中美高中生物教材“葉綠素提取和分離”實(shí)驗(yàn)的比較研究

蔣晨康+李連杰

摘 要 基于生物教學(xué)實(shí)踐，采用比較分析法，對(duì)美國(guó)Hill出版社出版的教材《Biology-The Dynamics of Life》和我國(guó)人教社出版的高中生物必修1教材中“葉綠素提取和分離”實(shí)驗(yàn)從內(nèi)容地位、結(jié)構(gòu)安排、實(shí)驗(yàn)表述上進(jìn)行對(duì)比分析。分析發(fā)現(xiàn)美國(guó)Hill教材通過干練的說(shuō)明語(yǔ)言幫助學(xué)生強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能，而中國(guó)人教版教材關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)但整體語(yǔ)言較為繁瑣，重點(diǎn)內(nèi)容不夠突出。在此基礎(chǔ)上，嘗試對(duì)我國(guó)高中生物教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出有價(jià)值的意見和建議，試圖為提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展做好準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 美國(guó)教材 人教版教材

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

文件編號(hào)： 1003 - 7586（2016）11 - 0070 - 03

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，生物學(xué)的發(fā)展和發(fā)展都離不開實(shí)驗(yàn)。正是有了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，才能把生命科學(xué)的研究逐步推向深入；同樣，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是生物學(xué)教學(xué)中非常重要的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)形式?！镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》指出：“教師應(yīng)該盡可能多地讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)踐活動(dòng)”。在我國(guó)的高中生物學(xué)教材中（以人教版教材為例），根據(jù)學(xué)情也加入了很多適合高中生操作的實(shí)驗(yàn)，借此希望學(xué)校、教師、學(xué)生能夠重視高中階段生物實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、探究問題的能力；美國(guó)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面一直有其獨(dú)特的想法，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系也較為成熟，通過對(duì)比中美常用教材中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，找到兩者之間的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)國(guó)情適當(dāng)借鑒美國(guó)教材中的可取之處，來(lái)幫助我國(guó)高中教師更加高效率地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。

1 “葉綠素提取和分離”實(shí)驗(yàn)在教材中的地位分析

在人教版高中生物《必修1·分子與細(xì)胞》一書中，“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)是位于第五章“細(xì)胞的能量供應(yīng)”的第四節(jié)“能量之源——光與光合作用”中課堂導(dǎo)入之后的一個(gè)“實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)中?？赡艹鲇诮滩哪夸浀木幣趴紤]，人教版整套教材中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都沒有出現(xiàn)在目錄中。

在美國(guó)Hill出版社出版的教材《Biology-The Dynamics of Life》中，“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)在了第五單元實(shí)驗(yàn)中的“迷你實(shí)驗(yàn)”部分，即第十六章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”第二節(jié)“光與光合作用”內(nèi)容里。

在人教版教材中，第五章是整個(gè)必修1模塊后半部分的內(nèi)容。該章在前四個(gè)章節(jié)中，第三節(jié)“光合作用”和第四節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸中的主動(dòng)運(yùn)輸”都是與“能量的利用”密切相關(guān)。學(xué)習(xí)到本章時(shí)，學(xué)生對(duì)“細(xì)胞活動(dòng)需要能量”已經(jīng)有了很深的印象，通過第五章前三節(jié)的學(xué)習(xí)，了解了和能量有關(guān)的內(nèi)容“ATP和細(xì)胞呼吸”，接下來(lái)再學(xué)習(xí)“能量的來(lái)源——光合作用”就比較容易。且該實(shí)驗(yàn)放在了本節(jié)開頭，學(xué)生對(duì)葉綠素有了感性認(rèn)識(shí)后，再學(xué)習(xí)葉綠體的結(jié)構(gòu)以及光合作用原理就較為容易。Hill版教材中第十六章主要包括：細(xì)胞的能量通貨——ATP；光合光合作用；ATP的主要來(lái)源——細(xì)胞呼吸。此處內(nèi)容的安排和人教版教材稍有不同，細(xì)胞呼吸放在了光合作用的后面。人教版教材內(nèi)容安排稍優(yōu)，沒有把ATP和細(xì)胞呼吸割裂開，放在了連續(xù)的2節(jié)中講授。學(xué)生在學(xué)習(xí)了ATP的基礎(chǔ)上繼續(xù)學(xué)習(xí)細(xì)胞呼吸，有利于學(xué)生深入理解ATP和細(xì)胞呼吸之間的聯(lián)系。在Hill版教材的光合作用一節(jié)中，首先是通過介紹光合作用、光反應(yīng)、暗反應(yīng)來(lái)引入光合作用的反應(yīng)方程式，接著介紹反應(yīng)的場(chǎng)所——葉綠體，并把分離色素作為迷你實(shí)驗(yàn)放在了該內(nèi)容的一旁。這樣方便學(xué)生一邊學(xué)習(xí)知識(shí)，一邊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提高學(xué)習(xí)興趣，也為后續(xù)——“用同位素來(lái)研究光合作用”這一迷你實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐夯實(shí)基礎(chǔ)。

