德國初中《生物》教材中的實驗簡介

喬新虹 （華東師范大學教師教育學院 上海 200062）

朱彤吉 （甘泉外國語中學 上海 200065）

德國初中《生物》教材中的實驗簡介

喬新虹 （華東師范大學教師教育學院 上海 200062）

朱彤吉 （甘泉外國語中學 上海 200065）

德國《生物》是德國最大的教育出版集團——恩斯特·克萊特出版社所出版的初中生物學教材（以下簡稱“德國教材”）。此教材為德國梅克倫堡-前波美拉尼亞、薩克森-安哈爾特和圖林根州所使用的生物教材的修訂版本，適用于德國文理中學7～10學年學生，德國中學的7～10學年相當于我國的初中階段。文理中學是德國中學教育階段中的精英學校，里面匯聚了經過選拔的精英學生，文理中學相當于我國的重點中學，因此它的教材具有一定的深度和難度，有的甚至達到了我國大學階段生物學專業的水平。

1 德國生物教材中實驗的案例及分析

德國《生物》中的實驗設計精巧，操作性強，適合初中階段的生物教學。每個實驗的介紹都十分詳細，實驗內容也非常豐富，篇幅一般為1～3頁。雖然實驗設計比較簡單，但是其中涉及的生物學知識較深，很多知識都相當于我國大學生物學專業所要求的水平。有些實驗所需的時間比較長，并非在一堂課中就能完成的，往往需要更多的課時，有的甚至需要用到學生課后的時間；有的實驗技能要求較高，相當于我國高中甚至大學生物學專業的實驗技能要求。下面對德國初中《生物》教材中不同類型的實驗進行介紹和分析，以期對我國的生物實驗教學提供參考和借鑒。

1.1 環境保護類

環境問題已經成為現代社會的熱點問題，整個世界都在關注著環境的改變和保護，而環境問題與生物學密切相關，德國生物教材充分關注到了這一點，設計了不少有關環境問題的實驗，如植被調查、地衣作為生物指標、枯枝落葉和土壤調查等實驗，通過對環境的調查和實驗研究，讓學生認識環境對生物的影響，來培養學生對環境的關心和保護意識。

【案例1】實驗：地衣作為生物指標。

利用現代儀器可以將有害氣體造成的空氣污染檢測得非常準確；但即使是精確的物理測量也不能提供有關污染物對人體和其他生物長期影響等問題的答案。

地衣對空氣污染特別敏感，地衣長期暴露，即使在冬天，褪色和最終的死亡是可觀測的后果。只要人們知道在何種程度某個特定的地衣品種對污染物敏感，就可以利用它們作為生物指標來研究空氣污染的“活的指示劑”。

記錄苔蘚植物：找一處研究區域如公園或一小片森林，且具備地衣生長的良好環境。用于實驗的樹木最好具有光滑的樹皮并直立生長，通常用山毛櫸樹比較合適，將這些樹木在這一區域的地圖上標注清楚。

將一張透明薄膜繞樹干一圈，并用圖釘固定在與眼睛齊平的位置上。記下薄膜頂部和底部邊緣的長度，用一個指南針確定北方，并在薄膜上標記清楚。

A地衣：灰綠色、粉末狀Kuchenflechte；B地衣：橙色 Krustenflechten；C地衣：藍色 Blasenflechte；D 地衣：黑色 Blattflechten；E地衣：綠色 Strauchflechten。

注：從蔥綠色的膠毛藻Desmococcus中區分出灰綠色的A地衣有時很困難，在這種情況下，用放大鏡（10倍）可以發現A地衣具有淡黃色的囊托。

評估：將幻燈片放在方格紙上，數出每張薄膜被覆蓋的面積，進而計算出每種地衣在全部覆蓋面積中所占的百分比，將所有實驗樹上采集到的數據統計在一份準備好的表格中。

評定：按照上述的順序從A到E表示地衣忍受空氣污染的能力遞減，大面積的不受破壞的E顯示空氣污染最少，若是發現僅有小面積的A則表明空氣污染很嚴重，若有更大的空氣污染則僅有膠毛藻Desmococcus可以存活。

研究可能性：用這種方法同時在一個城市或者地區的幾個不同地方進行調查，可以確定不同的空氣質量。通過反復記錄和結果比較，可以檢測到歷年的空氣污染的變化。

教材中都具有有關植物的知識，學生也做過很多關于植物的實驗，但是能將植物與環境聯系起來，同時具有良好的可視性和可操作性的實驗并不多。德國教材中的這個“地衣作為生物指標”的實驗提供了一個范例。實驗設計精巧，操作性強，適合初中階段的生物教學。學生可以通過地衣數量的不同或者變化，推測出當地空氣污染的程度。相比于各種儀器測量的空氣污染指標，如 API、PM10、PM2.5，本實驗中所展示的地衣數量變化更能說明環境對生物的影響，具有更強的直觀性和信服力。但本實驗要求比較高，學生首先要學會辨認和區分出6種不同的地衣和藻類，并熟悉地衣的結構和生活習性，這相當于我國大學中對生物學專業學生的要求，因此本實驗的對象不是德國的一般學生，而是精英學?！睦碇袑W中的精英學生。

