劉學(xué)廷

摘 要 敘述了美國高中主流理科教材《生物·生命的動力》中的網(wǎng)絡(luò)生物實驗注重網(wǎng)絡(luò)配套資源建設(shè)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集交流，注重實驗結(jié)果分析，可以克服時間和空間的限制，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致觀察能力，訓(xùn)練學(xué)生邏輯推理能力，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣思考、像科學(xué)家那樣探索，作一個科學(xué)的發(fā)現(xiàn)者。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)生物實驗 網(wǎng)絡(luò)資源 數(shù)據(jù)采集 實驗分析

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

根據(jù)《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》編寫、由奧爾頓·比格斯等編著的美國高中生物學(xué)教材《生物·生命的動力》（以下簡稱該教材）共分上、中、下3冊，10個單元，39章內(nèi)容，供9～12年級（相當(dāng)于我國的高中學(xué)段）學(xué)生使用。該套教材設(shè)計了數(shù)量眾多、類型多樣的實驗活動，包括網(wǎng)絡(luò)生物實驗、迷你實驗、技能實驗、實驗設(shè)計、調(diào)查實驗五大類，總計202個實驗。其中網(wǎng)絡(luò)生物實驗是我國高中生物教材中沒有的實驗類型，下面重點對網(wǎng)絡(luò)生物實驗作簡要介紹，試圖挖掘“網(wǎng)絡(luò)生物實驗”板塊蘊(yùn)含的內(nèi)涵和價值，為我國的實驗教學(xué)提供借鑒。

1 網(wǎng)絡(luò)生物實驗介紹

網(wǎng)絡(luò)生物實驗指利用網(wǎng)絡(luò)在線版本，借助于網(wǎng)絡(luò)平臺收集信息、上傳數(shù)據(jù)并進(jìn)行交流共享，以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、提高學(xué)生的信息素養(yǎng)的一種實驗類型。美國高中生物學(xué)教材《生物·生命的動力》共安排11個網(wǎng)絡(luò)生物實驗，分布在11個不同的章節(jié)，其中包括“生物數(shù)據(jù)采集收集、外來動物的相關(guān)資料、溫度是否會影響酵母菌的呼吸作用、利用網(wǎng)絡(luò)研究樹種、確定一片葉的氣孔數(shù)目、研究光合作用的影響因素、如何確定植物的表現(xiàn)型和基因型、自然選擇與等位基因頻率、斑馬魚的發(fā)育、研究育種犬的適應(yīng)性、新興疾病和再興疾病”。

下面是“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”一章中“研究光合作用的影響因素”網(wǎng)絡(luò)生物實驗具體內(nèi)容：

研究背景：氧氣是光合作用的產(chǎn)物之一，因為氧氣微溶于水，伊樂藻等水生植物進(jìn)行光合作用的時候釋放出可見的氧氣氣泡，你可以氣泡形成的速度來判斷光合作用的速度。

實驗準(zhǔn)備：問題：不同波長的光如何影響植物光合作用的速率？

目標(biāo)：在本次實驗中，你將觀察水生植物的光合作用、測定光合作用的速率、研究不同顏色的光的波長、觀察不同波長的光如何影響光合作用的速率、通過互聯(lián)網(wǎng)收集來自其他學(xué)生的數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較。

實驗器材：1000 mL燒杯，帶反射鏡的150 w的臺燈，三株伊樂藻，0.25%碳酸氫鈉（小蘇打）溶液，繩子，帶秒針的手表，墊圈，不同顏色的彩色玻璃紙。

安全警示：注意實驗過程中，要戴護(hù)目鏡。

實驗步驟：

（1） 按照左圖（圖略）安裝實驗裝置。

（2） 制作數(shù)據(jù)表來記錄測量結(jié)果。每種顏色一欄，另留一欄作為對照。

（3） 把伊樂藻放入燒杯，完全浸沒在水中。加入小蘇打溶液，它能為水生植物提供CO2。注意：每次實驗使用的水和小蘇打溶液的量應(yīng)完全一致。

（4） 直接把臺燈（不用玻璃紙遮光）照射在植物上作為對照，觀察何時能看到氣泡。

（5） 觀察并記錄5 min內(nèi)伊樂藻產(chǎn)生的氧氣氣泡數(shù)。

（6） 用一種顏色的玻璃紙遮住燈泡，然后重復(fù)步驟（4）和（5）。

（7） 再用另一種顏色的玻璃紙遮住燈泡，重復(fù)步驟（4）和（5）。

（8） 訪問網(wǎng)頁：bdol.glencoe.com/internetlab，并在網(wǎng)站上公布你的數(shù)據(jù)。

（9） 清潔與整理，把植物放入水缸中，避免干枯。

分析與結(jié)論：

（1） 觀察：氧氣氣泡是從哪里產(chǎn)生的？

（2） 推理：為什么氣泡數(shù)能代表光合作用的速率？

（3） 運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)：查出你選的顏色的波長。根據(jù)你的數(shù)據(jù)和網(wǎng)上其他學(xué)生的數(shù)據(jù)作一張圖表，表示出對照組和實驗組的光波波長以及相應(yīng)光合作用的速率。用一到兩句話說明你的圖表。

