中美高中生物實驗比較研究

晁麗強 胡麗坤 楊華

[摘要]通過翻譯美國出版的高中生物實驗教材有關溫度對酶促反應速率的影響實驗，并將其與我國人民教育出版社出版的高中生物教材（必修一）中相關實驗進行比較分析，為我國生物教材修訂提供參考，同時為生物教師該實驗的教學準備提供素材。

[關鍵詞]酶活性實驗高中生物比較分析

[中圖分類號]G633.91[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2015）110121

一、美國高中生物教材溫度對酶促反應速率的影響實驗的內容

（一）引言

人體內的一些細胞能夠產生過氧化氫（H2O2），它能幫助人體抵抗感染。低濃度的H2O2對人體有利，但濃度過高就會對人體有害，因此細胞內的H2O2濃度必須控制在一定范圍。

H2O2可以被分解為H2O和O2，過氧化氫酶可以加速這一反應。在這個實驗中，你將觀察這個酶促反應的速率并設計一個實驗去驗證溫度對這個實驗的影響。

（二）技能聚焦

作出假設設計實驗測量結果解釋曲線圖

（三）材料用具

新鮮的肝臟圓形濾紙片鑷子紙巾培養(yǎng)皿

計時器移液管恒溫水槽質量分數(shù)為1%的H2O2溶液溫度計25mL的量筒燒杯鉗50mL的燒杯曲線紙肝臟研磨液

（四）安全

H2O2溶液有刺激性氣味，如果溶液進入到你的眼睛請告訴你的老師，并立即用清水沖洗。溶液撒到你的皮膚或衣服上用清水洗掉。在使用玻璃燒杯或量筒前，請注意檢查是否有破損。如果你打碎了玻璃儀器，請馬上告訴你的老師，不要去撿玻璃碎片。避免電擊，當使用電熱板時確保你的手、電線、插頭是干燥的。

（五）實驗前的問題

1.因果關系：在A、B部分實驗中如何判斷化學反應是否發(fā)生？

2.控制變量：在B部分實驗中你要控制哪些變量？哪些變量是因變量？

3.因果關系：通過圓形濾紙在H2O2溶液的浮動來判斷酶的活性，在過程中對時間有什么要求？

（六）實驗過程

1.A部分：觀察過氧化氫酶促的反應

（1）穿防護衣、手套、安全護目鏡，用鑷子從培養(yǎng)皿中取一小塊新鮮的肝臟，肝臟細胞中含有較多的過氧化氫酶。用移液管取一滴H2O2溶液滴到肝臟的表面，觀察有什么反應。

（2）在老師的指導下選擇適當?shù)脑O備去測量反應的速率，既可以是圓形濾紙也可以是O2探頭，如果你選用的是O2探頭，請注意老師的用法示范。

（3）用量筒取25mL的H2O2溶液放入50mL的燒杯中。

（4）用鑷子將圓形濾紙浸入肝臟的勻漿中，再將濾紙取出放在紙巾上4秒鐘，除去多余的液體。

（5）用鑷子將浸過肝臟勻漿的濾紙放入50mL的燒杯中，觀察并記錄濾紙漂浮到液面所需要的時間。

2.B部分：設計實驗

（6）作出假設：如何改變溫度來影響H2O2的反應速率？把你的假設記錄下來，并通過實驗去驗證你的假設。

（7）概述你的實驗過程：描述你驗證假設的過程，該過程將用到A部分的一些步驟，但有些步驟是你新設計的，重點描述這些步驟，包括一些必要的安全措施。

（8）收集數(shù)據：在下面的空白處設計一個數(shù)據記錄表，你將實驗中兩個變量記錄在表格的空白處，包括一個縱列記錄觀察項目，橫列的數(shù)目要與你計劃的溫度梯度數(shù)相一致。

（9）整理：當你做完實驗后按照老師的要求對實驗進行清理，并用肥皂和熱水洗手。

（10）用你收集的數(shù)據制作一個曲線圖，自變量在x軸上，因變量在y軸上。（如果要用到曲線紙、曲線計算器、曲線軟件請向老師求助。）

3.分析得出結論

（1）解釋曲線：溫度與反應時間呈什么關系？

（2）得出結論：溫度與酶的活性有何關系？在多少度下酶的活性最高？這個溫度有何重要意義？

（3）推斷：在實驗中為什么要選用新鮮的肝臟，而不用煮熟的肝臟？

（4）概念應用：人體體溫的穩(wěn)定對人有何意義？

（5）錯誤分析：分析你的實驗中出錯的原因。

4.拓展探究

pH值是如何影響過氧化氫酶的活性的？根據你的假設設計實驗，向老師咨詢你的設計方案，如果必要請在老師的許可和指導下對實驗過程進行修正，完成你的實驗。

二、中美溫度對酶促反應速率的影響實驗的比較分析

（一）實驗性質比較分析

兩個不同教材對于該實驗的編排都采用探究式實驗，都是按照科學探究的一般過程：提出問題、作出假設、設計實驗方案、驗證假設、得出結論為主線編排實驗內容。但探究的方式不同，我國教材主要采用小組合作美國高中主流理科教材《生物·生命的動力》之

