美國(guó)中學(xué)生物教材實(shí)驗(yàn)設(shè)置的特色及借鑒

梅洪娟 何金妹

以美國(guó)中學(xué)生物教材“Biology”配套的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)“Lab Manual A”實(shí)驗(yàn)《細(xì)菌對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究》為例，從實(shí)驗(yàn)設(shè)置中的科學(xué)實(shí)踐過(guò)程、基本科學(xué)概念和科學(xué)情感態(tài)度三個(gè)維度上分析美國(guó)中學(xué)生物教材實(shí)驗(yàn)設(shè)置的特色和可借鑒之處。

一、實(shí)驗(yàn)概況

實(shí)驗(yàn)名稱：《細(xì)菌對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究》

1. 前言

生態(tài)學(xué)家常常會(huì)研究生活在同一區(qū)域內(nèi)的物種之間的關(guān)系。不同的生物體之間相互影響不同，如對(duì)一方有利，而對(duì)另一方有害；對(duì)一方有利，而對(duì)另一方無(wú)影響；或者對(duì)雙方都有利等。細(xì)菌常常與其他生物關(guān)系密切，比如根瘤菌，可侵染豆科植物的根部并影響植物的根系生長(zhǎng)。在本實(shí)驗(yàn)中，你將通過(guò)對(duì)照試驗(yàn)來(lái)研究根瘤菌是否影響豆科植物的生長(zhǎng)。

2. 問(wèn)題

根瘤菌對(duì)植株的生長(zhǎng)影響如何？

3. 實(shí)驗(yàn)前討論

實(shí)驗(yàn)前，先把整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)閱讀一遍，然后與實(shí)驗(yàn)小組成員共同完成下列問(wèn)題：（1）提出你們將要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的假設(shè)。（2）實(shí)驗(yàn)中的自變量和因變量是什么？（3）對(duì)照試驗(yàn)如何設(shè)置？對(duì)照試驗(yàn)的作用是什么？（4）實(shí)驗(yàn)中為什么要添加空白對(duì)照組？（5）為什么每組中添加的水量要一致？

4. 實(shí)驗(yàn)材料

2個(gè)無(wú)菌的5英寸塑料盆、蒸餾水或去離子水、豆科植物的種子、園藝蛭石（少灰塵）或珍珠巖、根瘤菌、保鮮膜、植物用熒光燈管、無(wú)氮營(yíng)養(yǎng)液、米尺、實(shí)驗(yàn)室天平。

安全警示：處理微生物過(guò)程應(yīng)聽(tīng)從老師的提示并遵守安全操作規(guī)程。接觸種子、植株或泥土后應(yīng)用肥皂和溫水徹底清洗雙手。按課本第8頁(yè)中有關(guān)安全標(biāo)示的要求在實(shí)驗(yàn)步驟中的相應(yīng)位置標(biāo)注相應(yīng)安全標(biāo)示，并知悉該標(biāo)示的含義。

5. 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）與小組成員在塑料盆上分別標(biāo)記上“空白組”和“實(shí)驗(yàn)組”。

（2）往每個(gè)塑料盆中添加等量的蛭石。

（3）按照老師的要求在“空白組”的塑料盆中挖三個(gè)大小相似的坑。注意：操作過(guò)程中應(yīng)確保沒(méi)有其他物質(zhì)的污染。

（4）在每個(gè)小坑中放置一顆種子，然后用蛭石埋上。注意：在處理實(shí)驗(yàn)室化學(xué)物品和微生物過(guò)程中應(yīng)佩戴橡膠手套。

