中美中學(xué)生物教材中“酵母菌呼吸作用”實(shí)驗(yàn)的比較

張杏娟 章君果

摘 要 介紹了美國(guó)Miller & Levine編著的《生物學(xué)》教材中“酵母菌發(fā)酵”實(shí)驗(yàn)，并與人教版高中生物必修1中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較分析，從“實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型”及“實(shí)驗(yàn)的設(shè)問(wèn)”兩方面進(jìn)行剖析。

關(guān)鍵詞 酵母菌呼吸 實(shí)驗(yàn)設(shè)問(wèn) 比較

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

下面以2010年版美國(guó)教材《Biology》實(shí)驗(yàn)冊(cè)B中“真菌發(fā)酵速率的控制”這一實(shí)驗(yàn)為例，通過(guò)和人教版“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要比較與評(píng)析，以此探討中美實(shí)驗(yàn)教學(xué)差異，希望能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新的思路和素材。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的介紹

美國(guó)Pearson Education出版社發(fā)行的生物教材中“探究真菌發(fā)酵速率”這一實(shí)驗(yàn)探究了“不同物質(zhì)對(duì)酵母菌發(fā)酵速率的影響”。教材已經(jīng)給定實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，實(shí)驗(yàn)具體步驟見(jiàn)表1，并在表格中記錄實(shí)驗(yàn)觀察到的結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比較

該實(shí)驗(yàn)和人教版必修1第五章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和應(yīng)用”中第三節(jié)“ATP的主要來(lái)源——細(xì)胞呼吸”這一節(jié)中“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較。下面主要從以下兩方面對(duì)中美教材中“酵母菌呼吸作用實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行比較分析。

2.1 實(shí)驗(yàn)組織類(lèi)型比較分析

中美教材中該實(shí)驗(yàn)均為探究式實(shí)驗(yàn)。美國(guó)教材中該實(shí)驗(yàn)設(shè)置了以下組織模塊：實(shí)驗(yàn)介紹、提出問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)前討論、實(shí)驗(yàn)材料、安全提示、實(shí)驗(yàn)步驟、分析與結(jié)論及課后延伸。人教版教材主要從提出問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、結(jié)論、交流和應(yīng)用等方面來(lái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。中美教材在模塊設(shè)置上有差異，但實(shí)驗(yàn)基本過(guò)程和內(nèi)容基本相似。國(guó)內(nèi)教材中也有關(guān)于實(shí)驗(yàn)介紹的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)之前的提出問(wèn)題、作出假設(shè)這兩個(gè)模塊中也有小組討論，結(jié)論、交流和應(yīng)用與美國(guó)教材中的結(jié)論及課后延伸相類(lèi)似。由于實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)目的不同，美國(guó)教材列出了實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)步驟，更注重對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和總結(jié)，國(guó)內(nèi)教材更側(cè)重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思路的培養(yǎng)。差異最明顯的是安全方面，美國(guó)教材中對(duì)安全方面的教育貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，每個(gè)步驟中都有相關(guān)的安全圖標(biāo)進(jìn)行提示，并在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前單獨(dú)設(shè)立“安全提示”這一模塊。國(guó)內(nèi)教材安全方面的教育相對(duì)欠缺，只有在濃硫酸使用時(shí)，才提到安全問(wèn)題。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)問(wèn)的比較分析

實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題設(shè)置是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的“靈魂”。相關(guān)問(wèn)題的設(shè)置往往可以驅(qū)動(dòng)學(xué)生根據(jù)問(wèn)題的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行推理及探討。美國(guó)教材中實(shí)驗(yàn)前討論和分析與結(jié)論這兩個(gè)模塊設(shè)置的問(wèn)題如表2所示。

實(shí)驗(yàn)前討論的問(wèn)題要求學(xué)生在閱讀整個(gè)實(shí)驗(yàn)以后進(jìn)行解答。該模塊的問(wèn)題主要是從實(shí)驗(yàn)變量方面進(jìn)行設(shè)置及解釋一些現(xiàn)象和推斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分析與結(jié)論的問(wèn)題主要從觀察、推斷、數(shù)據(jù)分析及建立假設(shè)幾個(gè)方面，由淺入深，逐步開(kāi)放進(jìn)行探討。這兩個(gè)模塊設(shè)置的問(wèn)題邏輯性比較強(qiáng)，問(wèn)題之間關(guān)聯(lián)度相對(duì)較高，能夠充分培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)原則及分析推斷能力。

國(guó)內(nèi)教材中該實(shí)驗(yàn)在“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”模塊提出了3個(gè)問(wèn)題：