1.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)為比較

在人教版教材中，實(shí)驗(yàn)一共分為了4個(gè)部分，分別是：① 目的要求；② 材料用具；③ 方法步驟；④ 討論。這三個(gè)部分相對(duì)來(lái)說(shuō)連接較為緊密，教材把實(shí)驗(yàn)過程安排得較為清楚，方便教學(xué)。但是作為一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，這樣的安排更像是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，從內(nèi)容安排上對(duì)學(xué)生的要求較高，但在實(shí)際操作過程中卻不需要學(xué)生過多的獨(dú)立思考，沒有達(dá)到探究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ū?）。

在Hill版教材中，該內(nèi)容作為迷你實(shí)驗(yàn)，篇幅較短，一共分為了實(shí)驗(yàn)介紹、步驟、分析三部分。由于Hill版教材對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)的分類較為明確，本部分內(nèi)容是作為迷你實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的。迷你實(shí)驗(yàn)在教材中的要求是：“以下小活動(dòng)，可以在家中完成，有些需要在教師的幫助下完成，當(dāng)感到好奇時(shí)，請(qǐng)?jiān)囍鲞@些迷你實(shí)驗(yàn)。”所以從要求上看，迷你實(shí)驗(yàn)要求較低，所以本實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，教師沒有出現(xiàn)大篇幅的原理介紹、目的要求以及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。在人教版教材中較重要的“色素懸液”也是直接從教師處領(lǐng)取，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的步驟描述也非常詳細(xì)，雖然從完整程度上不及人教版教材，但是由于迷你實(shí)驗(yàn)的要求不高，從這個(gè)角度看，本實(shí)驗(yàn)已經(jīng)達(dá)到了其設(shè)計(jì)的目的（表2）。

1.2 操作步驟的比較

人教版教材對(duì)本實(shí)驗(yàn)的操作步驟描述得非常詳細(xì)，從準(zhǔn)備階段的稱取綠葉、剪碎綠葉到研磨、過濾以及對(duì)濾紙條的制備、濾液細(xì)線的畫取都完整描述出來(lái)。這方便了教師和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的操作，減輕了教學(xué)負(fù)擔(dān)。但實(shí)際上，因?yàn)閷W(xué)生只需要機(jī)械地依葫蘆畫瓢，不用去要思考這么做的原因以及是否存在更優(yōu)的方法，這不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。人教版教材更加注重知識(shí)的掌握，但忽略了對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。這種“手把手”式的實(shí)驗(yàn)探究反而失去了其存在的意義。

在Hill版教材中，實(shí)驗(yàn)的操作步驟描述得相對(duì)簡(jiǎn)單，而實(shí)驗(yàn)所用的植物懸液是教師提前制備好的，這就大大減少了實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題以及由于實(shí)驗(yàn)材料帶來(lái)的安全隱患。學(xué)生只需要在濾紙上滴一滴植物懸液，接著放入層析液中即可等待實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。Hill版教材用精煉的語(yǔ)言完成了人教版書上繁瑣的描述。而在實(shí)驗(yàn)過程中需要注意的地方安排學(xué)生自己探索發(fā)現(xiàn)，從這點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，Hill版教材更看重的是學(xué)生能力的培養(yǎng)，而不是簡(jiǎn)單的試劑配比、材料研磨這種含金量不高的操作，將更多的時(shí)間花在刀刃上。這種更注重能力和思維的培養(yǎng)方案不僅符合了“迷你實(shí)驗(yàn)”的要求，也能大大提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的技巧。

1.3 實(shí)驗(yàn)分析討論的比較

人教版教材在實(shí)驗(yàn)最后有“討論”環(huán)節(jié)，討論的以直接能觀察到的現(xiàn)象為主，比如：有幾條顏色的色帶？寬窄如何？……這些問題都是學(xué)生可以直接觀察到的現(xiàn)象，作為這一環(huán)節(jié)就失去了討論的價(jià)值。而關(guān)于濾液細(xì)線不能觸碰層析液的問題，則是比較巧妙地符合了本實(shí)驗(yàn)設(shè)置的目的要求——色素的提取和分離?？傮w來(lái)說(shuō)，人教版教材設(shè)置的討論環(huán)節(jié)問題不具有典型性，需要從培養(yǎng)提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ慕嵌瘸霭l(fā)提問，讓學(xué)生在解決層層遞進(jìn)的問題中將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容內(nèi)化。

