美國(guó)中學(xué)核心理科教材生命科學(xué)部分的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)分析

摘 要 對(duì)美國(guó)中學(xué)核心理科教材中生命部分的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析，在分析了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的類型、數(shù)量及編寫特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，以供生物教育工作者借鑒。

關(guān)鍵詞 美國(guó)教材 教材分析 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

美國(guó)中學(xué)核心理科教材中的生物部分共分為《生命的基礎(chǔ)》、《微生物和植物》、《動(dòng)物》、《人體》、《生態(tài)系統(tǒng)》5本，分為27章75節(jié)內(nèi)容。而教材中設(shè)置的實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間分為三大類：導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)（學(xué)習(xí)前）、迷你實(shí)驗(yàn)（學(xué)習(xí)中）以及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。這三類實(shí)驗(yàn)的數(shù)量與分布如表1所示。

從表1中可以看到本套教材的生物部分共設(shè)置了133個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)豐富。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)共有54個(gè)，所占比例最大。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)旨在使學(xué)生聯(lián)系實(shí)際問題，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，因而其分布于部分章節(jié)中。

1 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的類型

全套書共54個(gè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，分布在27章中，每一章都有2個(gè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，且都在部分章節(jié)的后面，而這些實(shí)驗(yàn)又可分為以下四種類型：觀察或驗(yàn)證類、自主設(shè)計(jì)、模型模擬、利用互聯(lián)網(wǎng)，具體數(shù)量見表2。

（1） 觀察或驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)。在所有的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，本類型所占比例最大，為59%，由現(xiàn)實(shí)世界中的現(xiàn)象引出某一問題，學(xué)生按照已設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，最終討論并分析所得到的結(jié)論。

經(jīng)過對(duì)本套教材中的所有觀察或驗(yàn)證類的實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)所研究的問題均為前面在教材中所出現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生在親自實(shí)驗(yàn)之后，可以更加形象、直觀地理解教材內(nèi)容，例如《生命的基礎(chǔ)》中第4章“細(xì)胞的繁殖”第1節(jié)“有絲分裂”后的實(shí)驗(yàn)為“植物細(xì)胞中的有絲分裂”。教材中介紹了細(xì)胞有絲分裂的過程及每個(gè)過程的特點(diǎn)，這部分內(nèi)容也是該節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生通過觀察洋蔥根尖細(xì)胞，根據(jù)前面所學(xué)的有絲分裂不同階段的特征分辨出處于不同分裂階段的細(xì)胞，并統(tǒng)計(jì)哪個(gè)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)。通過親身體驗(yàn)，親眼觀察，學(xué)生在實(shí)際操作中運(yùn)用了書本中所學(xué)到的知識(shí)，這樣可以加深其對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的理解，也可以對(duì)知識(shí)、技能及方法進(jìn)行融會(huì)貫通。因而實(shí)驗(yàn)室類型的實(shí)驗(yàn)在教材中的地位主要為學(xué)生運(yùn)用已學(xué)知識(shí)的平臺(tái)，是對(duì)教材中的重點(diǎn)知識(shí)的拓展。

（2） 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是引導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)探究的方式與步驟進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，自行得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以此來培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的態(tài)度和意識(shí)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探索中，從直觀、具體、鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，用眼看、動(dòng)腦想、親身做等感官密切配合，使學(xué)生更好地從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)，更好地理解教材內(nèi)容。

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所要探究的有與本章節(jié)中的重難點(diǎn)知識(shí)相關(guān)的問題，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中對(duì)這些知識(shí)再次進(jìn)行驗(yàn)證，也有對(duì)教材內(nèi)容的延伸與應(yīng)用，如《微生物與植物》中第四章第三節(jié)之后，探究的是種子的發(fā)芽率，而前面第三節(jié)中有一小節(jié)的內(nèi)容是“種子萌發(fā)”概述了種子的萌發(fā)的定義，并提到種子的萌發(fā)必須有合適的環(huán)境條件但沒有進(jìn)行詳細(xì)描述，在該小節(jié)下面的數(shù)學(xué)應(yīng)用模塊中，向?qū)W生介紹了使用百分比計(jì)算種子萌發(fā)率的方法。因而后面的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生通過種子的萌發(fā)率來探究影響種子萌發(fā)的環(huán)境條件。可見，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是對(duì)教材知識(shí)的延伸與補(bǔ)充。

（3） 利用互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，有一種形式比較新穎的實(shí)驗(yàn)，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生主要通過互聯(lián)網(wǎng)查詢并收集相關(guān)信息，了解書本中所沒有的知識(shí)，并加以應(yīng)用。