科學圖示”和“得出結論”，5個“繪制與運用圖表”“理性思維”和“因果推斷”，4個“預測”“運用數(shù)學工具”和“實驗設計”，2個“觀察與推斷”“建構模型”和“分類”技能實驗，“作出假設”“獲取信息”“運用圖表”“對比與比較”“分析數(shù)據”和“分析說明”技能實驗分別安排了1個，學生可以在這個板塊對20個技能進行訓練。該板塊在欄目設計上包括“技能的類別”“解決問題”和“理性思維”。[3]

二、板塊特點

從教材安排的每項技能的數(shù)量來看，對解釋數(shù)據、分析信息、運用概念、解釋科學圖示、得出結論、繪制與運用圖表、理性思維、因果推斷、預測、運用數(shù)學工具、實驗設計等技能比較注重。以下簡要分析幾個技能的實例特點。

1.解釋數(shù)據

生物是一門自然科學，實驗起著重要的作用，而數(shù)據的定量化又給實驗帶來更具有說服力的結果。然而實驗數(shù)據的得出還不夠，對數(shù)據進行解釋分析，找到問題的突破口才是關鍵。例如，在“技能實驗——DNA的化學分析結果”中，“解決問題”設計了一張“DNA樣本中每種堿基的百分數(shù)”的表，要求學生仔細觀察表格，比較每一種細胞DNA中腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶的含量。再通過“理性思維”的三個問題，從具體的細胞比較到歸納出一般細胞的DNA組成情況。正是因為埃爾文·查戈夫的實驗數(shù)據說明了DNA中堿基之間的關系，DNA分子堿基的配對方式才被探索出來。[4]可見解釋數(shù)據的能力是很重要的，在這分析過程中能對學生的思維進行訓練，如此例中“理性思維”的三個問題對比較法和歸納法進行訓練。

2.分析信息

我們所生活的這個時代是信息爆炸的時代，信息無處不在。怎樣分析信息，科學地認識信息，通過分析信息找出現(xiàn)象出現(xiàn)的原因顯得尤為重要。例如，在“技能實驗——廣告詞可信嗎”中，“電視和電臺中不斷地播放著各式各樣的產品廣告，但是這些廣告詞都真實可信嗎？”引發(fā)學生思考，通過“解決問題”中三個記錄信息的內容，引導學生科學地看待形形色色的廣告。又如，在“技能實驗——地球上哪些地區(qū)的鳥瀕臨滅絕”中，通過分析世界地圖中呈現(xiàn)的信息，結合“理性思維”中的“分析數(shù)據”“估算”“觀察”和“推斷”，從而對各國或者世界上鳥的種類有個初步認識，再綜合瀕危鳥種百分比比較高的國家，找出共同的地理特征，最終說明瀕危鳥種數(shù)較低的現(xiàn)象并解釋其中的原因。這些問題都是循序漸進的，最終找到現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。在這個過程中需要學生仔細觀察，開動了腦筋，較好地促進了學生思維的發(fā)展。

3.運用概念

概念是反映對象特有屬性或本質屬性的思維形式，而會不會運用概念是判斷有沒有掌握這個概念的根本方法。例如，在“技能實驗——如何歸納營養(yǎng)級的相關內容”中，利用概念圖的形式，讓學生填寫各營養(yǎng)級的名稱并填寫出其特征。再通過“理性思維”中的“推理”進一步理解營養(yǎng)級的本質內涵。又如，運用維管組織的概念解釋木質部和韌皮部的功能；運用幾率的概念來推斷遺傳的概率問題。

4.解釋科學圖示

科學圖示是指將科學的概念、原理等用示意圖、曲線圖等表示，其具有形象直觀的特點，能使抽象的概念或原理形象化、具體化，同時也能激發(fā)學生學習的興趣。例如，用曲線圖來理解初生演替和次生演替的概念；用染色體的示意圖來理解同源染色體的概念；用文昌魚的橫切面示意圖來學習無脊椎動物的結構特征。

5.得出結論

得出結論是科學探究過程的重要組成部分，教材中安排了6個探究活動讓學生體驗得出結論的過程及其方法。例如，在“技能實驗——影響蒸騰作用的因素”中，通過觀察某學生的探究實驗及其實驗結果的數(shù)據圖，分析不同條件下天竺葵水分散失的情況，從而得出影響蒸騰作用速率的因素。得出結論不是一蹴而就的，結論得通過分析與綜合、分類與比較、抽象與概括等方法得出，學生在此過程中得到思維方法與探究能力的訓練。

三、啟示

（1）相比我國的高中教材，美國高中教材清晰明了地設計了多種多樣的技能訓練板塊，學生的思維及探究能力在這些活動中能得到很好的訓練。我國高中生物教師也應該合理地利用教材，整合課程資源，為學生的技能訓練提供平臺。

（2）探究性學習除了讓學生動手外，還可以為學生提供思維訓練的平臺，讓學生通過開動腦筋、思考來進行科學探究。

[參考文獻]

[1][美]國家研究理事會，戢守志（譯）.國家科學教育標準[S].北京：科學技術文獻出版社，1999.

[2][美]奧爾頓·比格斯等，廖蘇梅、曾立等譯.科學發(fā)現(xiàn)者：生物·生命的動力[M].杭州：浙江教育出版社，2008.

[3]吳舉宏.做一名科學發(fā)現(xiàn)者[J].中學生物教學，2012（35）.

[4]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書（生物·必修2）[M].北京：人民教育出版社，2007：48.

（責任編輯黃春香）