（4） 誤差分析：為什么每次實驗使用相同量的小蘇打？

數(shù)據(jù)分享：在下面的網(wǎng)頁中（bdol.glencoe.com/internetlab）找到本次實驗，并在網(wǎng)站上的數(shù)據(jù)表中公布你的數(shù)據(jù)。對網(wǎng)站上其他學(xué)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并擴(kuò)展你的圖表。

從實驗的流程上看，主要分為“研究背景”“實驗準(zhǔn)備”“實驗步驟”“分析與結(jié)論”等階段。其中“實驗背景”主要通過展示實驗情境、提出實驗的緣由，并提出一些問題，讓學(xué)生帶著問題去進(jìn)行實驗；“實驗準(zhǔn)備”主要包括“問題、目標(biāo)、實驗器材、安全警示、技能手冊”欄目；“實驗步驟”列出了詳細(xì)的操作步驟，包括訪問網(wǎng)頁獲得數(shù)據(jù)、實驗操作、記錄觀察數(shù)據(jù)等，實驗結(jié)束后還要求學(xué)生清理實驗材料、并分類處理；“分析與結(jié)論”主要包括分析數(shù)據(jù)、理性思維、得出結(jié)論、進(jìn)行推斷、誤差分析等欄目，最后還要求學(xué)生通過專門的網(wǎng)頁找到本次實驗，并公布實驗結(jié)果、簡述實驗設(shè)計方案。

2 網(wǎng)絡(luò)生物實驗帶來的啟示

美國高中生物教材《生物·生命的動力》中的網(wǎng)絡(luò)生物實驗與迷你實驗、技能實驗、實驗設(shè)計、調(diào)查實驗等類型相比，雖然數(shù)量只有11個，約占整個實驗總數(shù)5.4%，但卻給我國高中生物實驗教學(xué)帶來很多啟示。

2.1 重視網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)

現(xiàn)代社會，隨著手機(jī)、電腦的普及和移動通訊技術(shù)以及移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及，越來越多的人可以通過各種移動終端接入互聯(lián)網(wǎng)，從而搜索資料、獲取資訊、交流信息，因此教學(xué)活動也應(yīng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化社會需求。美國前總統(tǒng)克林頓曾明確宣布要“將信息化的力量帶到美國所有的學(xué)校中”，基于此，美國教育無論從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教育評價等方面都發(fā)生了深刻的變化，成為網(wǎng)絡(luò)時代教育新常態(tài)的典型代表。

以《生物·生命的動力》教材為例，該教材配置了專門的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（bdol.glencoe.com），提供了大量與教學(xué)進(jìn)度和內(nèi)容相匹配的生物學(xué)教學(xué)輔助資源，主要欄目有：“節(jié)資源”（包括自我檢測、微型視頻等分欄目）、“章資源”（包括友情鏈接、新聞、標(biāo)準(zhǔn)化測試、互動導(dǎo)學(xué)、章測試、網(wǎng)絡(luò)實驗室、與生物相關(guān)的職業(yè)介紹等分欄目）、“單元資源”（包括網(wǎng)絡(luò)探索計劃）、“互聯(lián)網(wǎng)資源”（包括微觀鏈接、虛擬解剖、科學(xué)理念等分欄目）、“教師資源”。通過此平臺，學(xué)生可以獲得大量生物學(xué)相關(guān)知識、動態(tài)視頻，還可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測試，了解學(xué)習(xí)效果；教師也可以通過此平臺和學(xué)生或其他教師互動交流。通過網(wǎng)絡(luò)資源，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬了教學(xué)的時空范圍，極大地促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。

