IBDP與我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程比較研究

殷亞妮

摘要：IBDP生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程和我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程都以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力為目標(biāo)，但I(xiàn)BDP生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程更重視過程性，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)處理分析的能力，多設(shè)置探究性實(shí)驗(yàn);而我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程更關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作技能以及對理論知識的驗(yàn)證，多設(shè)置驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。以牛津版和人教版教材中“酶”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)為例，從實(shí)驗(yàn)相關(guān)模塊設(shè)置、內(nèi)容安排和體例等方面進(jìn)行比較，以期為我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教材編寫提供參考。

關(guān)鍵詞：IBDP;高中生物學(xué);實(shí)驗(yàn)課程;比較研究

本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年中小學(xué)教師發(fā)展專項(xiàng)立項(xiàng)課題“以‘人人名師’為目標(biāo)構(gòu)建教師發(fā)展共同體的實(shí)踐研究”（編號：Jc/2020/05）的階段性研究成果。一、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)的比較

（一）IBDP生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)

IBDP生物學(xué)課程強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程性，關(guān)注學(xué)生知識的生成過程，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，全面提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)。其實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生通過實(shí)踐來超越認(rèn)知的局限，通過對問題本身的感受形成價(jià)值判斷和各種能力。因此，學(xué)生在IBDP生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中不僅能收獲知識，更重要的是掌握學(xué)習(xí)方法，學(xué)會尊重事實(shí)而非尊重權(quán)威。在實(shí)驗(yàn)技能方面，IBDP生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程尤其重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、數(shù)據(jù)處理和分析能力、結(jié)論提出與評估能力，認(rèn)為這些能力對學(xué)生之后閱讀文獻(xiàn)、撰寫科學(xué)論文有重要幫助，有很強(qiáng)的實(shí)踐和應(yīng)用價(jià)值。

（二）我國高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（下文稱“新課標(biāo)”）提出，應(yīng)使學(xué)生通過生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)“掌握科學(xué)探究的思路和方法，形成合作精神，善于從實(shí)踐的層面探討或嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活問題”中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：6。 ，強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)安全、正確地使用實(shí)驗(yàn)器具和藥品，鼓勵學(xué)生參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，建議實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重視定量研究，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)劉恩山，曹保義.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：85。。

二、教材中實(shí)驗(yàn)類型及實(shí)施的整體比較

（一）IBDP生物學(xué)教材（牛津版）中的實(shí)驗(yàn)類型及實(shí)施

牛津版IBDP生物學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)類型多樣（部分實(shí)驗(yàn)見表1），探究性實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)多于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，且有大量的構(gòu)建模型類實(shí)驗(yàn)活動，比如繪制結(jié)構(gòu)示意圖或者用軟件進(jìn)行模擬等。不同實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)不同，有些實(shí)驗(yàn)用于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力;有些實(shí)驗(yàn)給出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，只培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)收集、分析或結(jié)果討論的能力，而且重視對現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)儀器的應(yīng)用，比如使用傳感器檢測指標(biāo)變化并收集數(shù)據(jù)。筆者了解到，在IBDP生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師的自由度非常大，在符合課時(shí)要求的基礎(chǔ)上，可以自由選擇實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和類型，教材中的實(shí)驗(yàn)只是參考。IBDP生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程還有對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膬?nèi)部評估，會從方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集和處理、結(jié)論和評價(jià)、操作技巧、人際技巧等多維度展開，因此，教師會選擇合適的實(shí)驗(yàn)針對性地培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)能力。

（二）我國高中生物學(xué)教材（人教版）中的實(shí)驗(yàn)類型及實(shí)施

基于新課標(biāo)編寫的人教版高中生物學(xué)必修教材中，共有17個(gè)實(shí)驗(yàn)（見表2），其中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)9個(gè)、探究性實(shí)驗(yàn)6個(gè)、構(gòu)建模型類實(shí)驗(yàn)2個(gè)。實(shí)驗(yàn)類型以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重觀察能力的培養(yǎng)和操作技能的熟練程度等;探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法還不完善，探究也僅限于初步階段，在實(shí)驗(yàn)過程中往往自變量和因變量既定，材料、步驟都給出，對學(xué)生的要求更多的是能陳述自變量與因變量的關(guān)系，了解觀察或測量變量的方法，收集和簡單處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結(jié)論等;構(gòu)建模型類實(shí)驗(yàn)以模型制作為主，缺少利用現(xiàn)代化數(shù)字設(shè)備進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)。

