對(duì)比中美高中生物實(shí)驗(yàn)，探究理性思維

張惠惠+韋艷艷

摘 要 以我國人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物《必修1·分子與細(xì)胞》和美國高中主流理科教材《生物·生命的動(dòng)力》（《Biology.The Dynamics of Life》）中“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”實(shí)驗(yàn)為載體，對(duì)其知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行分析研究，提出有助于發(fā)展學(xué)生理性思維的幾點(diǎn)教學(xué)建議，為一線教師和學(xué)生提供幫助。

關(guān)鍵詞 中美教材 理性思維 溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響

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

2014年4月，教育部頒布的《關(guān)于全面深化課程改革，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》（以下簡(jiǎn)稱《意見》）要求教師培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。生物學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面的內(nèi)容。其中，理性思維占有很大比重。然而實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的重要手段，實(shí)驗(yàn)探究的過程就是培養(yǎng)學(xué)生理性思維能力的過程。所以，筆者以“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”這一實(shí)驗(yàn)為載體，通過對(duì)比分析，提出能夠發(fā)展學(xué)生理性思維的幾點(diǎn)建議。

1 對(duì)理性思維的解讀

理性思維是指基于事實(shí)和證據(jù)，以嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力，能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題。理性思維的具體體現(xiàn)為：在教材中設(shè)置一些有爭(zhēng)議的問題，讓學(xué)生在爭(zhēng)議中發(fā)展自己的“理性思維”；以邏輯為指引進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析，讓學(xué)生在實(shí)踐中鍛煉自己的“理性思維”；在課后習(xí)題中設(shè)置開放性的問題，讓學(xué)生在練習(xí)中培養(yǎng)自己的“理性思維”。在生物實(shí)驗(yàn)中，理性思維體現(xiàn)為：能夠根據(jù)之前所掌握的相關(guān)科學(xué)知識(shí)，提出合理的問題與假設(shè)，然后進(jìn)行演繹與推理，驗(yàn)證假設(shè)，得出結(jié)論，并通過構(gòu)建生物模型幫助學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)。

2 中美教材中“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”實(shí)驗(yàn)的比較

生物學(xué)是一門自然科學(xué)課程，實(shí)驗(yàn)在其中占有很大的比重。本研究對(duì)比了美國高中主流理科教材《生物·生命的動(dòng)力》（Biology.The Dynamics of Life）中“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”這一實(shí)驗(yàn)。在中美高中生物教材中都是要求學(xué)生必須掌握的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，而且，都要求學(xué)生根據(jù)所給出的實(shí)驗(yàn)材料和儀器，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，最后進(jìn)行結(jié)果分析。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段的比較

美國教材起始設(shè)有實(shí)驗(yàn)前討論，接下來實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段包括6個(gè)欄目，分別為問題、作出假設(shè)、目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)器材、安全警示和技能手冊(cè)。其中教材直接提出了3個(gè)問題；然后讓學(xué)生根據(jù)問題作出假設(shè)；并設(shè)有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)；給出了實(shí)驗(yàn)材料（5 mm厚的土豆片、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液）和實(shí)驗(yàn)器材；另外，還有安全警示和技能手冊(cè)欄目。

中國人教版教材首先插入“加酶洗衣粉使用時(shí)需要適宜的溫度氛圍”這一實(shí)例，從而引發(fā)學(xué)生思索，提出本實(shí)驗(yàn)需要探討的問題；接著小組內(nèi)學(xué)生交流想探討的問題，討論這些問題是否有探究?jī)r(jià)值，將問題用文字表述出來，并簡(jiǎn)要說明與該問題有關(guān)的背景知識(shí)；其后，針對(duì)提出的問題作出假設(shè)，并說明作出假設(shè)的依據(jù)（酶一般是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)你已經(jīng)了解），將所作假設(shè)記錄下來；最后，列出實(shí)驗(yàn)中可能用到的材料用具，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案自行刪減。

通過對(duì)比分析兩本教材發(fā)現(xiàn)，相比人教版教材，美國教材增設(shè)有實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、安全警示和技能手冊(cè)欄目。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的提出，使學(xué)生能夠把控整個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的，有助于學(xué)生制定更合理的實(shí)驗(yàn)方案。相比美國教材直接給出實(shí)驗(yàn)問題，人教版教材是通過“加酶洗衣粉使用時(shí)需要適宜的溫度氛圍”這一實(shí)例，引發(fā)學(xué)生思考、提出問題，有助于學(xué)生的邏輯思維能力和提出問題能力，從而發(fā)展學(xué)生的理性思維素養(yǎng)；針對(duì)所提出的問題，要求小組討論，作出假設(shè)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和質(zhì)疑能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段的比較