為配合網(wǎng)絡(luò)生物實驗教學(xué)，該網(wǎng)站專門設(shè)計了“網(wǎng)絡(luò)實驗室”（bdol.glencoe.com/internet_lab）欄目，該網(wǎng)絡(luò)頁面復(fù)制了教材10個單元共11個網(wǎng)絡(luò)生物實驗教學(xué)程序設(shè)計，包括實驗準(zhǔn)備、實驗步驟和分析與結(jié)論，并在實驗欄目中專門增加了“上傳數(shù)據(jù)”這一實驗數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交流分享平臺，分享實驗數(shù)據(jù)和心得。對一些實驗材料不易獲取、實驗步驟難以在實驗室操作的網(wǎng)絡(luò)生物實驗，還可通過互聯(lián)網(wǎng)尋找信息，完成實驗調(diào)查和分析。如“利用網(wǎng)絡(luò)研究樹種”實驗中，為了研究“哪些樹種最適合種植在你所在的社區(qū)街道兩側(cè)”，要求學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)收集信息，研究五種不同的樹種特征，收集數(shù)據(jù)并與其他同學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，最終通過數(shù)據(jù)判斷哪種樹種適合所在社區(qū)栽種。

我國《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》也要求通過高中生物課程的學(xué)習(xí)，“能夠利用多種媒體搜集生物學(xué)的信息，學(xué)會鑒別、選擇、運(yùn)用和分享信息”，但教材僅停留于提供一些零星的網(wǎng)絡(luò)站點。各版本高中生物教材雖然也建立了相應(yīng)的配套網(wǎng)頁，也重視相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，如人民教育出版社高中生物網(wǎng)頁分為教師中心、學(xué)生中心、下載、公告等欄目，“教師中心”還有同步教學(xué)資源、課標(biāo)大綱、教學(xué)研究、試題及研究、生物學(xué)會、會議報道、個人專輯、視頻資源等分欄目，“學(xué)生中心”有同步學(xué)習(xí)資源、復(fù)習(xí)檢測、試題及分析、新學(xué)案等分欄目，但由于信息零散、更新速度慢、缺乏互動等因素，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源利用率較低。因此，系統(tǒng)構(gòu)建與教材配套的網(wǎng)絡(luò)互動教學(xué)專業(yè)平臺是首要之舉。

2.2 強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集交流

生物是一門實驗性很強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科，實驗在生物學(xué)教學(xué)中占有很重要的地位，為此該教材中安排了202個各類實驗。而實驗強(qiáng)調(diào)通過事實、數(shù)據(jù)說話，因此，該教材十分重視數(shù)據(jù)的采集、交流、匯總，并貫穿于整個實驗的始終，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)踏實的科學(xué)態(tài)度。在《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的“9～12年級對科學(xué)探究的基本理解”中也強(qiáng)調(diào)“科學(xué)探究的結(jié)果，即新的知識或方法，得自于各種科學(xué)研究和科學(xué)家之間的公開交流”。

為了顯示實驗數(shù)據(jù)采集的重要性，讓學(xué)生學(xué)會數(shù)據(jù)采集的一般步驟和方法，該教材中的第一個網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)實驗課題即為“生物數(shù)據(jù)采集”，并提供專門的數(shù)據(jù)表記錄每次測量的結(jié)果，要求學(xué)生先觀察球潮蟲的結(jié)構(gòu)，測量球潮蟲的長度。然后將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表中，并通過數(shù)據(jù)分析球潮蟲的“結(jié)構(gòu)是否有序”“對周圍環(huán)境的反應(yīng)”。為了提高學(xué)生實驗數(shù)據(jù)采集能力，在部分網(wǎng)絡(luò)生物實驗中還要求學(xué)生自己學(xué)會制作數(shù)據(jù)表記錄觀察結(jié)果，如在網(wǎng)絡(luò)生物實驗“如何確定植物的表現(xiàn)型和基因型”中，要求學(xué)生通過觀察兩組豆子所培育出的植株的表現(xiàn)型，并“設(shè)計一個實驗來收集量化的數(shù)據(jù)”“制作一個數(shù)據(jù)表記錄你的觀察結(jié)果”，目的是讓學(xué)生不但要學(xué)會記錄數(shù)據(jù)，還要知道記錄哪些數(shù)據(jù)、為什么記錄這些數(shù)據(jù)，提高實驗數(shù)據(jù)采集的必要性、科學(xué)性和有效性，便于推斷出科學(xué)的實驗結(jié)論。

更具特色的是，在收集實驗數(shù)據(jù)后，美國教材還要求學(xué)生把自己的實驗數(shù)據(jù)上傳到專門的網(wǎng)頁，并標(biāo)注所在州、所屬學(xué)校名稱，便于使用該教材、做該實驗的各州學(xué)生共享實驗數(shù)據(jù)，交流實驗心得，提高實驗效果。

通過初步掌握收集、整理數(shù)據(jù)的方法，使學(xué)生養(yǎng)成仔細(xì)觀察的習(xí)慣，學(xué)習(xí)科學(xué)的測量方法，也使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)研究中數(shù)據(jù)的重要意義，只有科學(xué)的實驗數(shù)據(jù)，才能得出科學(xué)的實驗結(jié)論，為后續(xù)實驗打下了堅實的基礎(chǔ)。