本類型的實(shí)驗(yàn)在所有實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中所占的比重僅為7%，但在整體教材中仍具有不可替代的作用，這是一種比較新型的實(shí)驗(yàn)類型，是現(xiàn)代生物教學(xué)的重要體現(xiàn)，是生物實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代信息技術(shù)的完美結(jié)合，將生物學(xué)的知識(shí)與信息檢索緊密聯(lián)系。對(duì)生物科學(xué)的學(xué)習(xí)不應(yīng)只僅僅局限于教材中已有的知識(shí)，還包括了通過獨(dú)立自主地收集查閱資料而了解一些課外的知識(shí)。經(jīng)過利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生可以基本掌握如何探索課外知識(shí)。因而，本類型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是對(duì)教材內(nèi)容的擴(kuò)充與豐富。

利用互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)不僅可以讓學(xué)生了解許多教材中沒有的生物學(xué)知識(shí)，而且能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行相關(guān)的情感態(tài)度的教育。

（5） 模型模擬實(shí)驗(yàn)。在所有的實(shí)驗(yàn)中，共有4個(gè)模型模擬類型的實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)發(fā)明并構(gòu)建模型，將模型運(yùn)用到實(shí)際生活中，為生活提供便利，或者模擬某種生物現(xiàn)象，從而更加深刻地理解所學(xué)知識(shí)。

模型模擬類型的實(shí)驗(yàn)在全套書中所占比例不大，但該類型的實(shí)驗(yàn)較為新穎，對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力和訓(xùn)練學(xué)生的抽象邏輯思維有很大的幫助。這四個(gè)模型模擬的實(shí)驗(yàn)分別為：“模擬腹部按壓術(shù)”“動(dòng)物的生境”“太陽能炊具”和“編制真菌野外指南”。這些實(shí)驗(yàn)都是應(yīng)用性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，與學(xué)生的日常生活聯(lián)系緊密。

2 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的編寫特點(diǎn)

由于利用互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)和模型模擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)量較少，因此僅展示觀察或驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)示例。

2.1 觀察或驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)示例

以《生命科學(xué)·動(dòng)物》第一章“動(dòng)物學(xué)入門”第二節(jié)“海綿動(dòng)物和腔腸動(dòng)物”中的“觀察腔腸動(dòng)物”為例，教材設(shè)計(jì)是：

（1） 現(xiàn)實(shí)世界的問題：水螅對(duì)食物和其他刺激產(chǎn)生怎樣的反應(yīng)。

（2） 目標(biāo)：預(yù)測(cè)：水螅對(duì)各種刺激產(chǎn)生怎樣的反應(yīng)；觀察：水螅對(duì)刺激如何反應(yīng)？

（3） 材料略。

（4） 安全防御（以圖片示意）略。

（5） 實(shí)驗(yàn)過程：略。

（6） 結(jié)論和應(yīng)用：

分析：當(dāng)水螅被觸到時(shí)，會(huì)發(fā)生什么？水螅的其他部位發(fā)生了什么？

描述：說出觸手為水螅提供的幫助。

（7） 交流你的數(shù)據(jù)：

與其他同學(xué)比較你的記過。討論是否被其他研究的所有水螅都有相似的反應(yīng)，這些反應(yīng)對(duì)水螅生存具有怎樣的幫助。

2.2 自主設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)示例

以《生命科學(xué)·動(dòng)物》第一章“動(dòng)物學(xué)入門”第二節(jié)“海綿動(dòng)物和腔腸動(dòng)物”中的“比較自由生活的和寄生生活的扁形動(dòng)物”為例，教材設(shè)計(jì)是：

（1） 現(xiàn)實(shí)世界的問題：

扁形動(dòng)物的身體如何適應(yīng)它們的生活環(huán)境？自由生活的扁形動(dòng)物和寄生生活的扁形動(dòng)物的適應(yīng)是否一樣。

（2） 目標(biāo)：對(duì)比和比較：比較自由生活的扁形動(dòng)物和寄生生活的扁形動(dòng)物的身體結(jié)構(gòu)與功能；觀察：扁形動(dòng)物如何適應(yīng)它們的環(huán)境？

（3） 可能用到的材料：略。

（4） 安全防御（以圖片示意）略。

（5） 形成假設(shè)：對(duì)你認(rèn)為的營(yíng)自由生活的蠕蟲可能具有的適應(yīng)提出假設(shè)。這些適應(yīng)的益處是什么？

（6） 運(yùn)用科學(xué)方法：

驗(yàn)證假設(shè)：

制定計(jì)劃：

①以小組為單位，將你設(shè)計(jì)用于比較和對(duì)比扁形動(dòng)物類型的方法編列成表。從老師那里獲得如何處理活的扁形動(dòng)物的信息。

②選擇你在步驟①中描述的其中一種方法。列出你需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)步驟，確保對(duì)每一步都有詳細(xì)的描述。

③列出你完成實(shí)驗(yàn)所需要的材料。

④在你的科學(xué)日記中自主設(shè)計(jì)一張數(shù)據(jù)表。當(dāng)你的小組開始收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，充分利用這張數(shù)據(jù)表。

執(zhí)行計(jì)劃：略。

分析數(shù)據(jù)：解釋：寄生生活的扁形動(dòng)物與自由生活的扁形動(dòng)物有哪些相似點(diǎn)？描述：找出寄生生活的扁形動(dòng)物和自由生活的扁形動(dòng)物的差異。

