美國中學(xué)生物教材實驗設(shè)置的特色及借鑒

梅洪娟 何金妹

以美國中學(xué)生物教材“Biology”配套的實驗手冊“Lab Manual A”實驗《細(xì)菌對植物生長發(fā)育的影響研究》為例，從實驗設(shè)置中的科學(xué)實踐過程、基本科學(xué)概念和科學(xué)情感態(tài)度三個維度上分析美國中學(xué)生物教材實驗設(shè)置的特色和可借鑒之處。

一、實驗概況

實驗名稱：《細(xì)菌對植物生長發(fā)育的影響研究》

1. 前言

生態(tài)學(xué)家常常會研究生活在同一區(qū)域內(nèi)的物種之間的關(guān)系。不同的生物體之間相互影響不同，如對一方有利，而對另一方有害；對一方有利，而對另一方無影響；或者對雙方都有利等。細(xì)菌常常與其他生物關(guān)系密切，比如根瘤菌，可侵染豆科植物的根部并影響植物的根系生長。在本實驗中，你將通過對照試驗來研究根瘤菌是否影響豆科植物的生長。

2. 問題

根瘤菌對植株的生長影響如何？

3. 實驗前討論

實驗前，先把整個實驗設(shè)計閱讀一遍，然后與實驗小組成員共同完成下列問題：（1）提出你們將要進(jìn)行實驗驗證的假設(shè)。（2）實驗中的自變量和因變量是什么？（3）對照試驗如何設(shè)置？對照試驗的作用是什么？（4）實驗中為什么要添加空白對照組？（5）為什么每組中添加的水量要一致？

4. 實驗材料

2個無菌的5英寸塑料盆、蒸餾水或去離子水、豆科植物的種子、園藝蛭石（少灰塵）或珍珠巖、根瘤菌、保鮮膜、植物用熒光燈管、無氮營養(yǎng)液、米尺、實驗室天平。

安全警示：處理微生物過程應(yīng)聽從老師的提示并遵守安全操作規(guī)程。接觸種子、植株或泥土后應(yīng)用肥皂和溫水徹底清洗雙手。按課本第8頁中有關(guān)安全標(biāo)示的要求在實驗步驟中的相應(yīng)位置標(biāo)注相應(yīng)安全標(biāo)示，并知悉該標(biāo)示的含義。

5. 實驗步驟

（1）與小組成員在塑料盆上分別標(biāo)記上“空白組”和“實驗組”。

（2）往每個塑料盆中添加等量的蛭石。

（3）按照老師的要求在“空白組”的塑料盆中挖三個大小相似的坑。注意：操作過程中應(yīng)確保沒有其他物質(zhì)的污染。

（4）在每個小坑中放置一顆種子，然后用蛭石埋上。注意：在處理實驗室化學(xué)物品和微生物過程中應(yīng)佩戴橡膠手套。

（5）按上述步驟3，在“實驗組”的塑料盆中挖三個大小相似的坑。

（6）在老師的指導(dǎo)下對種子進(jìn)行根瘤菌的接種處理。

（7）在“實驗組”的每個坑中分別放入一顆經(jīng)根瘤菌接種處理的種子。

（8）往每個塑料盆中緩慢添加蒸餾水直至塑料盆底部的排水孔中有水滲出。

（9）用塑料膜把塑料盆包裹好，并放到老師指定的位置。

（10）控制變量：種子萌發(fā)后，按照老師的要求給植物澆水。 注意：每盆植物的澆水量應(yīng)一致。

（11）測量時，小心地把植物連同整個根系取出，小心地抖動植物以把根系上的蛭石抖落。

（12）把植物的根系放在水中小心地揉洗，直至根部完全無土。

（13）測量每株植物的高度（單位：cm）。提示：以靠近根部的莖為起點，測量至植株的頂部。把測量值記錄到表1。

（14）用天平稱量每株植株的重量（單位：g）。把稱量值記錄到表2。

（15）仔細(xì)觀察每株植株的根系并把觀察結(jié)果填寫到表1相應(yīng)位置。

（16）求每組植物的平均高度和平均重量。【計算】△h=h1-h2、h=（△h/h2）?100；△m=m1-m2、m=（△m/m2）?100

注：△h：高度差，h1：實驗組平均高度，h2：空白組平均高度，h：增加高度百分比；△m：質(zhì)量差，m1：實驗組平均質(zhì)量，m2：空白組平均質(zhì)量，m：增加質(zhì)量百分比。

