中、新教材中鑒定營養物質相關實驗的比較研究及啟示

方許武

摘要 比較我國初、高中生物教材和新加坡初中教材中鑒定營養物質的相關實驗，以期為豐富我國生物學實驗教學內容，拓展生物學實驗和開辟第二課堂提供參考。并提出啟示，即關注生物學科學素養的培養和突出STS教育，注重實驗內容的系統化和初高中實驗教學的銜接。

關鍵詞 新加坡教材 營養物質 實驗比較 教材研究

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

科學探究是生物學學科核心素養的重要組成部分。而生物學實驗是科學探究的重要活動之一。生物學實驗可以幫助學生理解和掌握生物學重要概念，形成科學態度與習慣，尤其培養觀察能力、實驗操作能力、科學探究能力和運用所學知識解決生物學實際問題的能力，進而提升生物學學科科學素養。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）（以下簡稱新加坡初中教材），是根據新加坡教育部2013年頒布的GCE普通科學（生物學）教學大綱編寫的，該大綱強調有效的概念開發和強化。筆者以江蘇教育出版社（以下簡稱蘇教版）初高中教材及新加坡初中教材中鑒定營養物質相關實驗為例，進行對比研究，希望為我國中學生物學實驗設計改進、實驗教學資源開發和拓展開辟第二課堂等提供參考。

1 中、新教材中鑒定營養物質相關實驗安排的比較

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、脂肪等主要營養物質的鑒定，但在實驗開設情況方面有一定的差異，見表1。

從實驗開設情況來看，三種教材中需要鑒定的營養物質種類大致相同。在新加坡，中學教學是四年制，中一、中二的學生學的是比較基礎的生物學知識，將物理、化學、生物3門課程按照不同的章節有機地結合在一起，給學生呈現的是一個整體的科學印象，到了中三、中四階段，才開始出現獨立的生物學教材，其中知識難度加大，專業性增強。中三階段的新加坡初中學生有著較強的科學探究以及實驗操作能力。因此，新加坡初中教材中所安排的鑒定實驗更接近蘇教版高中教材。此外，中、新教材編寫中各實驗所屬欄目以及試驗后的安排也有所區別。例如，表格中的鑒定實驗出現在蘇教版初中教材中的

“實驗”“觀察”等欄目中和蘇教版高中教材中的“邊做邊學”“課題研究”“課外探究”等欄目中，而新加坡初中教材將實驗探究全部統一安排在“調查（Investi?gation）”欄目中。中國的教材在實驗探究結束后一般安排有“討論”環節，而新加坡初中教材實驗探究結束后則沒有討論環節，而是安排了實驗本鏈接（Practical Book Link）環節。需要說明的是，新加坡初中教材中安排了鑒定

具體食物中各種營養物質的實驗內容，該實驗要求學生自主選擇一種具體的食物，如黃瓜、洋蔥、西紅柿、香蕉等，自主設計實驗方案并綜合運用之前學習的鑒定淀粉、還原糖、蛋白質以及脂肪的方法來鑒定食物中含有哪些營養物質，如果選擇固體食物，還需要對食物進行研磨加工并制成溶液。這一實驗安排對學生綜合運用所學知識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的學生在年齡層次、智力發展水平、所掌握的基本實驗技能和兩國中學生物學課程標準（大綱）等方面有一定的區別，使得中、新教材中營養物質鑒定實驗在鑒定材料、檢驗試劑或檢驗方法上存在一定的差異，具體見表2。

中、新兩國中學教材中所安排的各種營養物質鑒定實驗中，所需材料和方法上都各有異同。

1 在鑒定淀粉的實驗中，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 在鑒定還原糖的實驗中，蘇教版初中教材未安排本實驗;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，讓學生可以自主選擇多種食物樣品進行鑒定;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色溶液，可以存放備用，避免斐林溶液必須現配現用的缺點。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應的還原糖含量的關系：藍色——無、綠色——微量、橙黃色——適量、磚紅色——大量。

3 在鑒定脂肪的實驗中，蘇教版初中教材中采取在白紙上按壓花生種子的簡易方法來使學生感性認識脂肪的存在;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別較大：新加坡初中教材中使用乙醇乳化測試，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體積分數為70%的乙醇溶液中）鑒定。

4 在鑒定蛋白質的實驗中，蘇教版初中教材中使用過濾面團后殘留在紗布上的黃白色膠裝物質讓學生感性地認識到蛋白質的存在，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。此外，蘇教版高中教材中在課外探究環節安排了利用尿蛋白試紙定量檢測尿液樣本中的蛋白質含量。