我國的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》也十分重視實驗技能的培養(yǎng)，也要求學(xué)生初步學(xué)會“客觀地觀察和描述生物現(xiàn)象”“通過觀察或從現(xiàn)實生活中提出與生物學(xué)相關(guān)的、可以探究的問題”，但由于實驗?zāi)康闹饕远ㄐ悦枋鰹橹鳎瑢嶒炦^程也是“照方抓藥”，沒有系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)收集、整理、交流的能力。因此，實驗觀察結(jié)果應(yīng)注重定性和定量記錄相結(jié)合，制定出具體的目標(biāo)量化指標(biāo)，并貫穿于實驗的始終。

2.3 注重實驗結(jié)果分析

在網(wǎng)絡(luò)生物實驗中，除了注重實驗數(shù)據(jù)的采集、整理、交流外，該教材更注重實驗結(jié)果的分析，意圖讓學(xué)生學(xué)會利用歸納、演繹、推理方法從有效信息中分析并總結(jié)出科學(xué)結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力。因為很多科學(xué)結(jié)論正是通過分析眾多的實驗數(shù)據(jù)得出的，如孟德爾利用豌豆的雜交實驗、記錄大量的實驗數(shù)據(jù)、通過統(tǒng)計學(xué)方法最終發(fā)現(xiàn)了遺傳的分離定律和自由組合規(guī)律。

基于此，該教材在實驗的最后專門設(shè)計了“分析與結(jié)論”欄目，通過對實驗數(shù)據(jù)等相關(guān)信息進(jìn)行對比、判斷、分析、解釋等，進(jìn)而得出科學(xué)的結(jié)論。如在實驗“研究光合作用的影響因素”網(wǎng)絡(luò)實驗中，要求學(xué)生通過記錄伊樂藻5 min內(nèi)觀察到的氣泡數(shù)，推論“為什么氣泡數(shù)能代表光合作用的速率”，并“根據(jù)你的數(shù)據(jù)和網(wǎng)上其他學(xué)生的數(shù)據(jù)作一張圖表，表示出對照組和實驗組的光波波長，以及相應(yīng)光合作用的速率。用一到兩句話說明你的圖表”。

考慮到不是每個學(xué)生所做實驗都是成功的，該教材在每個網(wǎng)絡(luò)生物的最后專門設(shè)有“誤差分析”一欄，目的是讓學(xué)生分析失敗的原因，讓錯誤也成為寶貴的學(xué)習(xí)資源，還可以有效防止“一錯再錯”。如在“如何確定植物的表現(xiàn)型和基因型”的最后，要求學(xué)生公布自己的數(shù)據(jù)，并提出：“把你的實驗設(shè)計和其他學(xué)生的進(jìn)行比較，你們的結(jié)果相似嗎？你們結(jié)果的不同可能是什么導(dǎo)致的？”除了要求學(xué)生進(jìn)行誤差分析外，還讓學(xué)生學(xué)會減少實驗誤差的方法，如在網(wǎng)絡(luò)實驗“生物數(shù)據(jù)采集”的最后，讓學(xué)生思考“怎樣收集或利用數(shù)據(jù)，才能更準(zhǔn)確地對生物體下定義”，提醒學(xué)生通過實驗數(shù)據(jù)采集的有效性和真實性來減少實驗誤差?！把芯抗夂献饔玫挠绊懸蛩亍本W(wǎng)絡(luò)實驗的最后，讓學(xué)生思考“為什么每次實驗都使用相同量的小蘇打”，意圖告訴學(xué)生控制實驗的單一變量是減少實驗誤差的重要方法之一。

我國《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》也十分注重實驗結(jié)果的分析，要求學(xué)生初步學(xué)會“利用數(shù)學(xué)方法處理、解釋數(shù)據(jù)；根據(jù)證據(jù)作出合理判斷；用準(zhǔn)確的術(shù)語、圖表介紹研究方法和結(jié)果，闡明觀點；聽取他人的意見，利用證據(jù)和邏輯對自己的結(jié)論進(jìn)行辯護(hù)以及作必要的反思和修改”。但是在具體實驗步驟的設(shè)計中，我國生物教材大多主要以定性分析為主，缺少定量分析能力的訓(xùn)練。

注重網(wǎng)絡(luò)配套資源建設(shè)，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、擴(kuò)大信息獲取范圍，還可以克服時間和空間的限制，便于學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)；強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集交流，可培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致地觀察能力、培養(yǎng)學(xué)生的合作精神；注重實驗結(jié)果分析，可訓(xùn)練學(xué)生邏輯推理能力，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣思考、像科學(xué)家那樣探索，作一個科學(xué)的發(fā)現(xiàn)者。

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