（17）按照老師的指引處理所有的植物材料。離開實驗室前用溫水和肥皂洗手。

6. 分析與結(jié)論

（1）數(shù)據(jù)分析：實驗組與空白組植株的高度與質(zhì)量是否有差異？相較于空白組，實驗組植株的高度與質(zhì)量增加百分比是多少？你認(rèn)為影響明顯嗎？說明理由。

（2）得出結(jié)論：實驗數(shù)據(jù)支持你所提出的假設(shè)嗎？從實驗數(shù)據(jù)中可得出什么結(jié)論？說明理由。

（3）觀察：實驗組的植株根系生長情況與空白組的有差異嗎？為什么會出現(xiàn)這種差異？

（4）推斷：根瘤菌與豆科植物之間的關(guān)系與相互作用如何？說明理由。

7. 拓展研究

你的實驗結(jié)果引發(fā)了什么新的問題嗎？請設(shè)計一個實驗以解決這個問題或?qū)Ρ緦嶒炞鲞M(jìn)一步研究。

結(jié)合種植豆科植物的最終目的思考：植株的高度與質(zhì)量與大豆的產(chǎn)量有必然聯(lián)系嗎？如何設(shè)計一個實驗研究根瘤菌對大豆產(chǎn)量的影響？

二、實驗簡評及其啟示

1. 科學(xué)實踐過程思路清晰，擴(kuò)展研究激發(fā)學(xué)生興趣

本實驗與國內(nèi)實驗實踐過程設(shè)計相一致的是：都有提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計實驗、實施計劃、分析與討論等環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了科學(xué)實踐的清晰的思路，也讓學(xué)生體會到，在科學(xué)實踐中通過科學(xué)方法找到知識的樂趣。不同點是增加了實驗的擴(kuò)展研究，重視了知識的延展性，沒有給出既定的目標(biāo)，很大程度上體現(xiàn)了學(xué)生的自主性。

2. 教材側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的知識探究能力

與國內(nèi)教材在實驗設(shè)置中給出既定的科學(xué)概念不同的是，本實驗中并沒有給出明確的科學(xué)概念，側(cè)重于讓學(xué)生自己去尋求習(xí)題中答案，培養(yǎng)了學(xué)生的知識探究能力。細(xì)菌對植物生長發(fā)育的影響研究中，細(xì)菌與植物的關(guān)系是三種，即寄生、腐生和共生，本實驗側(cè)重的是根瘤菌和豆科植物的共生關(guān)系，但是整篇文章中只是在前言中提到了存在三種關(guān)系，并沒有明確提出根瘤菌和豆科植物之間的共生關(guān)系，結(jié)論完全由學(xué)生通過實驗才能得出。通過這種模式提高了學(xué)生的實驗動手能力以及數(shù)據(jù)分析能力等實驗綜合素質(zhì)。

3. 科學(xué)實驗與實際生活聯(lián)系密切

該實驗內(nèi)容與生活聯(lián)系密切，如擴(kuò)展探究部分提出的問題：植株的高度與質(zhì)量與大豆的產(chǎn)量有必然聯(lián)系嗎？拉近了科學(xué)與學(xué)生之間的距離，使理論和實踐得到了很好的結(jié)合。同時該實驗規(guī)定了通過小組合作來完成實驗，有利于學(xué)生合作精神的培養(yǎng)。