在Hill版教材中，實(shí)驗(yàn)最后設(shè)置了“分析”環(huán)節(jié)，且將分析環(huán)節(jié)設(shè)置成兩個(gè)部分：解釋；推斷。教科書采用問句的形式首先引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，接著在已有知識(shí)和現(xiàn)象的基礎(chǔ)上讓學(xué)生推理判斷濾紙不同部位會(huì)出現(xiàn)不同色帶的原因，問題難度逐層遞進(jìn)，利用了“最近發(fā)展區(qū)”的規(guī)律，讓學(xué)生回答產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。這樣的分析環(huán)節(jié)就顯得較為縝密。簡(jiǎn)單的分析環(huán)節(jié)卻包括了兩個(gè)遞進(jìn)的部分，這同樣符合“迷你實(shí)驗(yàn)”的要求。

1.4 注意事項(xiàng)的比較

在人教版教材中出現(xiàn)了出現(xiàn)了帶警示符號(hào)的方框，提示學(xué)生實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在通風(fēng)條件下進(jìn)行，以免吸入過多的層析液，同時(shí)提醒學(xué)生及時(shí)洗手，確保學(xué)生安全實(shí)驗(yàn)；而在美國(guó)教材中由于是迷你實(shí)驗(yàn)，沒有出現(xiàn)相應(yīng)的注意事項(xiàng)，盡管美國(guó)教材采用的是酒精作為層析液，但是仍然需要注意實(shí)驗(yàn)的安全問題，這方面美國(guó)教材稍有欠缺。

2 對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

2.1 全面認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值

生物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值具有多重性，包括知識(shí)價(jià)值、方法價(jià)值、能力價(jià)值、科學(xué)精神價(jià)值、品格價(jià)值和人文價(jià)值等。教材中每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和教學(xué)都應(yīng)該考慮到教學(xué)價(jià)值的多重性，從而達(dá)到全面提高學(xué)生素質(zhì)的目的。對(duì)比中美教材發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)版本的教材都考慮到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的知識(shí)價(jià)值：Hill版教材通過實(shí)驗(yàn)的分類進(jìn)一步考慮了學(xué)生的方法價(jià)值等其他方面，而人教版教材則在這方面有所不足：人教版教材重知識(shí)輕技能，重結(jié)果輕精神，這和新課程目標(biāo)不完全吻合。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為生物學(xué)科的特色教學(xué)模塊，應(yīng)該努力發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)，在滿足了學(xué)生知識(shí)需求的同時(shí)進(jìn)一步發(fā)展其實(shí)踐能力。

2.2 切實(shí)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究精神，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)

生物課程標(biāo)準(zhǔn)提出：倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)。這就要求教師不光需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的傳授，還需要鍛煉學(xué)生的探究能力。教材中的探究性實(shí)驗(yàn)正應(yīng)以這一標(biāo)準(zhǔn)為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)。但是中國(guó)教材的探究性實(shí)驗(yàn)大都詳盡地寫出了每一步的操作，學(xué)生做的只是依葫蘆畫瓢，并不需要進(jìn)行思考就能完成實(shí)驗(yàn)，這樣的探究性實(shí)驗(yàn)實(shí)則為驗(yàn)證性操作，不能真正意義上鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新和動(dòng)手能力，長(zhǎng)此以往不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。在以后的教材編寫和教師授課的過程中，可以適當(dāng)放手，在保證課時(shí)充裕的情況下，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)，從不斷的嘗試中體會(huì)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正的樂趣。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不在于學(xué)生是否能夠做出標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果樣式，而是希望學(xué)生能夠在親自動(dòng)手的過程中提升自身的科學(xué)探究能力，從重結(jié)果輕過程向重過程輕結(jié)果轉(zhuǎn)變。

2.3 明確用“教材教”而不是“教教材”

由于我國(guó)課程改革還未真正完成，所以在教材編寫、教師授課等方面還是存在著一定的不足之處，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一部分，美國(guó)作為科學(xué)教育的領(lǐng)頭羊會(huì)有很多值得借鑒的地方。誠(chéng)然市場(chǎng)上流行著不同版本的教材，但是需要明確的是教材只是教學(xué)的一個(gè)參考，教師需要將學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和教材相結(jié)合，挑選最適合的給學(xué)生使用，在如今全球化的時(shí)代，教師應(yīng)該放眼世界，吸取國(guó)外優(yōu)秀教材實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)方法，結(jié)合學(xué)生，力爭(zhēng)創(chuàng)造出適合學(xué)生的一套合理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。

參考文獻(xiàn)：

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