中美高中生物教材“叶绿素提取和分离”实验的比较研究

蒋晨康+李连杰

摘 要 基于生物教学实践，采用比较分析法，对美国Hill出版社出版的教材《Biology-The Dynamics of Life》和我国人教社出版的高中生物必修1教材中“叶绿素提取和分离”实验从内容地位、结构安排、实验表述上进行对比分析。分析发现美国Hill教材通过干练的说明语言帮助学生强化实验技能，而中国人教版教材关注实验细节但整体语言较为繁琐，重点内容不够突出。在此基础上，尝试对我国高中生物教学中的实验教学提出有价值的意见和建议，试图为提高学生的实验操作技能，促进学生的全面发展做好准备。

关键词 实验教学 美国教材 人教版教材

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

文件编号： 1003 - 7586（2016）11 - 0070 - 03

生物学是一门以实验为基础的自然学科，生物学的发展和发展都离不开实验。正是有了生物学实验，才能把生命科学的研究逐步推向深入；同样，生物学实验教学也是生物学教学中非常重要的教学内容、教学方法和教学形式。《普通高中生物课程标准（实验）》指出：“教师应该尽可能多地让学生参与实验和其他实践活动”。在我国的高中生物学教材中（以人教版教材为例），根据学情也加入了很多适合高中生操作的实验，借此希望学校、教师、学生能够重视高中阶段生物实验的学习，培养学生动手、探究问题的能力；美国在实验教学方面一直有其独特的想法，其实验教学体系也较为成熟，通过对比中美常用教材中的实验教学内容，找到两者之间的优缺点，根据国情适当借鉴美国教材中的可取之处，来帮助我国高中教师更加高效率地开展实验教学，帮助学生学习。

1 “叶绿素提取和分离”实验在教材中的地位分析

在人教版高中生物《必修1·分子与细胞》一书中，“绿叶中色素的提取和分离”实验是位于第五章“细胞的能量供应”的第四节“能量之源——光与光合作用”中课堂导入之后的一个“实验”环节中。可能出于教材目录的编排考虑，人教版整套教材中的实验环节都没有出现在目录中。

在美国Hill出版社出版的教材《Biology-The Dynamics of Life》中，“绿叶中色素的提取和分离”实验出现在了第五单元实验中的“迷你实验”部分，即第十六章“细胞的能量供应和利用”第二节“光与光合作用”内容里。

在人教版教材中，第五章是整个必修1模块后半部分的内容。该章在前四个章节中，第三节“光合作用”和第四节“物质跨膜运输中的主动运输”都是与“能量的利用”密切相关。学习到本章时，学生对“细胞活动需要能量”已经有了很深的印象，通过第五章前三节的学习，了解了和能量有关的内容“ATP和细胞呼吸”，接下来再学习“能量的来源——光合作用”就比较容易。且该实验放在了本节开头，学生对叶绿素有了感性认识后，再学习叶绿体的结构以及光合作用原理就较为容易。Hill版教材中第十六章主要包括：细胞的能量通货——ATP；光合光合作用；ATP的主要来源——细胞呼吸。此处内容的安排和人教版教材稍有不同，细胞呼吸放在了光合作用的后面。人教版教材内容安排稍优，没有把ATP和细胞呼吸割裂开，放在了连续的2节中讲授。学生在学习了ATP的基础上继续学习细胞呼吸，有利于学生深入理解ATP和细胞呼吸之间的联系。在Hill版教材的光合作用一节中，首先是通过介绍光合作用、光反应、暗反应来引入光合作用的反应方程式，接着介绍反应的场所——叶绿体，并把分离色素作为迷你实验放在了该内容的一旁。这样方便学生一边学习知识，一边进行实验，促进学生在实验的基础上提高学习兴趣，也为后续——“用同位素来研究光合作用”这一迷你实验的实践夯实基础。

1.1 实验结构为比较

在人教版教材中，实验一共分为了4个部分，分别是：① 目的要求；② 材料用具；③ 方法步骤；④ 讨论。这三个部分相对来说连接较为紧密，教材把实验过程安排得较为清楚，方便教学。但是作为一个探究实验，这样的安排更像是一个验证性实验，从内容安排上对学生的要求较高，但在实际操作过程中却不需要学生过多的独立思考，没有达到探究实验目的（表1）。

在Hill版教材中，该内容作为迷你实验，篇幅较短，一共分为了实验介绍、步骤、分析三部分。由于Hill版教材对于生物实验的分类较为明确，本部分内容是作为迷你实验出现的。迷你实验在教材中的要求是：“以下小活动，可以在家中完成，有些需要在教师的帮助下完成，当感到好奇时，请试着做这些迷你实验。”所以从要求上看，迷你实验要求较低，所以本实验的结构也较为简单，教师没有出现大篇幅的原理介绍、目的要求以及实验准备。在人教版教材中较重要的“色素悬液”也是直接从教师处领取，对于实验的步骤描述也非常详细，虽然从完整程度上不及人教版教材，但是由于迷你实验的要求不高，从这个角度看，本实验已经达到了其设计的目的（表2）。