3 脂肪的鑒定實驗比較

蘇教版初中教材中采取在白紙上按壓花生種子的簡易方法來感性認識脂肪的存在，蘇教版高中教材中使用蘇丹III染色液對洋蔥根尖等富含脂肪的植物細胞進行染色，再用體積分數為50%的乙醇溶液洗去浮色后在光學顯微鏡下觀察被染色的脂肪顆粒來鑒定脂肪。本實驗是定性實驗，新加坡初中教材中脂肪的鑒定實驗名稱為乙醇乳化測試，與我國的脂肪鑒定實驗差異最大，其教材中脂肪的鑒定實驗可以為我國開展實驗拓展或第二課堂提供借鑒。主要實驗過程如下：

實驗原理：當乙醇和水遇到脂肪時會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。解釋觀察到的現象。

實驗結果：當試管中出現渾濁的白色乳狀液，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，實驗結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，實驗結果需借助顯微鏡觀察。

（2）雖然兩國在鑒定脂肪的實驗中都用到了乙醇，但是使用乙醇的目的不同：新加坡教材鑒定脂肪實驗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數，這一點值得繼續研究;蘇教版高中教材中使用體積分數為50%的乙醇溶液，是為了洗去被染玻片標本上蘇丹III染色液的浮色，此外蘇丹III染色液中本身就含有體積分數為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行鑒定，且都是具體的食物，貼近學生的生活，符合該實驗所在章節——“食物中的營養物質”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區和核桃種子子葉作為實驗材料，在掌握概念的同時又重點培養了學生的實驗操作技能和顯微觀察技能。由此可見，兩國在這一實驗的教學上各有優點，都很好地符合本國的學情、課程標準等的要求。

4 新加坡中學生物實驗對我國實驗教學的啟示

4.1 關注生物學科學素養的培養和突出STS教育

生物科學素養是指一個人參加社會生活、經濟活動、生產實踐和個人決策所需的生物科學概念和科學探究能力，包括理解科學、技術與社會的相互關系，理解科學的本質以及形成科學的態度和價值觀。生物學實驗教學是生物學教學中不可分割的有機組成部分，對提升學生的生物科學素養發揮著重要作用。從新加坡初中教材的幾個實驗來看，教學中非常注重聯系學生的生活，對學生綜合運用所學知識的能力要求較高。例如，所有實驗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;在分別鑒定各種營養物質的基礎上又安排了綜合鑒定某一食品樣本中的各種營養物質。此外，還對固體食品樣本如何加工成溶液做了詳細的說明。近年來，由于注重健康生活以及合理膳食等理念的普及，越來越多的人意識到合理飲食對健康的重要性，所以在進行營養物質鑒定實驗教學的時候，使用貼近學生生活的具體食物樣品或者讓學生自主選擇所需鑒定的食物樣品，能更好地激發學生的學習興趣提高課堂效率。學生往往能在應用和實踐中產生生物學問題。例如，不同食品中所含的營養物質是否相同？如何科學合理的設計膳食方案？因此，教師需要在實驗教學的基礎上，合理地引導學生將所學知識與生產生活相聯系并解決相關問題，突出STS教育并切實有效的提高學生生物科學素養。

4.2 注重實驗內容的系統化和初高中實驗教學的銜接

中學生物學的每個實驗并不是孤立的，需要從連續性、系統性的整體角度進行課程設計與教學，掌握相關實驗間的聯系和區別。鑒定營養物質相關實驗本身就是一類實驗體系，初中多是以感性認識各種營養物質為主，很少涉及具體營養物質的鑒定，高中則進一步深化對營養物質的認識，需要開展大量的鑒定實驗使學生系統的理解實驗方法、鑒定原理并掌握相關技能和概念，并在科學精神和科學態度方面得以滲透和熏陶。因此，在生物學實驗教學中，教師應該用系統的思維設計、開發、組織和開展不同階段的實驗教學，注重實驗內容的體系化。此外，由于初中階段的實驗過程較為簡單，教師還應該在初中階段多注重與高中階段的銜接，研究初、高中課程標準，扎實開展初中階段實驗教學，并通過第二課堂、校本課程開發實施等方式豐富學生的生物實驗教學體系，使學生養成良好的實驗操作習慣、形成基本的實驗技能和科學探究意識，為高中階段有效開展生物實驗教學打下基礎。

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