1.2 長周期類

德國教材中有不少實驗需要較長時間完成，少則幾天、幾周，多則幾個月甚至一年。例如，發酵實驗需要幾天時間，生長和繁殖需要幾周，而植被調查則要求學生調查一年中不同季節的植被變化。這與我國生物教材中的實驗大多是在一節課內完成是不同的，較長周期的實驗需要師生具有一定的耐心和毅力，在試驗期間能保持好奇心和探究欲，認真觀察并記錄試驗現象和結果。

【案例2】生長和繁殖。

這項工作可以在課堂上或在家里完成。無論在哪里，你應該在實驗開始前制定詳細的時間計劃表，因為有的植物有特定的生長季節，必須確保假期仍可照料到植物。

（1）莖葉和扦插。

插條是指從植物分離的部分，它在特定條件下，可以再次長成成株。

材料：秋海棠，酒，蓮萊蕉，毬蘭。

操作步驟：在選取的秋海棠葉表面的葉脈分叉點處，切割較粗的葉脈，將葉子背面向下放在濕濕的沙土上，截斷的莖底應該用沙土覆蓋，在地面上用牙簽固定葉片。

切取10 cm的帶葉莖段，如天竺葵植物。切口應干凈，略微傾斜，稍低于葉節點。莖段下部的葉片必須被移除，否則水分通過蒸發消耗過多。插入莖段的土壤應保持適度濕潤。

作業：① 觀察培養情況并記錄變化，每周兩次。② 在苗圃中了解正在進行的扦插育苗，將正在實施的扦插培養與嫁接做比較，兩者有何異同？

（2）側枝。

材料：草莓、堇菜屬，筋骨草屬，野芝麻屬，毛，冰草屬，鈴蘭。

操作步驟：從上述植物中擇取長嫩芽的側枝，將其放入花箱中培養，這些植物也許就坐落在中學校園中。

作業：③ 寫出哪些植物有地上側枝，哪些有地下側枝。④ 討論側枝生長對繁殖和傳播的重要性。

（3）蘋果氣體實驗。

設備及材料：帶土的小花盆，帶底板的玻璃罩，豌豆苗或野豌豆苗，熟透了的蘋果。

操作步驟：

將豌豆或野豌豆苗分別植入兩個花盆中，取一盆豌豆苗與熟蘋果一起放入玻璃罩內，而另一盆不放熟蘋果直接放入玻璃罩內作為對照。

作業：⑤ 連續幾天觀察，并解釋在熟蘋果氣味影響下的豌豆苗的狀況。⑥ 把一個未成熟的番茄與蘋果放在一個玻璃罩中，發生了快速的貯放成熟現象。我們在什么情況下利用這一事實？⑦ 香蕉、菠蘿、蘋果不應該被存儲在彼此旁邊，為什么？⑧ 用表格說明和對比有性和無性植物。⑨ 香蕉、橙子和橘子沒有種子，為什么這些熱帶水果沒有滅絕的危險？

生物是隨著時間的流逝而逐漸增長的，所以“生長和繁殖”實驗所需的時間也較長，但由于本實驗所需的條件并不高，可以“在課堂上或在家里完成”，所以可操作性還是很強的。同時，實驗也設計了相應的作業，讓學生們帶著任務邊實驗邊思考，對實驗現象作出解釋，或者根據實驗結果進行拓展思維。

1.3 顯微觀察類

生物學中有很多事物和現象是肉眼看不見的，需要用顯微鏡放大后才能觀察。德國《生物》教材中也有很多這種顯微觀察類的實驗，例如用顯微鏡工作、細菌是多用途的、對真菌的研究、光合作用和呼吸作用等等。與我國初中生物教材中對顯微鏡操作的要求不同，德國教材中的實驗大多要求學生使用高倍鏡進行觀察，有的實驗還要求學生使用精密的專業儀器，使用精密實驗儀器對學生有更高的實驗技能要求，有助于學生建立對微觀世界的清晰認識。