（5）按上述步驟3，在“實(shí)驗(yàn)組”的塑料盆中挖三個(gè)大小相似的坑。

（6）在老師的指導(dǎo)下對(duì)種子進(jìn)行根瘤菌的接種處理。

（7）在“實(shí)驗(yàn)組”的每個(gè)坑中分別放入一顆經(jīng)根瘤菌接種處理的種子。

（8）往每個(gè)塑料盆中緩慢添加蒸餾水直至塑料盆底部的排水孔中有水滲出。

（9）用塑料膜把塑料盆包裹好，并放到老師指定的位置。

（10）控制變量：種子萌發(fā)后，按照老師的要求給植物澆水。 注意：每盆植物的澆水量應(yīng)一致。

（11）測(cè)量時(shí)，小心地把植物連同整個(gè)根系取出，小心地抖動(dòng)植物以把根系上的蛭石抖落。

（12）把植物的根系放在水中小心地揉洗，直至根部完全無(wú)土。

（13）測(cè)量每株植物的高度（單位：cm）。提示：以靠近根部的莖為起點(diǎn)，測(cè)量至植株的頂部。把測(cè)量值記錄到表1。

（14）用天平稱量每株植株的重量（單位：g）。把稱量值記錄到表2。

（15）仔細(xì)觀察每株植株的根系并把觀察結(jié)果填寫(xiě)到表1相應(yīng)位置。

（16）求每組植物的平均高度和平均重量。【計(jì)算】△h=h1-h2、h=（△h/h2）?100；△m=m1-m2、m=（△m/m2）?100

注：△h：高度差，h1：實(shí)驗(yàn)組平均高度，h2：空白組平均高度，h：增加高度百分比；△m：質(zhì)量差，m1：實(shí)驗(yàn)組平均質(zhì)量，m2：空白組平均質(zhì)量，m：增加質(zhì)量百分比。

（17）按照老師的指引處理所有的植物材料。離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室前用溫水和肥皂洗手。

6. 分析與結(jié)論

（1）數(shù)據(jù)分析：實(shí)驗(yàn)組與空白組植株的高度與質(zhì)量是否有差異？相較于空白組，實(shí)驗(yàn)組植株的高度與質(zhì)量增加百分比是多少？你認(rèn)為影響明顯嗎？說(shuō)明理由。

（2）得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持你所提出的假設(shè)嗎？從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可得出什么結(jié)論？說(shuō)明理由。

（3）觀察：實(shí)驗(yàn)組的植株根系生長(zhǎng)情況與空白組的有差異嗎？為什么會(huì)出現(xiàn)這種差異？

（4）推斷：根瘤菌與豆科植物之間的關(guān)系與相互作用如何？說(shuō)明理由。

7. 拓展研究

你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果引發(fā)了什么新的問(wèn)題嗎？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)以解決這個(gè)問(wèn)題或?qū)Ρ緦?shí)驗(yàn)做進(jìn)一步研究。

結(jié)合種植豆科植物的最終目的思考：植株的高度與質(zhì)量與大豆的產(chǎn)量有必然聯(lián)系嗎？如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究根瘤菌對(duì)大豆產(chǎn)量的影響？

二、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)評(píng)及其啟示

1. 科學(xué)實(shí)踐過(guò)程思路清晰，擴(kuò)展研究激發(fā)學(xué)生興趣

本實(shí)驗(yàn)與國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程設(shè)計(jì)相一致的是：都有提出問(wèn)題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施計(jì)劃、分析與討論等環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了科學(xué)實(shí)踐的清晰的思路，也讓學(xué)生體會(huì)到，在科學(xué)實(shí)踐中通過(guò)科學(xué)方法找到知識(shí)的樂(lè)趣。不同點(diǎn)是增加了實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展研究，重視了知識(shí)的延展性，沒(méi)有給出既定的目標(biāo)，很大程度上體現(xiàn)了學(xué)生的自主性。

2. 教材側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)探究能力

與國(guó)內(nèi)教材在實(shí)驗(yàn)設(shè)置中給出既定的科學(xué)概念不同的是，本實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有給出明確的科學(xué)概念，側(cè)重于讓學(xué)生自己去尋求習(xí)題中答案，培養(yǎng)了學(xué)生的知識(shí)探究能力。細(xì)菌對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究中，細(xì)菌與植物的關(guān)系是三種，即寄生、腐生和共生，本實(shí)驗(yàn)側(cè)重的是根瘤菌和豆科植物的共生關(guān)系，但是整篇文章中只是在前言中提到了存在三種關(guān)系，并沒(méi)有明確提出根瘤菌和豆科植物之間的共生關(guān)系，結(jié)論完全由學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能得出。通過(guò)這種模式提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力以及數(shù)據(jù)分析能力等實(shí)驗(yàn)綜合素質(zhì)。

3. 科學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生活聯(lián)系密切

該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與生活聯(lián)系密切，如擴(kuò)展探究部分提出的問(wèn)題：植株的高度與質(zhì)量與大豆的產(chǎn)量有必然聯(lián)系嗎？拉近了科學(xué)與學(xué)生之間的距離，使理論和實(shí)踐得到了很好的結(jié)合。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)規(guī)定了通過(guò)小組合作來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生合作精神的培養(yǎng)。