三、教材中實(shí)驗(yàn)相關(guān)模塊設(shè)置、內(nèi)容安排及體例的具體比較

人教版高中生物學(xué)必修1（2019年第1版）第五章《細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用》第一節(jié)、牛津版IBDP生物學(xué)教材（2014年第1版）第二章molecular biology第七節(jié)，均是有關(guān)“酶”的內(nèi)容，包含多個(gè)關(guān)于酶特性的實(shí)驗(yàn)活動。兩版教材都依托本章節(jié)教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)講解了科學(xué)探究過程中設(shè)計(jì)以及實(shí)施實(shí)驗(yàn)的方法和注意事項(xiàng)，極具對比性。下面，以“酶”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)為例，具體比較兩版教材中實(shí)驗(yàn)相關(guān)模塊設(shè)置、內(nèi)容安排及體例。

（一）實(shí)驗(yàn)相關(guān)模塊設(shè)置的比較

人教版教材與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的模塊有“探索·實(shí)踐”和“科學(xué)方法”，其中“探究·實(shí)踐”介紹具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，“科學(xué)方法”則總結(jié)與同章節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容密切相關(guān)的科學(xué)研究方法，比如提出假說、構(gòu)建模型、控制變量、設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)等。牛津版教材中，有“技能主題”“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析”和“科學(xué)本質(zhì)”三個(gè)與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的模塊。三個(gè)模塊側(cè)重點(diǎn)不同，前兩個(gè)模塊以具體的實(shí)驗(yàn)為依托，“技能主題”模塊在于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力和實(shí)驗(yàn)操作技能，“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析”模塊會介紹一些研究數(shù)據(jù)，強(qiáng)化學(xué)生收集、處理、呈現(xiàn)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力;而“科學(xué)本質(zhì)”模塊則是對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)律的總結(jié)。兩版教材中實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)置上的共性是通過具體的實(shí)驗(yàn)活動總結(jié)普遍的實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，但相較而言，牛津版教材更注重培養(yǎng)學(xué)生分析和處理數(shù)據(jù)的能力。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排的比較

人教版教材安排了3個(gè)“酶”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，分別為：比較過氧化氫在不同條件下的分解、淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用、影響酶活性的條件。前2個(gè)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，分別驗(yàn)證酶的高效性和專一性;第3個(gè)是探究性實(shí)驗(yàn)，探究溫度、pH對酶活性的影響。牛津版教材的3個(gè)實(shí)驗(yàn)分別為：水解凝膠塊（不同pH條件下）、驗(yàn)證底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響、探究溫度對脂肪酶活性的影響。從內(nèi)容上看，牛津版教材只是探究了環(huán)境因素對酶活性和酶促反應(yīng)的影響，人教版教材則更勝一籌：實(shí)驗(yàn)涉及酶的高效性、專一性及環(huán)境條件的影響，幫助學(xué)生充分地理解酶的特性，促進(jìn)理論知識的學(xué)習(xí)。

此外，人教版教材中實(shí)驗(yàn)活動安排在相關(guān)理論教學(xué)之前，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來理解酶的特性，只需掌握自變量和因變量之間的關(guān)聯(lián)性質(zhì)即可，因此為定性實(shí)驗(yàn)。而牛津版教材中實(shí)驗(yàn)安排在理論教學(xué)之后，是對已經(jīng)掌握的理論知識的驗(yàn)證，且要在此基礎(chǔ)上尋找具體規(guī)律，是定量實(shí)驗(yàn)。

（三）實(shí)驗(yàn)體例的比較

兩版教材中，“酶”相關(guān)的實(shí)驗(yàn)均只涉及探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)兩種，故下文將比較兩版教材在編寫這兩種實(shí)驗(yàn)類型時(shí)的體例差異。

