中美高中生物教材中“影響酶活性因素實驗”的比較研究

□孫安靜 曹志江

中美高中生物教材中“影響酶活性因素實驗”的比較研究

□孫安靜 曹志江

文章通過對“人教版”高中生物教材《必修1·分子與細胞》和美國高中生物教材《Biology-Prentice Hall》中影響酶活性因素的實驗進行比較，分析中美教材在編寫方式上的異同，從而對中美教材中這個實驗的特色作出評價，為中外教材的相互借鑒和中學(xué)生物實驗教學(xué)提供一些理論依據(jù)。

中美生物教材；實驗比較；影響酶活性的因素

一、影響酶活性因素實驗在教材中的地位

探究“影響酶活性的條件”實驗是“人教版”高中生物教科書《必修1·分子與細胞》第五章第一節(jié)的實驗，是學(xué)生在學(xué)習(xí)了“酶的作用和本質(zhì)”以及“酶的特性”之后安排的一個探究性實驗，也是本冊教材中較重要的一個引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計實驗的探究性實驗?！疤骄繙囟葘γ富钚缘挠绊憽笔敲绹咧猩铩禕iology-Prentice Hall》第一單元第二章第四節(jié)“化學(xué)反應(yīng)和酶”中的探究實驗，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)設(shè)計實驗的能力。

該實驗在國內(nèi)外教材中位置較前，都屬于重點安排和設(shè)計的實驗。此實驗可以設(shè)計成演示實驗、驗證實驗以及探究性實驗等多種形式。通過本節(jié)內(nèi)容可以很好地培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)實驗?zāi)康?，操縱和控制實驗變量，限制和控制無關(guān)變量，觀察和測量因變量的科學(xué)方法，對實驗結(jié)果進行科學(xué)的分析和討論。

二、實驗內(nèi)容的比較

1.實驗類型的比較

探究影響酶活性因素實驗在中美教材中最主要的不同之處是探究方式的差異。雖然都是探究性實驗，人教版教材中這個實驗為引導(dǎo)式探究，探究時給學(xué)生提供將要研究的問題的情境、解決問題所要使用的材料，并且通過一系列問題引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地設(shè)計實驗、進行實驗，但不提供預(yù)期結(jié)果。學(xué)生要根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)某種聯(lián)系，找到問題的答案。人教版教材通過介紹一個完整的探究過程，讓學(xué)生了解科學(xué)探究的方法和本質(zhì)。美國版教材中，這個探究活動為半自主、半開放式，教師給學(xué)生搭了腳手架：先提出問題，列出實驗材料和用具，但不主動給出設(shè)計方案，讓學(xué)生自己提出假設(shè)并且設(shè)計實驗。

不同的是，美國教材在引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗時，通過給出觀察過氧化氫酶的反應(yīng)實驗，較為直觀地體現(xiàn)了實驗材料與過氧化氫酶之間的聯(lián)系，讓學(xué)生以此做出假設(shè)并根據(jù)實驗材料設(shè)計實驗。這對學(xué)生根據(jù)實驗材料設(shè)計實驗，起到了很好的引導(dǎo)和鋪墊作用，讓學(xué)生了解怎樣通過實驗來驗證假設(shè)。人教版教材中的引導(dǎo)式探究實驗，可以使學(xué)生通過此次實驗的學(xué)習(xí)能觸類旁通，學(xué)會其他形式的探究，但是如果沒有很好的引導(dǎo)或者提供可供參考的實驗設(shè)計讓學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生很難自己根據(jù)實驗材料和器材設(shè)計出科學(xué)的實驗設(shè)計。而美國版教材中半開放式探究性實驗則處理得很好，一方面讓學(xué)生有獨立思考的余地，另一方面可以避免學(xué)生在制定計劃與策略上花太多的時間。當然，這兩種教材中的探究性實驗都注重了對學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng)和主體性地位的提升。

2.實驗題目的比較

美國版教材設(shè)計了探究溫度對酶活性的影響實驗，人教版教材設(shè)計了探究影響酶活性的條件的實驗。因為影響酶活性的因素有很多種，溫度屬于其中的一種，所以美國版教材只是探究了其中一種因素——溫度，而人教版教材從給出的實驗材料和用具看，包括溫度和pH值兩種因素。因此，人教版的實驗題目可以囊括美國版的實驗題目，但總的來說都是探究影響酶活性因素的實驗。

