中美中學生物教材中“酵母菌呼吸作用”實驗的比較

張杏娟 章君果

摘 要 介紹了美國Miller & Levine編著的《生物學》教材中“酵母菌發酵”實驗，并與人教版高中生物必修1中的相關實驗進行比較分析，從“實驗的類型”及“實驗的設問”兩方面進行剖析。

關鍵詞 酵母菌呼吸 實驗設問 比較

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

下面以2010年版美國教材《Biology》實驗冊B中“真菌發酵速率的控制”這一實驗為例，通過和人教版“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗進行簡要比較與評析，以此探討中美實驗教學差異，希望能夠為國內實驗教學提供新的思路和素材。

1 實驗內容的介紹

美國Pearson Education出版社發行的生物教材中“探究真菌發酵速率”這一實驗探究了“不同物質對酵母菌發酵速率的影響”。教材已經給定實驗步驟，學生只需要按照實驗步驟進行操作，實驗裝置的設計見圖1，實驗具體步驟見表1，并在表格中記錄實驗觀察到的結果。

2 實驗內容的比較

該實驗和人教版必修1第五章“細胞的能量供應和應用”中第三節“ATP的主要來源——細胞呼吸”這一節中“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗進行比較。下面主要從以下兩方面對中美教材中“酵母菌呼吸作用實驗”進行比較分析。

2.1 實驗組織類型比較分析

中美教材中該實驗均為探究式實驗。美國教材中該實驗設置了以下組織模塊：實驗介紹、提出問題、實驗前討論、實驗材料、安全提示、實驗步驟、分析與結論及課后延伸。人教版教材主要從提出問題、作出假設、設計實驗、進行實驗、結論、交流和應用等方面來開展實驗。中美教材在模塊設置上有差異，但實驗基本過程和內容基本相似。國內教材中也有關于實驗介紹的內容，在實驗之前的提出問題、作出假設這兩個模塊中也有小組討論，結論、交流和應用與美國教材中的結論及課后延伸相類似。由于實驗培養目的不同，美國教材列出了實驗材料和實驗步驟，更注重對實驗結果的分析和總結，國內教材更側重對學生實驗思路的培養。差異最明顯的是安全方面，美國教材中對安全方面的教育貫穿整個實驗過程，每個步驟中都有相關的安全圖標進行提示，并在實驗開始之前單獨設立“安全提示”這一模塊。國內教材安全方面的教育相對欠缺，只有在濃硫酸使用時，才提到安全問題。

2.2 實驗設問的比較分析

實驗中的問題設置是整個實驗過程的“靈魂”。相關問題的設置往往可以驅動學生根據問題的關聯性進行推理及探討。美國教材中實驗前討論和分析與結論這兩個模塊設置的問題如表2所示。

實驗前討論的問題要求學生在閱讀整個實驗以后進行解答。該模塊的問題主要是從實驗變量方面進行設置及解釋一些現象和推斷實驗結果。分析與結論的問題主要從觀察、推斷、數據分析及建立假設幾個方面，由淺入深，逐步開放進行探討。這兩個模塊設置的問題邏輯性比較強，問題之間關聯度相對較高，能夠充分培養學生的實驗原則及分析推斷能力。

國內教材中該實驗在“設計實驗”模塊提出了3個問題：

① 怎樣控制有氧和無氧條件？

② 怎樣鑒定有無酒精產生？怎樣鑒定有無CO2產生？如何比較CO2產生的多少？

③ 怎樣保證酵母菌在整個實驗過程中能正常生活？

結論、交流和應用模塊也設置了一個問題：重鉻酸鉀溶液檢測有無酒精存在？這一原理在日常生活中可以有什么用處？這些問題也需要閱讀教材中給定的參考資料后進行解答。問題也涉及到自變量控制和因變量獲取，同時體現了一定的開放性和應用性，但問題設置的邏輯性不強，主要從實驗中的注意環節進行提問。

3 實驗特色評析

中美教材對酵母菌呼吸實驗的設置都有自己的特色。美國教材對這個實驗的設置更注重對實驗現象和實驗結果的分析，所以教材給定了實驗步驟，學生可以根據實驗步驟按部就班地進行實驗，觀察實驗結果。美國教材通過設置相互關聯并且有一定的拓展和延伸的問題，來充分培養學生的分析推斷能力，激發學生的創造性。美國實驗教材更注重對實驗安全的教育，安全警示貫穿了整個實驗過程并且安全內容非常詳盡，這一點值得國內借鑒。

國內教材中關于酵母菌呼吸實驗更側重對學生實驗思路的培養，實驗過程具有較強的開放性，教師運用恰當會起到很好的效果。教材提供了相關參考資料，讓學生根據參考資料進行實驗方案的設計，并通過討論完善方案。這種自主討論的方式能夠很好地培養學生的組織架構思維與參與合作精神。但由于國內學生對這種完全開放的實驗會手足無措，同時由于實驗參考資料的限制，實際過程中往往會陷入僅限于對資料的相關內容進行實驗及探討，導致實驗的開放性和操作性降低。這解釋了為什么國內出現很多對“酵母菌呼吸作用”實驗改進的研究，并體現了一個明顯特色就是對學生知識點落實的要求比較高，所以學生掌握的基礎知識會更充分。

4 思考與探討

實驗實踐操作中有待商榷的部分：

（1） 實驗前儀器準備，需保證5個實驗瓶子大小一致，且裝的水量相同，遵循等量原則。但在本實驗中較少提及。

（2） 實驗中，測量固體藥品時不應用量筒進行測量。量筒是用來測量液體的一種玻璃儀器，而非測量本實驗中氫氧化鈉和葡萄糖固體顆粒物質。

（3） 在國外，有不同度量的藥匙，在我國大多數學校一般只具備普通藥匙，僅用于取用粉末狀或顆粒狀的固體藥品。因此，若借鑒國外實驗時，需結合我國國情因地制宜。

（4） 倘若按照上述實驗采取不適宜的儀器進行測量，易造成較大誤差。

（5） 本實驗添加的實驗試劑的濃度沒有明確，是否對酵母菌的發酵有影響，影響有多大都有待教師進一步探討。

（6） 實驗后發現，在同樣時間內C瓶的氣球比其他瓶的氣球膨大程度都大其次為B、A。而C、D瓶的氣球皺縮，甚至有被吸到瓶中，呈倒掛的現象。且平行組也出現相同的結果。由實驗結果推知，氫氧化鈉對酵母菌發酵具有促進作用。從微生物的培養角度來看，葡萄糖給酵母菌提供了碳源和能量，但生長過程中需無機鹽，而氯化鈉可為酵母菌發酵提供無機鹽。這為酵母菌的增殖起到了促進作用。

（7） 實驗過程中，由于實驗步驟中未將溶液消毒、儀器滅菌，更易造成雜菌污染，使得酵母菌發酵受到影響。建議修改本實驗，在加入酵母菌前對實驗儀器滅菌、溶液消毒，盡量減少實驗誤差。

參考文獻：

[1] 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書生物[M].北京：人民教育出版社，2004.

[2] 張海銀.美國中學生物學實驗室安全教育的內容及特點[J].中學生物教學，2014，8：4-6.