1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比較

人教版教材中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)明確分為目的要求、材料用具、方法步驟、討論、結(jié)論五部分，給出了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生只需按照步驟實(shí)施。而步驟中關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的要求多為“仔細(xì)觀察并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果”“觀察兩支試管內(nèi)的溶液顏色變化”，是對現(xiàn)象的觀察描述，無須測量和分析數(shù)據(jù)。討論環(huán)節(jié)會針對實(shí)驗(yàn)方案和現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出問題，促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解，同時(shí)也會建議學(xué)生交流合作，比如 “你對本實(shí)驗(yàn)的過程有什么疑問嗎？如果有，請?zhí)岢鰜砼c本小組同學(xué)討論”。

牛津版教材中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)無條目劃分，只包括背景知識介紹和思考題兩部分。在背景知識中說明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、材料儀器，并通過實(shí)驗(yàn)裝置圖提示實(shí)驗(yàn)方法，但不提供具體的操作步驟，而是借思考題啟發(fā)學(xué)生思考如何控制無關(guān)變量（列舉出兩個(gè)酶濃度以外的無關(guān)變量），設(shè)定并改變自變量（若將初始底物濃度增加或減少02 mol/L，請預(yù)估酶活性變化），減少實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差（為何在取樣前需要徹底攪拌酵母菌培養(yǎng)液？稱量所有凝膠塊的總重量和分別稱量每一塊的重量，哪種操作更好？），測量因變量（下述方法能否測定蛋白質(zhì)的水解速率？）等問題，引導(dǎo)學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)方案。這有利于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，為學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)探究做準(zhǔn)備。此外，通過分析實(shí)驗(yàn)誤差（討論表中的結(jié)果是否可靠，說明為何使用第二次提取的蛋白酶會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果），學(xué)生質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)操作中的不足，促使學(xué)生找到減少誤差的改進(jìn)方法，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度。同時(shí)，牛津版教材特別重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、處理和展示（將表中的數(shù)據(jù)用曲線圖表示出來），要求學(xué)生用數(shù)學(xué)方法去處理和表示數(shù)據(jù)，并據(jù)此尋找自變量和因變量之間的關(guān)系，得出結(jié)論。

兩版教材中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)不同：人教版教材更強(qiáng)調(diào)學(xué)生依據(jù)教材的方案和步驟親自實(shí)施，重視學(xué)生之間的交流合作;牛津版教材則要求學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)方案的可行性、操作細(xì)節(jié)的合理性，更注重實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。

2.探究性實(shí)驗(yàn)的比較

人教版教材中，探究性實(shí)驗(yàn)在結(jié)構(gòu)上分為背景知識、提出問題、作出假設(shè)、材料用具、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析結(jié)果、結(jié)論和應(yīng)用、表達(dá)和交流、進(jìn)一步探索十個(gè)部分。首先，要求學(xué)生根據(jù)給定的背景知識提出想探究的問題，并作出合理假設(shè);設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過一系列的提問，學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)相關(guān)變量的確定（本實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？因變量是什么？如何控制自變量？怎樣觀察或檢測因變量？）材料用具的選擇（你選擇哪一種酶作實(shí)驗(yàn)材料？為什么選擇這種酶？），實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄（設(shè)計(jì)好記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格）等。此外，人教版教材強(qiáng)調(diào)交流合作，不僅在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要“經(jīng)討論，形成小組的實(shí)驗(yàn)方案”，得出結(jié)論后更要“與其他小組交流”“聽取其他小組的質(zhì)詢”等。在結(jié)論和應(yīng)用環(huán)節(jié)，要求學(xué)生用實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論去解釋現(xiàn)實(shí)問題：“你認(rèn)為在酶制品的儲藏、運(yùn)輸和使用過程中，應(yīng)該注意什么問題？為什么？”最后，在進(jìn)一步探究環(huán)節(jié)，建議學(xué)生自行設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)，并提示數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的方式，培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