美國教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)假設(shè)進(jìn)行選材，列出具體的實(shí)驗(yàn)步驟；另外，設(shè)有修正方案，與其他小組同學(xué)討論，確定最終的實(shí)驗(yàn)方案；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；實(shí)驗(yàn)后清潔與整理。

人教版的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，起初設(shè)置了多個(gè)問題：本實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量分別是什么？對(duì)照組如何設(shè)置？是否需要進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)假設(shè)作出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；然后小組討論，確定實(shí)驗(yàn)方案，并設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)記錄表；最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

通過對(duì)比得知，這兩本教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)不同。美國教材更加注重實(shí)驗(yàn)操作中的細(xì)節(jié)；而人教版教材更加關(guān)注生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素，如設(shè)置自變量、因變量和對(duì)照組以及進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)等。人教版教材的編排不僅助于學(xué)生設(shè)計(jì)掌握某個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)，更能幫助學(xué)生歸納概括出設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)的方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的邏輯思維能力。

2.3 結(jié)果分析與討論的比較

美國教材結(jié)果分析與討論有五個(gè)步驟：描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果；檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否支持之前提出的假說；分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；因果推斷，解釋用過氧化氫作為消毒劑處理傷口，為什么傷口處會(huì)起泡；分析哪些因素會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來誤差。另外，教材穿插有運(yùn)用技能欄目；通過改變變量，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)其他物體中是否存在過氧化物酶，達(dá)到舉一反三的目的；而且，提供了網(wǎng)頁鏈接，幫助學(xué)生拓展知識(shí)。

人教版中結(jié)果分析與討論有分析結(jié)果、結(jié)論和應(yīng)用表達(dá)和交流三個(gè)步驟。另外，設(shè)有進(jìn)一步探究欄目，學(xué)生可以設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制不同條件下酶活性的曲線圖。

兩國教材都增設(shè)有拓展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)和技能。相比人教版教材，美國教材回歸生活實(shí)際，提問過氧化氫作為消毒劑處理傷口后起泡的原因，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)到的生物學(xué)知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力；并通過分析實(shí)驗(yàn)誤差，使學(xué)生質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)操作中的不足，從而促使學(xué)生找到較少誤差的改進(jìn)方法，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度。人教版教材中最后有進(jìn)一步探究欄目，學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制不同條件下酶活性的曲線圖，巧妙構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，建立起學(xué)科間的聯(lián)系，并能夠通過曲線圖形象地解釋溫度與酶活性的關(guān)系。

3 教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生理性思維素養(yǎng)的建議

3.1 以“學(xué)生”為主，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》提出引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的課程理念。過去，應(yīng)試教育一直是我國的主要教育方式，但是當(dāng)今知識(shí)爆炸時(shí)代，應(yīng)試教育的弊端愈發(fā)顯著。教育改革力圖促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變。教師在教學(xué)中的地位也發(fā)生了改變，教師不再是學(xué)生學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，而在教學(xué)中起引導(dǎo)和促進(jìn)作用，只有學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體。在教學(xué)中，教師應(yīng)該“用教材教，而非教教材”。例如，在“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)充分利用教材穿插的生活實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)需要探究的問題，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這不僅使學(xué)生更準(zhǔn)確的理解實(shí)驗(yàn)，還能培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)問題的能力。

3.2 教給學(xué)生一套思維的方法，而不僅是一個(gè)知識(shí)點(diǎn)

“授人以魚，不如授人以漁”。學(xué)習(xí)知識(shí)固然重要，但是學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的方法更是可貴。在“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”這一實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，教師要引導(dǎo)學(xué)生回憶探究性實(shí)驗(yàn)的基本要素設(shè)置自變量、因變量和對(duì)照組以及進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)等，歸納概括出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般方法。那么，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)這一個(gè)實(shí)驗(yàn)，更學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)這一類型的實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S方法對(duì)于發(fā)展學(xué)生的理性思維至關(guān)重要。

3.3 注重學(xué)科間知識(shí)滲透，巧妙構(gòu)建生物模型

科學(xué)發(fā)展的歷史告訴我們，沒有學(xué)科間的相互滲透就沒有科學(xué)。當(dāng)然，生物學(xué)科與其他學(xué)科之間是相互滲透、相互聯(lián)系的。例如，在“溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”這一實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步探究中，構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出不同條件下酶活性的曲線圖，建立數(shù)學(xué)與生物學(xué)科間的聯(lián)系。生物學(xué)科有三大模型：物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型?；谏飳W(xué)知識(shí)運(yùn)用模型與建模等方法，探討、解釋生物現(xiàn)象及規(guī)律是理性思維的重要方法。

理性思維是生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容。對(duì)于發(fā)展學(xué)生的理性思維，筆者在教學(xué)中，首先，教師要中以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方法的傳授，而不單單局限于具體知識(shí)的教學(xué)，注重學(xué)科間知識(shí)滲透，巧妙構(gòu)建生物模型。

參考文獻(xiàn)：

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