中美高中生物教材“葉綠素提取和分離”實驗的比較研究

蔣晨康+李連杰

摘 要 基于生物教學實踐，采用比較分析法，對美國Hill出版社出版的教材《Biology-The Dynamics of Life》和我國人教社出版的高中生物必修1教材中“葉綠素提取和分離”實驗從內容地位、結構安排、實驗表述上進行對比分析。分析發現美國Hill教材通過干練的說明語言幫助學生強化實驗技能，而中國人教版教材關注實驗細節但整體語言較為繁瑣，重點內容不夠突出。在此基礎上，嘗試對我國高中生物教學中的實驗教學提出有價值的意見和建議，試圖為提高學生的實驗操作技能，促進學生的全面發展做好準備。

關鍵詞 實驗教學 美國教材 人教版教材

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

文件編號： 1003 - 7586（2016）11 - 0070 - 03

生物學是一門以實驗為基礎的自然學科，生物學的發展和發展都離不開實驗。正是有了生物學實驗，才能把生命科學的研究逐步推向深入；同樣，生物學實驗教學也是生物學教學中非常重要的教學內容、教學方法和教學形式。《普通高中生物課程標準（實驗）》指出：“教師應該盡可能多地讓學生參與實驗和其他實踐活動”。在我國的高中生物學教材中（以人教版教材為例），根據學情也加入了很多適合高中生操作的實驗，借此希望學校、教師、學生能夠重視高中階段生物實驗的學習，培養學生動手、探究問題的能力；美國在實驗教學方面一直有其獨特的想法，其實驗教學體系也較為成熟，通過對比中美常用教材中的實驗教學內容，找到兩者之間的優缺點，根據國情適當借鑒美國教材中的可取之處，來幫助我國高中教師更加高效率地開展實驗教學，幫助學生學習。

1 “葉綠素提取和分離”實驗在教材中的地位分析

在人教版高中生物《必修1·分子與細胞》一書中，“綠葉中色素的提取和分離”實驗是位于第五章“細胞的能量供應”的第四節“能量之源——光與光合作用”中課堂導入之后的一個“實驗”環節中。可能出于教材目錄的編排考慮，人教版整套教材中的實驗環節都沒有出現在目錄中。

在美國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”實驗出現在了第五單元實驗中的“迷你實驗”部分，即第十六章“細胞的能量供應和利用”第二節“光與光合作用”內容里。

在人教版教材中，第五章是整個必修1模塊后半部分的內容。該章在前四個章節中，第三節“光合作用”和第四節“物質跨膜運輸中的主動運輸”都是與“能量的利用”密切相關。學習到本章時，學生對“細胞活動需要能量”已經有了很深的印象，通過第五章前三節的學習，了解了和能量有關的內容“ATP和細胞呼吸”，接下來再學習“能量的來源——光合作用”就比較容易。且該實驗放在了本節開頭，學生對葉綠素有了感性認識后，再學習葉綠體的結構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：細胞的能量通貨——ATP；光合光合作用；ATP的主要來源——細胞呼吸。此處內容的安排和人教版教材稍有不同，細胞呼吸放在了光合作用的后面。人教版教材內容安排稍優，沒有把ATP和細胞呼吸割裂開，放在了連續的2節中講授。學生在學習了ATP的基礎上繼續學習細胞呼吸，有利于學生深入理解ATP和細胞呼吸之間的聯系。在Hill版教材的光合作用一節中，首先是通過介紹光合作用、光反應、暗反應來引入光合作用的反應方程式，接著介紹反應的場所——葉綠體，并把分離色素作為迷你實驗放在了該內容的一旁。這樣方便學生一邊學習知識，一邊進行實驗，促進學生在實驗的基礎上提高學習興趣，也為后續——“用同位素來研究光合作用”這一迷你實驗的實踐夯實基礎。

1.1 實驗結構為比較

在人教版教材中，實驗一共分為了4個部分，分別是：① 目的要求；② 材料用具；③ 方法步驟；④ 討論。這三個部分相對來說連接較為緊密，教材把實驗過程安排得較為清楚，方便教學。但是作為一個探究實驗，這樣的安排更像是一個驗證性實驗，從內容安排上對學生的要求較高，但在實際操作過程中卻不需要學生過多的獨立思考，沒有達到探究實驗目的（表1）。

在Hill版教材中，該內容作為迷你實驗，篇幅較短，一共分為了實驗介紹、步驟、分析三部分。由于Hill版教材對于生物實驗的分類較為明確，本部分內容是作為迷你實驗出現的。迷你實驗在教材中的要求是：“以下小活動，可以在家中完成，有些需要在教師的幫助下完成，當感到好奇時，請試著做這些迷你實驗。”所以從要求上看，迷你實驗要求較低，所以本實驗的結構也較為簡單，教師沒有出現大篇幅的原理介紹、目的要求以及實驗準備。在人教版教材中較重要的“色素懸液”也是直接從教師處領取，對于實驗的步驟描述也非常詳細，雖然從完整程度上不及人教版教材，但是由于迷你實驗的要求不高，從這個角度看，本實驗已經達到了其設計的目的（表2）。