【案例3】對真菌的研究。（1）來自真菌的孢子。孢子的顏色、形狀和大小是每種真菌表示其特征的標志。

可以通過以下步驟獲取真菌的孢子：

取一株新鮮成熟的子實體，直接在梗端將菌蓋切除。將其傘房部放在一張白紙上并用碗或玻璃瓶罩上，以免遭受氣流影響。隔夜會產生一個由成熟孢子落下所形成的圖像，注意不同傘菌形成的圖像的顏色！在載玻片上滴一滴水，用刀尖挑取一些孢子粉放在水中，用顯微鏡的高倍鏡來觀察孢子。如果有可能，用目鏡測量孢子的直徑并記錄其顏色和表面狀況，在紙上繪制單個孢子。

（2）蘑菇養殖——獨立細胞。

從一顆蘑菇的菌褶上或其它真菌的菌褶上獲取盡可能薄的橫截切片。在載玻片上滴上一滴水，放上切片，蓋上蓋玻片，用大拇指輕輕壓一下蓋玻片，使其展平制作壓片，用吸水紙吸去多余的水，用顯微鏡的低倍鏡觀察切片并繪制草圖，用高倍鏡觀察并指出成熟的孢子細胞（褐色）和未成熟的孢子細胞（無色）。

注：養殖類蘑菇攜帶兩個孢子，如果想獲得更好的圖像對比度，可以不用水，而是用臺盼藍染劑，該染劑可以將菌絲的細胞壁染為藍色。

（3）地衣的表皮細胞。

我們經?？梢栽趬Ρ谏匣蛐械罉渖峡吹綆в谐燃t色子實體的黃色地衣。人們可以在不破壞地衣的情況下得到子實體，操作如下：用一小條膠帶壓在上面，然后用刀尖從上面小心地刮取。用浸濕的刷子將膠帶上的子實體濕潤，然后等到它已吸收水分變軟，取薄片放置在滴水的載玻片上。蓋上蓋玻片，用低倍鏡觀察是否足夠薄。然后用你的拇指輕輕地壓一下，制作好壓片，用吸水紙吸去過多的水，然后用高倍鏡觀察，尋找表皮細胞，繪制一個帶有孢子的表皮細胞，滴一滴碘化鉀在蓋玻片的邊緣，用吸水紙引流使其通過蓋玻片。

試一試：輕輕地壓一下蓋玻片，將孢子從表皮細胞中壓出來。

對于真菌來說，其孢子具有重要意義，人們可以根據孢子的顏色、大小和性狀來區分真菌的種類。“對真菌的研究”這個實驗就是通過對孢子的研究來認識不同的真菌。因為孢子特別微小，所以本實驗涉及到了顯微高倍鏡的使用，在制作臨時裝片時也會有一定的操作難度，需要通過多次練習、反復制作來熟悉。另外，實驗還要求用目鏡測微尺“測量孢子的直徑并記錄其顏色和表面狀況”，而目鏡測微尺這種專業儀器的使用在我國生物教材中明確為高中的實驗技能，這些實驗技能的要求對初中生而言都比較高，通過這個實驗的練習，學生的實驗技能會得到提升，也會建立起對微觀生物世界的認識。

2 啟示和建議

由于德國初中《生物》教材針對的是德國文理中學中的精英學生。研究這套德國教材中的實驗，這對在生物知識和實驗技能上培養我國的高潛能學生提供了有益的借鑒和參考。

2.1 實驗不受課時限制

生物的生長、發育和新陳代謝等都需要時間，并且對生物的調查研究都要有一個過程，所以很多生物實驗需要較長的實驗周期，而課堂教學的時間要求則限制了此類生物實驗的開展。對于此類長周期實驗，教師可以學習德國的經驗，設計簡單易操作且對實驗條件要求不高的活動，既可以在學校實驗室中進行，也可以在家里完成，讓學生對生物的生理過程有個完整而清晰的認識。特別是對于那些有興趣、有積極性、有更多學習需求的學生，給他們提供不受課時限制的長周期實驗具有實際的意義和價值。

2.2 適當提高對實驗技能的要求

對于有潛力有更高發展要求的高潛能學生而言，課堂教學和實驗要求的內容已經不能滿足他們對科學探究的欲望和熱情。對這些學生，教師可以適當提高對實驗技能的要求，讓他們提前接觸到更多更先進的專業實驗儀器和更高的實驗操作技能，讓他們所學習到的知識和技能與他們的發展需求相匹配，才能給予他們更多的學習支持，更好地實現個性化教學。

2.3 培養學生對社會熱點問題的關注

有很多社會熱點問題與生物學相關，比如環境及其保護、轉基因食品、克隆人等。在教授生物學知識和技能的同時，教師也要注意培養學生對社會熱點問題的關注，教會學生用所學到的生物學知識做出選擇和判斷。例如，生物與環境問題密切相關，教師可以設計各種與學生所生活的周邊環境相關的調查和實驗研究，來培養學生對環境的關注和保護意識。

文件編號：1003-7586(2017)10-0067-03