书则关注学生的图表分析能力、数学建模能力等多种跨学科思维的应用。两个版本的教科书在编写中都指向对学生学科核心素养的培养，对今后的实验教学开展带来了启示与思考。