① 怎樣控制有氧和無(wú)氧條件？

② 怎樣鑒定有無(wú)酒精產(chǎn)生？怎樣鑒定有無(wú)CO2產(chǎn)生？如何比較CO2產(chǎn)生的多少？

③ 怎樣保證酵母菌在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能正常生活？

結(jié)論、交流和應(yīng)用模塊也設(shè)置了一個(gè)問(wèn)題：重鉻酸鉀溶液檢測(cè)有無(wú)酒精存在？這一原理在日常生活中可以有什么用處？這些問(wèn)題也需要閱讀教材中給定的參考資料后進(jìn)行解答。問(wèn)題也涉及到自變量控制和因變量獲取，同時(shí)體現(xiàn)了一定的開(kāi)放性和應(yīng)用性，但問(wèn)題設(shè)置的邏輯性不強(qiáng)，主要從實(shí)驗(yàn)中的注意環(huán)節(jié)進(jìn)行提問(wèn)。

3 實(shí)驗(yàn)特色評(píng)析

中美教材對(duì)酵母菌呼吸實(shí)驗(yàn)的設(shè)置都有自己的特色。美國(guó)教材對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置更注重對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，所以教材給定了實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。美國(guó)教材通過(guò)設(shè)置相互關(guān)聯(lián)并且有一定的拓展和延伸的問(wèn)題，來(lái)充分培養(yǎng)學(xué)生的分析推斷能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。美國(guó)實(shí)驗(yàn)教材更注重對(duì)實(shí)驗(yàn)安全的教育，安全警示貫穿了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程并且安全內(nèi)容非常詳盡，這一點(diǎn)值得國(guó)內(nèi)借鑒。

國(guó)內(nèi)教材中關(guān)于酵母菌呼吸實(shí)驗(yàn)更側(cè)重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思路的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有較強(qiáng)的開(kāi)放性，教師運(yùn)用恰當(dāng)會(huì)起到很好的效果。教材提供了相關(guān)參考資料，讓學(xué)生根據(jù)參考資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，并通過(guò)討論完善方案。這種自主討論的方式能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的組織架構(gòu)思維與參與合作精神。但由于國(guó)內(nèi)學(xué)生對(duì)這種完全開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)會(huì)手足無(wú)措，同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)參考資料的限制，實(shí)際過(guò)程中往往會(huì)陷入僅限于對(duì)資料的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及探討，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性和操作性降低。這解釋了為什么國(guó)內(nèi)出現(xiàn)很多對(duì)“酵母菌呼吸作用”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究，并體現(xiàn)了一個(gè)明顯特色就是對(duì)學(xué)生知識(shí)點(diǎn)落實(shí)的要求比較高，所以學(xué)生掌握的基礎(chǔ)知識(shí)會(huì)更充分。

4 思考與探討

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作中有待商榷的部分：

（1） 實(shí)驗(yàn)前儀器準(zhǔn)備，需保證5個(gè)實(shí)驗(yàn)瓶子大小一致，且裝的水量相同，遵循等量原則。但在本實(shí)驗(yàn)中較少提及。

（2） 實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量固體藥品時(shí)不應(yīng)用量筒進(jìn)行測(cè)量。量筒是用來(lái)測(cè)量液體的一種玻璃儀器，而非測(cè)量本實(shí)驗(yàn)中氫氧化鈉和葡萄糖固體顆粒物質(zhì)。

（3） 在國(guó)外，有不同度量的藥匙，在我國(guó)大多數(shù)學(xué)校一般只具備普通藥匙，僅用于取用粉末狀或顆粒狀的固體藥品。因此，若借鑒國(guó)外實(shí)驗(yàn)時(shí)，需結(jié)合我國(guó)國(guó)情因地制宜。

（4） 倘若按照上述實(shí)驗(yàn)采取不適宜的儀器進(jìn)行測(cè)量，易造成較大誤差。

（5） 本實(shí)驗(yàn)添加的實(shí)驗(yàn)試劑的濃度沒(méi)有明確，是否對(duì)酵母菌的發(fā)酵有影響，影響有多大都有待教師進(jìn)一步探討。

（6） 實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在同樣時(shí)間內(nèi)C瓶的氣球比其他瓶的氣球膨大程度都大其次為B、A。而C、D瓶的氣球皺縮，甚至有被吸到瓶中，呈倒掛的現(xiàn)象。且平行組也出現(xiàn)相同的結(jié)果。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果推知，氫氧化鈉對(duì)酵母菌發(fā)酵具有促進(jìn)作用。從微生物的培養(yǎng)角度來(lái)看，葡萄糖給酵母菌提供了碳源和能量，但生長(zhǎng)過(guò)程中需無(wú)機(jī)鹽，而氯化鈉可為酵母菌發(fā)酵提供無(wú)機(jī)鹽。這為酵母菌的增殖起到了促進(jìn)作用。

（7） 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)步驟中未將溶液消毒、儀器滅菌，更易造成雜菌污染，使得酵母菌發(fā)酵受到影響。建議修改本實(shí)驗(yàn)，在加入酵母菌前對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器滅菌、溶液消毒，盡量減少實(shí)驗(yàn)誤差。

參考文獻(xiàn)：

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