牛津版教材中，探究性實(shí)驗(yàn)部分設(shè)置了很多關(guān)于實(shí)驗(yàn)變量的思考題：“明確實(shí)驗(yàn)自變量以及如何改變自變量;明確測量自變量變化的基本單位;明確合適的自變量變化范圍”，“說明怎樣精確測量因變量;明確因變量的測量單位;說明為何每個(gè)溫度至少需要3組重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)”，“列出本實(shí)驗(yàn)涉及的無關(guān)變量（控制變量），說明其應(yīng)保持的水平，并解釋原因”等。這不僅有利于學(xué)生掌握某個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)，更能幫助學(xué)生歸納概括出設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)的方法，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的邏輯思維能力。此外，牛津版教材關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)：“解釋下列操作的原因：溫度計(jì)要放在裝有更多液體的試管中;把底物加入酶中，而非把酶加入底物中。”這能啟發(fā)學(xué)生的思考，有效提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。同時(shí)，要求“以溫度變化為橫坐標(biāo)（0—80 ℃），指示劑顏色變化所需時(shí)間為縱坐標(biāo)，畫出你預(yù)計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖像”，巧妙構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并能夠通過曲線圖形象地解釋溫度與酶活性的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生用合適的方式闡明實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。最后，回歸生活實(shí)際，“判斷并解釋人胰腺分泌的脂肪酶和萌發(fā)的蓖麻種子中的脂肪酶相比，哪一個(gè)的最適溫度更高”， 讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)到的生物學(xué)知識解釋生活中的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。

通過對比得知，兩版教材中探究性實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)是重視實(shí)驗(yàn)方案的合理性和科學(xué)性，強(qiáng)調(diào)設(shè)置自變量、因變量和對照組以及進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)的必要性，關(guān)注所得結(jié)論與生活生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系，讓學(xué)生體會到科學(xué)探究的意義和價(jià)值。不同之處在于，牛津版教材更加注重實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和呈現(xiàn)方式;而人教版教材更加關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素，如探究性實(shí)驗(yàn)的編排結(jié)構(gòu)遵循科學(xué)探究的基本過程，有助于學(xué)生在課堂中體驗(yàn)真實(shí)的科學(xué)探究過程張惠惠，韋艷艷.對比中美高中生物實(shí)驗(yàn)，探究理性思維——以“溫度對酶促反應(yīng)的影響”實(shí)驗(yàn)為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2017（9）：7172。。

四、幾點(diǎn)啟示

實(shí)驗(yàn)活動是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)和科學(xué)精神的重要學(xué)習(xí)方式，需要教材為教師和學(xué)生提供更多的自主選擇權(quán)，給學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的機(jī)會，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性思維。而目前人教版教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作步驟較為詳盡，一方面，有利于指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐操作，另一方面，會導(dǎo)致部分學(xué)生“依葫蘆畫瓢”，弱化主動探究和積極創(chuàng)造的驅(qū)動力，這就需要教師適當(dāng)“牽引”。

IBDP生物學(xué)課程相對重視過程性教學(xué)方法，重視對探究能力和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，其探究性實(shí)驗(yàn)已經(jīng)相當(dāng)完善和成熟。我國高中生物學(xué)課程相對重視學(xué)科知識和實(shí)驗(yàn)技能，體現(xiàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比例高，通過強(qiáng)調(diào)結(jié)論一致性來識記實(shí)驗(yàn)原理，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重觀察能力的培養(yǎng)以及操作技能的熟練等。

兩種課程都將培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和溝通交流能力作為重要目標(biāo)之一，但在教材的實(shí)驗(yàn)活動中體現(xiàn)形式不同。人教版教材在實(shí)驗(yàn)活動的討論環(huán)節(jié)明確提出“與小組成員進(jìn)行交流”的要求，而牛津版教材則在實(shí)驗(yàn)中安排了大量的數(shù)據(jù)測量、收集和處理任務(wù)，以及搭建復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置任務(wù)，這些是個(gè)人無法獨(dú)立完成的，必須借助小組合作來實(shí)現(xiàn)。在教材編寫中，怎樣通過設(shè)置合適的活動任務(wù)來促進(jìn)課程目標(biāo)的達(dá)成，我們需要借鑒牛津版教材。