3.能力培養(yǎng)的比較

在美國版和人教版教材中，影響酶活性因素實驗都設(shè)計成探究實驗，因此，探究能力的培養(yǎng)是兩套教材中要重點實現(xiàn)的培養(yǎng)目標。美國教材在培養(yǎng)探究能力的同時，又強調(diào)了對做出假設(shè)、推理預(yù)測能力的培養(yǎng)。而人教版教材雖然沒有明確列出培養(yǎng)目標，卻完整地體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計科學(xué)的探究性實驗的能力的過程。

4.材料用具的比較

美國版、人教版兩套教材中在實驗材料和器材的選用上有一個共性，即教材中此實驗所用到的器材都非常便捷、經(jīng)濟、簡單。如美國版教材中使用的生豬肝、有蓋培養(yǎng)皿、移液滴管、肝臟研磨液、量筒、燒杯、濾紙片、鑷子等材料都非常經(jīng)濟易得，所使用的實驗器材都較為簡單。人教版教材中使用的新鮮的肝臟（如豬肝，雞肝）研磨液、可溶性淀粉溶液、過氧化氫溶液、鹽酸、氫氧化鈉溶液、熱水、蒸餾水、冰塊、碘液、試管、量筒、小燒杯、大燒杯、滴管等在生物實驗室中也簡單易得、操作簡便。

5.提出問題與做出假設(shè)的比較

美國教材屬于半自主式實驗，是直接給出探究的問題，并且在實驗設(shè)計的第一部分中，通過給出觀察過氧化氫酶的反應(yīng)實驗，較為直觀地體現(xiàn)了實驗材料與過氧化氫酶之間的聯(lián)系，這對學(xué)生根據(jù)實驗材料設(shè)計實驗、做出假設(shè)起到了很好的引導(dǎo)和鋪墊作用。而人教版教材給出了一段關(guān)于酶的特性的并且與現(xiàn)實生活緊密相關(guān)的文字材料，讓學(xué)生以此提出問題，做出假設(shè)。由此可見，人教版教材注重培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)實生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力，這一點對于探究式學(xué)習(xí)很重要。

6.設(shè)計實驗的比較

美國教材是根據(jù)實驗設(shè)計的第一部分的觀察過氧化氫酶的反應(yīng)實驗引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，并且給出了設(shè)計實驗的提示，包括：控制變量，重復(fù)實驗，實驗材料以及實驗方法的選擇要注意環(huán)?？芍貜?fù)利用，設(shè)計記錄實驗數(shù)據(jù)的表格，做出實驗結(jié)果圖，還要注意實驗后材料的處理。最后強調(diào)了實驗設(shè)計必須經(jīng)過老師的許可后方可操作。人教版教材是通過一系列的問題串引導(dǎo)學(xué)生怎樣選擇實驗材料，怎樣設(shè)置變量、控制變量、設(shè)置對照組、設(shè)置重復(fù)試驗以及設(shè)計記錄實驗的表格。但沒有提及學(xué)生設(shè)計的實驗必須經(jīng)過老師審核同意后才能操作。這體現(xiàn)了美國教材較為注重教師對于學(xué)生設(shè)計的實驗的指導(dǎo)和引導(dǎo)作用，并且關(guān)注到了實驗設(shè)計的可行性評價，而中國教材則沒有體現(xiàn)這一觀念。兩個教材在編寫上都體現(xiàn)了探究實驗在做實驗設(shè)計時引導(dǎo)鍛煉學(xué)生運用依據(jù)實驗?zāi)康?，操縱和控制實驗變量，限制和控制無關(guān)變量，觀察和測量因變量的科學(xué)方法。最后美國教材中要求學(xué)生的實驗設(shè)計要包括對實驗后的材料進行一個規(guī)范性處理，而中國教材則沒有提醒學(xué)生設(shè)計實驗時要注意試驗后材料的回收處理。

7.實驗過程的比較

在實施實驗環(huán)節(jié)，中美教材都要求學(xué)生按照實驗設(shè)計實施實驗，并且注意實驗安全。不同的是美國教材的實驗安全提示更為具體，其中包括注意實驗安全、合理選擇實驗材料、合理選擇實驗器具和實驗方法等?？梢娒绹滩母鼮樽⒁鈱W(xué)生的實驗安全，這一點值得我們學(xué)習(xí)借鑒。

