中、新教材中鑒定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的比較研究及啟示

方許武

摘要 比較我國(guó)初、高中生物教材和新加坡初中教材中鑒定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以期為豐富我國(guó)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，拓展生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和開辟第二課堂提供參考。并提出啟示，即關(guān)注生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和突出STS教育，注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的系統(tǒng)化和初高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的銜接。

關(guān)鍵詞 新加坡教材 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 實(shí)驗(yàn)比較 教材研究

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。而生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的重要活動(dòng)之一。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生理解和掌握生物學(xué)重要概念，形成科學(xué)態(tài)度與習(xí)慣，尤其培養(yǎng)觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、科學(xué)探究能力和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生物學(xué)實(shí)際問題的能力，進(jìn)而提升生物學(xué)學(xué)科科學(xué)素養(yǎng)。新加坡劍橋O水平初中教材第2版（Discover-biology GCE 0-level science 2nd Edition）（2015年出版）（以下簡(jiǎn)稱新加坡初中教材），是根據(jù)新加坡教育部2013年頒布的GCE普通科學(xué)（生物學(xué)）教學(xué)大綱編寫的，該大綱強(qiáng)調(diào)有效的概念開發(fā)和強(qiáng)化。筆者以江蘇教育出版社（以下簡(jiǎn)稱蘇教版）初高中教材及新加坡初中教材中鑒定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)為例，進(jìn)行對(duì)比研究，希望為我國(guó)中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開發(fā)和拓展開辟第二課堂等提供參考。

1 中、新教材中鑒定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)安排的比較

蘇教版初中教材、新加坡初中教材以及蘇教版高中教材中都安排了糖類、蛋白質(zhì)、脂肪等主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的鑒定，但在實(shí)驗(yàn)開設(shè)情況方面有一定的差異，見表1。

從實(shí)驗(yàn)開設(shè)情況來看，三種教材中需要鑒定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)種類大致相同。在新加坡，中學(xué)教學(xué)是四年制，中一、中二的學(xué)生學(xué)的是比較基礎(chǔ)的生物學(xué)知識(shí)，將物理、化學(xué)、生物3門課程按照不同的章節(jié)有機(jī)地結(jié)合在一起，給學(xué)生呈現(xiàn)的是一個(gè)整體的科學(xué)印象，到了中三、中四階段，才開始出現(xiàn)獨(dú)立的生物學(xué)教材，其中知識(shí)難度加大，專業(yè)性增強(qiáng)。中三階段的新加坡初中學(xué)生有著較強(qiáng)的科學(xué)探究以及實(shí)驗(yàn)操作能力。因此，新加坡初中教材中所安排的鑒定實(shí)驗(yàn)更接近蘇教版高中教材。此外，中、新教材編寫中各實(shí)驗(yàn)所屬欄目以及試驗(yàn)后的安排也有所區(qū)別。例如，表格中的鑒定實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)在蘇教版初中教材中的

“實(shí)驗(yàn)”“觀察”等欄目中和蘇教版高中教材中的“邊做邊學(xué)”“課題研究”“課外探究”等欄目中，而新加坡初中教材將實(shí)驗(yàn)探究全部統(tǒng)一安排在“調(diào)查（Investi?gation）”欄目中。中國(guó)的教材在實(shí)驗(yàn)探究結(jié)束后一般安排有“討論”環(huán)節(jié)，而新加坡初中教材實(shí)驗(yàn)探究結(jié)束后則沒有討論環(huán)節(jié)，而是安排了實(shí)驗(yàn)本鏈接（Practical Book Link）環(huán)節(jié)。需要說明的是，新加坡初中教材中安排了鑒定

具體食物中各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生自主選擇一種具體的食物，如黃瓜、洋蔥、西紅柿、香蕉等，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并綜合運(yùn)用之前學(xué)習(xí)的鑒定淀粉、還原糖、蛋白質(zhì)以及脂肪的方法來鑒定食物中含有哪些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如果選擇固體食物，還需要對(duì)食物進(jìn)行研磨加工并制成溶液。這一實(shí)驗(yàn)安排對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力以及探究思維的能力等要求較高。

2 鑒定材料與檢驗(yàn)方法的比較

由于蘇教版初、高中教材、新加坡初中教材所面對(duì)的學(xué)生在年齡層次、智力發(fā)展水平、所掌握的基本實(shí)驗(yàn)技能和兩國(guó)中學(xué)生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（大綱）等方面有一定的區(qū)別，使得中、新教材中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)在鑒定材料、檢驗(yàn)試劑或檢驗(yàn)方法上存在一定的差異，具體見表2。