1.2 操作步骤的比较

人教版教材对本实验的操作步骤描述得非常详细，从准备阶段的称取绿叶、剪碎绿叶到研磨、过滤以及对滤纸条的制备、滤液细线的画取都完整描述出来。这方便了教师和学生在实验过程中的操作，减轻了教学负担。但实际上，因为学生只需要机械地依葫芦画瓢，不用去要思考这么做的原因以及是否存在更优的方法，这不利于学生创新能力的培养。人教版教材更加注重知识的掌握，但忽略了对学生能力的培养。这种“手把手”式的实验探究反而失去了其存在的意义。

在Hill版教材中，实验的操作步骤描述得相对简单，而实验所用的植物悬液是教师提前制备好的，这就大大减少了实验中可能出现的问题以及由于实验材料带来的安全隐患。学生只需要在滤纸上滴一滴植物悬液，接着放入层析液中即可等待实验现象。Hill版教材用精炼的语言完成了人教版书上繁琐的描述。而在实验过程中需要注意的地方安排学生自己探索发现，从这点上来说，Hill版教材更看重的是学生能力的培养，而不是简单的试剂配比、材料研磨这种含金量不高的操作，将更多的时间花在刀刃上。这种更注重能力和思维的培养方案不仅符合了“迷你实验”的要求，也能大大提升学生实验操作的技巧。

1.3 实验分析讨论的比较

人教版教材在实验最后有“讨论”环节，讨论的以直接能观察到的现象为主，比如：有几条颜色的色带？宽窄如何？……这些问题都是学生可以直接观察到的现象，作为这一环节就失去了讨论的价值。而关于滤液细线不能触碰层析液的问题，则是比较巧妙地符合了本实验设置的目的要求——色素的提取和分离。总体来说，人教版教材设置的讨论环节问题不具有典型性，需要从培养提高学生实验能力的角度出发提问，让学生在解决层层递进的问题中将实验内容内化。

在Hill版教材中，实验最后设置了“分析”环节，且将分析环节设置成两个部分：解释；推断。教科书采用问句的形式首先引导学生观察实验现象，接着在已有知识和现象的基础上让学生推理判断滤纸不同部位会出现不同色带的原因，问题难度逐层递进，利用了“最近发展区”的规律，让学生回答产生实验现象的原因。这样的分析环节就显得较为缜密。简单的分析环节却包括了两个递进的部分，这同样符合“迷你实验”的要求。

1.4 注意事项的比较

在人教版教材中出现了出现了带警示符号的方框，提示学生实验应该在通风条件下进行，以免吸入过多的层析液，同时提醒学生及时洗手，确保学生安全实验；而在美国教材中由于是迷你实验，没有出现相应的注意事项，尽管美国教材采用的是酒精作为层析液，但是仍然需要注意实验的安全问题，这方面美国教材稍有欠缺。

2 对实验教学的启示

2.1 全面认识实验的教学价值

生物实验的教学价值具有多重性，包括知识价值、方法价值、能力价值、科学精神价值、品格价值和人文价值等。教材中每一个实验的设计和教学都应该考虑到教学价值的多重性，从而达到全面提高学生素质的目的。对比中美教材发现，两个版本的教材都考虑到了实验教学的知识价值：Hill版教材通过实验的分类进一步考虑了学生的方法价值等其他方面，而人教版教材则在这方面有所不足：人教版教材重知识轻技能，重结果轻精神，这和新课程目标不完全吻合。实验教学作为生物学科的特色教学模块，应该努力发挥出其优势，在满足了学生知识需求的同时进一步发展其实践能力。

2.2 切实培养实验探究精神，倡导探究性学习

生物课程标准提出：倡导探究性学习。这就要求教师不光需要对学生进行知识的传授，还需要锻炼学生的探究能力。教材中的探究性实验正应以这一标准为出发点设计。但是中国教材的探究性实验大都详尽地写出了每一步的操作，学生做的只是依葫芦画瓢，并不需要进行思考就能完成实验，这样的探究性实验实则为验证性操作，不能真正意义上锻炼学生的创新和动手能力，长此以往不利于学生科学素养的发展。在以后的教材编写和教师授课的过程中，可以适当放手，在保证课时充裕的情况下，让学生自行设计实验、实施实验，从不断的尝试中体会到实验教学真正的乐趣。实验教学的目的不在于学生是否能够做出标准的结果样式，而是希望学生能够在亲自动手的过程中提升自身的科学探究能力，从重结果轻过程向重过程轻结果转变。

2.3 明确用“教材教”而不是“教教材”

由于我国课程改革还未真正完成，所以在教材编写、教师授课等方面还是存在着一定的不足之处，在实验教学这一部分，美国作为科学教育的领头羊会有很多值得借鉴的地方。诚然市场上流行着不同版本的教材，但是需要明确的是教材只是教学的一个参考，教师需要将学生的学习能力和教材相结合，挑选最适合的给学生使用，在如今全球化的时代，教师应该放眼世界，吸取国外优秀教材实验教学的经验方法，结合学生，力争创造出适合学生的一套合理实验教学策略。

参考文献：

[1] 刘丽芳.高中生物实验教学的优化与实践[D].贵州师范大学，2015.

[2] 崔萍，赵志强.高中生物新旧教材对比研究[J]. 山东教育学院学报，2000，04：114-116.