結(jié)論和應(yīng)用：辨別：自由生活的扁形動(dòng)物中哪一種身體系統(tǒng)發(fā)育更完善？辨別：寄生生活的扁形動(dòng)物中哪一種身體系統(tǒng)更復(fù)雜？推斷：哪些適應(yīng)使一些扁形動(dòng)物營(yíng)自由生活？

（7） 交流你的數(shù)據(jù)：

與你的同學(xué)一起討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)論。需獲取更多幫助，請(qǐng)參考《科學(xué)入門》。

2.3 編寫特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的編寫體現(xiàn)了本套教材“做中學(xué)”的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)的一開始提出一個(gè)“現(xiàn)實(shí)世界的問題”，然后引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考和探究這個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。教材對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都提出明確且可操作的學(xué)習(xí)目標(biāo)，提供可供選擇的實(shí)驗(yàn)材料，并用圖片來提醒學(xué)生注意該實(shí)驗(yàn)安全的哪些事項(xiàng)。接著再由學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)。

教材在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)“結(jié)論和應(yīng)用”部分，一般都會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容，設(shè)置“分析”“描述”“辨別”“推斷”“解釋”等部分，從實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象或結(jié)果入手，分析實(shí)驗(yàn)，然后再把剛習(xí)得的技能或知識(shí)運(yùn)用解決拓展的問題，對(duì)遷移運(yùn)用知識(shí)。如“觀察腔腸動(dòng)物”中的“結(jié)論和應(yīng)用”階段，教材首先要求學(xué)生根據(jù)觀察，說出水螅被碰到時(shí)發(fā)生的身體變化，然后再描述觸手為水螅提供的幫助，從而要求學(xué)生思考結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

自主設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)特別注重對(duì)學(xué)生科學(xué)方法的培養(yǎng)，根據(jù)科學(xué)探究的過程來設(shè)置實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生經(jīng)歷形成假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)、分析數(shù)據(jù)等過程，培養(yǎng)學(xué)生的思維與志趣。

在實(shí)驗(yàn)的最后，教材還設(shè)置了“交流你的數(shù)據(jù)”環(huán)節(jié)，要求學(xué)生與同學(xué)分享探索的結(jié)果，或是發(fā)散思維進(jìn)一步思考，如在“觀察蚯蚓的行為”實(shí)驗(yàn)中，提出“寫一個(gè)故事來描述蚯蚓一天的生活，列出蚯蚓的活動(dòng)、可能遇到的危險(xiǎn)和問題以及它們的生境”。

3 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)分析

（1） 使學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)探究的方法：自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)完全是按照科學(xué)探究的步驟由學(xué)生獨(dú)立完成，在經(jīng)過一系列自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后，學(xué)生可以完全了解科學(xué)探究的方法和步驟。如“果蠅種群數(shù)量的增長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需形成有關(guān)環(huán)境因子的改變對(duì)果蠅種群數(shù)量增長(zhǎng)的影響的假設(shè)，再通過制定、執(zhí)行計(jì)劃來驗(yàn)證假設(shè)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得出影響果蠅種群增長(zhǎng)的因子的結(jié)論，再與同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生通過一系列的實(shí)驗(yàn)探究的過程，可以清楚地知道探究是怎樣的過程，為以后學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)研究與學(xué)習(xí)提供條件。

（2） 培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)探究的態(tài)度和意識(shí)：在美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中，將探究分為完整的探究和部分探究?jī)刹糠郑趯?shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，就體現(xiàn)在觀察或驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中。這四種類型的實(shí)驗(yàn)都體現(xiàn)了探究的態(tài)度，例如利用互聯(lián)網(wǎng)和模型模擬的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需自行設(shè)計(jì)檢索資料的步驟與所要收集的信息，也要自行設(shè)計(jì)模型并制作，這都是部分探究的體現(xiàn)。

（3） 通過訓(xùn)練學(xué)生檢索與收集信息，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面：在利用互聯(lián)網(wǎng)類型的實(shí)驗(yàn)中所涉及到的知識(shí)基本為教材中所沒有的課外知識(shí)，學(xué)生自行收集相關(guān)的資料，對(duì)這些知識(shí)有所了解，豐富了課外知識(shí)的儲(chǔ)備。如“藥用植物”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過信息收集，探索事物以及它們藥用歷史的沿革，了解藥用植物是如何來維持人體的健康的。在“濕地的保護(hù)”中學(xué)生可以了解為什么是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，可以采取哪些措施對(duì)濕地環(huán)境進(jìn)行持續(xù)性的保護(hù)。

（4） 提高學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的技能：學(xué)生通過觀察、比較、驗(yàn)證等操作來完成實(shí)驗(yàn)，而這些操作都是進(jìn)行科學(xué)探究的基本技能，經(jīng)過訓(xùn)練，學(xué)生的動(dòng)手操作能力得到了提高。

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