中、新兩國(guó)中學(xué)教材中所安排的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)中，所需材料和方法上都各有異同。

1 在鑒定淀粉的實(shí)驗(yàn)中，蘇教版初、高中教材中選擇了面粉為主要材料，而新加坡初中教材中選擇了生土豆。

2 在鑒定還原糖的實(shí)驗(yàn)中，蘇教版初中教材未安排本實(shí)驗(yàn);新加坡初中教材中所選用的材料為食物樣品而并未指明具體種類，讓學(xué)生可以自主選擇多種食物樣品進(jìn)行鑒定;蘇教版高中教材中使用了淀粉、唾液水浴混合液。在還原糖鑒定試劑的選擇上，新加坡初中教材中選擇了班氏試劑，它是斐林試劑的改良試劑，與醛或醛（酮）糖反應(yīng)生成紅黃色沉淀，是由硫酸銅、檸檬酸鈉和無水碳酸鈉配置成的藍(lán)色溶液，可以存放備用，避免斐林溶液必須現(xiàn)配現(xiàn)用的缺點(diǎn)。新加坡教材中以彩色插圖和表格的形式說明試管中溶液顏色和對(duì)應(yīng)的還原糖含量的關(guān)系：藍(lán)色——無、綠色——微量、橙黃色——適量、磚紅色——大量。

3 在鑒定脂肪的實(shí)驗(yàn)中，蘇教版初中教材中采取在白紙上按壓花生種子的簡(jiǎn)易方法來使學(xué)生感性認(rèn)識(shí)脂肪的存在;新加坡初中教材中分別選取了液體食物樣本（椰油）和固體食物樣本（花生）作為鑒定材料;蘇教版高中教材中主要選取洋蔥根尖、核桃種子等材料。在脂肪的鑒定方法上區(qū)別較大：新加坡初中教材中使用乙醇乳化測(cè)試，而蘇教版高中教材中使用蘇丹III染色液（0.2g蘇丹III加入50mL體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶液中）鑒定。

4 在鑒定蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，蘇教版初中教材中使用過濾面團(tuán)后殘留在紗布上的黃白色膠裝物質(zhì)讓學(xué)生感性地認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)的存在，而新加坡初中教材中和蘇教版高中教材中都使用了蛋清溶液和雙縮脲試劑來鑒定蛋白質(zhì)。此外，蘇教版高中教材中在課外探究環(huán)節(jié)安排了利用尿蛋白試紙定量檢測(cè)尿液樣本中的蛋白質(zhì)含量。

3 脂肪的鑒定實(shí)驗(yàn)比較

蘇教版初中教材中采取在白紙上按壓花生種子的簡(jiǎn)易方法來感性認(rèn)識(shí)脂肪的存在，蘇教版高中教材中使用蘇丹III染色液對(duì)洋蔥根尖等富含脂肪的植物細(xì)胞進(jìn)行染色，再用體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇溶液洗去浮色后在光學(xué)顯微鏡下觀察被染色的脂肪顆粒來鑒定脂肪。本實(shí)驗(yàn)是定性實(shí)驗(yàn)，新加坡初中教材中脂肪的鑒定實(shí)驗(yàn)名稱為乙醇乳化測(cè)試，與我國(guó)的脂肪鑒定實(shí)驗(yàn)差異最大，其教材中脂肪的鑒定實(shí)驗(yàn)可以為我國(guó)開展實(shí)驗(yàn)拓展或第二課堂提供借鑒。主要實(shí)驗(yàn)過程如下：

實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)乙醇和水遇到脂肪時(shí)會(huì)形成一種渾濁的白色乳狀液，由此來判斷樣本中有脂肪存在。

液體食物：

1 取1支試管加入2mL乙醇，再向試管中加入一滴椰油，充分震蕩、搖勻后觀察。

2 再向試管中加入2mL水，充分震蕩、搖勻試管中的混合物后觀察。解釋觀察到的現(xiàn)象。

固體食物：

1 將花生種子切成小塊放入1支試管A中，向試管中加入2mL乙醇，充分震蕩、搖勻。

2 靜置一段時(shí)間使固體花生顆粒沉降至試管底部，之后小心地將試管A上層的溶液倒入另一只試管B中，再向試管B中加入2mL水，充分震蕩、搖勻后觀察。解釋觀察到的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)試管中出現(xiàn)渾濁的白色乳狀液，表明有脂肪存在。

說明：椰子油別名椰油，由椰子肉（干）獲得，為白色或淡黃色脂肪。椰子肉（干）含油65%～74%、水分4%～7%。

分析比較：

（1）新加坡教材中，利用脂肪會(huì)溶解于酒精這一特性，取少量脂肪樣本滴入清澈的乙醇溶液中，加水混合后形成渾濁的白色乳狀液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用肉眼即可觀察到。蘇教版教材中是利用蘇丹III染色液可將脂肪染成橘黃色這一特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果需借助顯微鏡觀察。