1.2 操作步驟的比較

人教版教材對本實驗的操作步驟描述得非常詳細，從準備階段的稱取綠葉、剪碎綠葉到研磨、過濾以及對濾紙條的制備、濾液細線的畫取都完整描述出來。這方便了教師和學生在實驗過程中的操作，減輕了教學負擔。但實際上，因為學生只需要機械地依葫蘆畫瓢，不用去要思考這么做的原因以及是否存在更優的方法，這不利于學生創新能力的培養。人教版教材更加注重知識的掌握，但忽略了對學生能力的培養。這種“手把手”式的實驗探究反而失去了其存在的意義。

在Hill版教材中，實驗的操作步驟描述得相對簡單，而實驗所用的植物懸液是教師提前制備好的，這就大大減少了實驗中可能出現的問題以及由于實驗材料帶來的安全隱患。學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驗現象。Hill版教材用精煉的語言完成了人教版書上繁瑣的描述。而在實驗過程中需要注意的地方安排學生自己探索發現，從這點上來說，Hill版教材更看重的是學生能力的培養，而不是簡單的試劑配比、材料研磨這種含金量不高的操作，將更多的時間花在刀刃上。這種更注重能力和思維的培養方案不僅符合了“迷你實驗”的要求，也能大大提升學生實驗操作的技巧。

1.3 實驗分析討論的比較

人教版教材在實驗最后有“討論”環節，討論的以直接能觀察到的現象為主，比如：有幾條顏色的色帶？寬窄如何？……這些問題都是學生可以直接觀察到的現象，作為這一環節就失去了討論的價值。而關于濾液細線不能觸碰層析液的問題，則是比較巧妙地符合了本實驗設置的目的要求——色素的提取和分離。總體來說，人教版教材設置的討論環節問題不具有典型性，需要從培養提高學生實驗能力的角度出發提問，讓學生在解決層層遞進的問題中將實驗內容內化。

在Hill版教材中，實驗最后設置了“分析”環節，且將分析環節設置成兩個部分：解釋；推斷。教科書采用問句的形式首先引導學生觀察實驗現象，接著在已有知識和現象的基礎上讓學生推理判斷濾紙不同部位會出現不同色帶的原因，問題難度逐層遞進，利用了“最近發展區”的規律，讓學生回答產生實驗現象的原因。這樣的分析環節就顯得較為縝密。簡單的分析環節卻包括了兩個遞進的部分，這同樣符合“迷你實驗”的要求。

1.4 注意事項的比較

在人教版教材中出現了出現了帶警示符號的方框，提示學生實驗應該在通風條件下進行，以免吸入過多的層析液，同時提醒學生及時洗手，確保學生安全實驗；而在美國教材中由于是迷你實驗，沒有出現相應的注意事項，盡管美國教材采用的是酒精作為層析液，但是仍然需要注意實驗的安全問題，這方面美國教材稍有欠缺。

2 對實驗教學的啟示

2.1 全面認識實驗的教學價值

生物實驗的教學價值具有多重性，包括知識價值、方法價值、能力價值、科學精神價值、品格價值和人文價值等。教材中每一個實驗的設計和教學都應該考慮到教學價值的多重性，從而達到全面提高學生素質的目的。對比中美教材發現，兩個版本的教材都考慮到了實驗教學的知識價值：Hill版教材通過實驗的分類進一步考慮了學生的方法價值等其他方面，而人教版教材則在這方面有所不足：人教版教材重知識輕技能，重結果輕精神，這和新課程目標不完全吻合。實驗教學作為生物學科的特色教學模塊，應該努力發揮出其優勢，在滿足了學生知識需求的同時進一步發展其實踐能力。

2.2 切實培養實驗探究精神，倡導探究性學習

生物課程標準提出：倡導探究性學習。這就要求教師不光需要對學生進行知識的傳授，還需要鍛煉學生的探究能力。教材中的探究性實驗正應以這一標準為出發點設計。但是中國教材的探究性實驗大都詳盡地寫出了每一步的操作，學生做的只是依葫蘆畫瓢，并不需要進行思考就能完成實驗，這樣的探究性實驗實則為驗證性操作，不能真正意義上鍛煉學生的創新和動手能力，長此以往不利于學生科學素養的發展。在以后的教材編寫和教師授課的過程中，可以適當放手，在保證課時充裕的情況下，讓學生自行設計實驗、實施實驗，從不斷的嘗試中體會到實驗教學真正的樂趣。實驗教學的目的不在于學生是否能夠做出標準的結果樣式，而是希望學生能夠在親自動手的過程中提升自身的科學探究能力，從重結果輕過程向重過程輕結果轉變。

2.3 明確用“教材教”而不是“教教材”

由于我國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，在實驗教學這一部分，美國作為科學教育的領頭羊會有很多值得借鑒的地方。誠然市場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的一個參考，教師需要將學生的學習能力和教材相結合，挑選最適合的給學生使用，在如今全球化的時代，教師應該放眼世界，吸取國外優秀教材實驗教學的經驗方法，結合學生，力爭創造出適合學生的一套合理實驗教學策略。

參考文獻：

[1] 劉麗芳.高中生物實驗教學的優化與實踐[D].貴州師范大學，2015.

[2] 崔萍，趙志強.高中生物新舊教材對比研究[J]. 山東教育學院學報，2000，04：114-116.