8.分析結(jié)果與評估交流的比較

中美教材都以問題的形式引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進行分析，得出結(jié)論，并且都聯(lián)系了生活實際，讓學(xué)生更好地理解并運用結(jié)論，體現(xiàn)了學(xué)以致用的理念，加深了學(xué)生的學(xué)習(xí)印象。關(guān)于實驗評估反思方面，美國教材提示了學(xué)生要對可能造成實驗錯誤的來源進行分析。人教版教材則是要求學(xué)生與其他小組進行交流、反思和修改，都注重培養(yǎng)學(xué)生的反思與表達交流的能力。

9.繼續(xù)研究的比較

在實驗的最后，中美教材都聯(lián)系了生活實際，對此實驗提出了更具拓展性的問題，希望以此鼓勵和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并強化學(xué)生對實驗設(shè)計的遷移和運用。

三、結(jié)論與啟示

1.重視探究能力的培養(yǎng)

人教版教材中這一實驗屬于引導(dǎo)式探究實驗。整個過程完全按照科學(xué)探究的流程設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)材料提出問題，做出假設(shè)，設(shè)計實驗，實施實驗，分析結(jié)果，得出結(jié)論，表達交流。這有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，促進學(xué)生之間的合作和交流。美國教材中這一實驗屬于半自主式探究實驗。美國教材在實驗設(shè)計的第一部分前中通過給出觀察過氧化氫酶的反應(yīng)實驗，較為直觀地體現(xiàn)了實驗材料與過氧化氫酶之間的聯(lián)系，這對學(xué)生根據(jù)實驗材料設(shè)計實驗，做出假設(shè)起到了很好的引導(dǎo)和鋪墊作用。最后在引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗環(huán)節(jié)給出問題和一系列提醒。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實驗設(shè)計的方法及具體觀察指標的確定和記錄，明確按照探究性學(xué)習(xí)的步驟提出問題要學(xué)生思考、討論，通過學(xué)生自己設(shè)計和修正實驗并加強對探究性實驗各個環(huán)節(jié)的落實，同樣有利于學(xué)生掌握科學(xué)方法。探究能力是高中生物學(xué)習(xí)中需要掌握的一個重要的能力，中美教材都較好地體現(xiàn)了這一理念。表明了中美兩國對于生物方面的人才培養(yǎng)方面能達成一致，而探究能力也的確是優(yōu)秀人才所具有的不可或缺的能力之一。

2.注重安全意識和環(huán)保意識的培養(yǎng)

兩本教材均有關(guān)于實驗安全性的提示。美國教材實驗部分的“安全警示”提示透出濃濃的人文關(guān)懷，如在此實驗中提到了在使用刺激性的化學(xué)藥物的時候，需要穿上圍裙，戴上手套和安全的護目鏡；人教版教材學(xué)生用書中則沒有出現(xiàn)相關(guān)的提示，需要教師在指導(dǎo)學(xué)生實驗時提醒學(xué)生。筆者認為像這樣的提示性內(nèi)容可以在學(xué)生用書中提及，這樣可以更好地教會學(xué)生樹立實驗安全意識和自我保護的意識，在這一點值得我們像美版教材學(xué)習(xí)和借鑒的。此外，美國的實驗提示中關(guān)于實驗藥品的回收與處理的內(nèi)容體現(xiàn)了環(huán)境保護的思想，而人教版教材中則沒有體現(xiàn)。因此，我們在今后的教材編寫中可以學(xué)習(xí)借鑒美國教材增加這部分的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。

[1]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書：生物·必修一·分子與細胞[M].北京:人民教育出版社,2007:83-84.

[2]Kenneth R.Miller,Joseph S.Levine.Biology-Prentice Hall[M]. Pearson Prentice Hall,2008:54-55.

[3]俞婷.中美生物學(xué)教材中淀粉酶作用實驗比較研究[J].中學(xué)生物學(xué).2014,30(4):60-62.

（編輯：楊 迪）

本文系教育部“南京師范大學(xué)卓越中學(xué)教師培養(yǎng)改革項目”的階段性成果。

G633.91

A

1671-0568（2016）36-0026-02

孫安靜，南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院碩士研究生；曹志江，南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師。