（2）雖然兩國(guó)在鑒定脂肪的實(shí)驗(yàn)中都用到了乙醇，但是使用乙醇的目的不同：新加坡教材鑒定脂肪實(shí)驗(yàn)中使用乙醇是為了讓食物樣品中的脂肪溶解在乙醇中，再加入水混合后會(huì)形成渾濁的白色乳狀液，但是教材中并沒有說明乙醇的體積分?jǐn)?shù)，這一點(diǎn)值得繼續(xù)研究;蘇教版高中教材中使用體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇溶液，是為了洗去被染玻片標(biāo)本上蘇丹III染色液的浮色，此外蘇丹III染色液中本身就含有體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶液。

（3）在選材上，新加坡教材分別選取液體和固體食物樣本進(jìn)行鑒定，且都是具體的食物，貼近學(xué)生的生活，符合該實(shí)驗(yàn)所在章節(jié)——“食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”這一主題。蘇教版教材中由于要使用顯微鏡觀察，所以選擇了洋蔥根尖伸長(zhǎng)區(qū)和核桃種子子葉作為實(shí)驗(yàn)材料，在掌握概念的同時(shí)又重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和顯微觀察技能。由此可見，兩國(guó)在這一實(shí)驗(yàn)的教學(xué)上各有優(yōu)點(diǎn)，都很好地符合本國(guó)的學(xué)情、課程標(biāo)準(zhǔn)等的要求。

4 新加坡中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)對(duì)我國(guó)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

4.1 關(guān)注生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和突出STS教育

生物科學(xué)素養(yǎng)是指一個(gè)人參加社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)踐和個(gè)人決策所需的生物科學(xué)概念和科學(xué)探究能力，包括理解科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互關(guān)系，理解科學(xué)的本質(zhì)以及形成科學(xué)的態(tài)度和價(jià)值觀。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)中不可分割的有機(jī)組成部分，對(duì)提升學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)發(fā)揮著重要作用。從新加坡初中教材的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來看，教學(xué)中非常注重聯(lián)系學(xué)生的生活，對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力要求較高。例如，所有實(shí)驗(yàn)材料均選擇具體的食品作為鑒定樣本，并兼顧液體食品和固體食品;在分別鑒定各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的基礎(chǔ)上又安排了綜合鑒定某一食品樣本中的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此外，還對(duì)固體食品樣本如何加工成溶液做了詳細(xì)的說明。近年來，由于注重健康生活以及合理膳食等理念的普及，越來越多的人意識(shí)到合理飲食對(duì)健康的重要性，所以在進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候，使用貼近學(xué)生生活的具體食物樣品或者讓學(xué)生自主選擇所需鑒定的食物樣品，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高課堂效率。學(xué)生往往能在應(yīng)用和實(shí)踐中產(chǎn)生生物學(xué)問題。例如，不同食品中所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是否相同？如何科學(xué)合理的設(shè)計(jì)膳食方案？因此，教師需要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，合理地引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)生活相聯(lián)系并解決相關(guān)問題，突出STS教育并切實(shí)有效的提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)。

4.2 注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的系統(tǒng)化和初高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的銜接

中學(xué)生物學(xué)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)并不是孤立的，需要從連續(xù)性、系統(tǒng)性的整體角度進(jìn)行課程設(shè)計(jì)與教學(xué)，掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)間的聯(lián)系和區(qū)別。鑒定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)本身就是一類實(shí)驗(yàn)體系，初中多是以感性認(rèn)識(shí)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為主，很少涉及具體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的鑒定，高中則進(jìn)一步深化對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，需要開展大量的鑒定實(shí)驗(yàn)使學(xué)生系統(tǒng)的理解實(shí)驗(yàn)方法、鑒定原理并掌握相關(guān)技能和概念，并在科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度方面得以滲透和熏陶。因此，在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)該用系統(tǒng)的思維設(shè)計(jì)、開發(fā)、組織和開展不同階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的體系化。此外，由于初中階段的實(shí)驗(yàn)過程較為簡(jiǎn)單，教師還應(yīng)該在初中階段多注重與高中階段的銜接，研究初、高中課程標(biāo)準(zhǔn)，扎實(shí)開展初中階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并通過第二課堂、校本課程開發(fā)實(shí)施等方式豐富學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，使學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣、形成基本的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)探究意識(shí)，為高中階段有效開展生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)打下基礎(chǔ)。

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