淺談美國生物教材中“實(shí)驗(yàn)板塊”的編寫特色

于佳萍

《生物：生命的動(dòng)力》（《Biology：The Dynamics ofLife》）作為美國高中主流科學(xué)教材之一首版吸引了諸多研究者的青睞。2018年浙江教育出版社出版了《生物：生命的動(dòng)力》（第二版），新版雖然基本保留了第一版各單元名稱，但全書行文風(fēng)格與具體內(nèi)容已經(jīng)完全不同于第一版。

實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)不可或缺的一部分，以實(shí)驗(yàn)為抓手開展探究活動(dòng)促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展是生物學(xué)教學(xué)的重要形式。下面以此書的實(shí)驗(yàn)板塊為研究對(duì)象，對(duì)其實(shí)驗(yàn)類型及編寫特色進(jìn)行分析，試圖為教材編寫或教師教學(xué)提供思路參考。

1 《生物：生命的動(dòng)力》“實(shí)驗(yàn)板塊”類型及簡介

1.1 實(shí)驗(yàn)類型

綜合教材目錄和教材內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)類型，實(shí)驗(yàn)板塊包含起步實(shí)驗(yàn)、迷你實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)和生物實(shí)驗(yàn)4類（表1）共187個(gè)，按前一中一后的順序順次貫穿于每章服務(wù)于主題。

1.2 各類實(shí)驗(yàn)簡介

起步實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)于章首，旨在引出章的主題，使學(xué)生對(duì)即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容有初步的感知。這種實(shí)驗(yàn)簡單，只有文字描述，沒有圖像和表格，以記錄、觀察、比較、推測為主，不急于評(píng)價(jià)預(yù)測的結(jié)果，隨著學(xué)習(xí)的深入對(duì)起步實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再回顧。例如，第八章“細(xì)胞的能量”開篇通過無水氯化鈣溶于水小實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生感受能量的轉(zhuǎn)換。學(xué)完第一節(jié)“生物體如何獲取能量”后，安排了回顧“根據(jù)你了解的有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的知識(shí)，將如何回答‘起步實(shí)驗(yàn)中的問題”。

迷你實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)于章中，服務(wù)于具體知識(shí)內(nèi)容。同起步實(shí)驗(yàn)一樣，迷你實(shí)驗(yàn)僅有文字描述，沒有圖像和表格，但難度略大時(shí)間略長，通過調(diào)查、模擬、制作等學(xué)生可自主完成的形式將抽象內(nèi)容直觀化。例如，第八章的正文介紹新陳代謝包括合成代謝和分解代謝。光合作用和細(xì)胞呼吸是典型的新陳代謝方式，兩者緊密配合使能量在生物體內(nèi)持續(xù)流動(dòng)。為便于學(xué)生理解在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中光合作用和細(xì)胞呼吸是如何一起運(yùn)作的，正文下方安排了“光合作用和細(xì)胞呼吸的關(guān)聯(lián)”的迷你實(shí)驗(yàn)，通過用BTB化學(xué)指示劑檢查二氧化碳在光合作用和細(xì)胞呼吸間的的傳輸幫助學(xué)生加深對(duì)新陳代謝的理解。

數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)于章中，不涉及具體的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程，側(cè)重對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，基于真實(shí)的數(shù)據(jù)，針對(duì)某一問題呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析加深對(duì)相應(yīng)知識(shí)的理解，并通過識(shí)別、比較、總結(jié)、推斷等批判性思維，達(dá)成解釋數(shù)據(jù)或圖表、預(yù)測結(jié)果、運(yùn)用概念等數(shù)據(jù)分析目的。例如，第八章正文介紹了細(xì)胞呼吸的過程后，安排了“病毒性感染是怎樣影響細(xì)胞呼吸的？”數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生意識(shí)到病毒感染可以增加乳酸含量減少ATP的量，進(jìn)一步加深對(duì)細(xì)胞呼吸的理解。

生物實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)于章末，難度大要求高，具有較強(qiáng)的科學(xué)性和創(chuàng)新性，需要學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作，類似于我國的探究性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程完整，包括提出問題、設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)、分析和得出結(jié)論等，以培養(yǎng)學(xué)生的高階思維為目的。例如，第八章學(xué)完了“細(xì)胞的能量”，章末安排了“不同波長的光能影響光合作用效率嗎”的探究性實(shí)驗(yàn)，并在分析和結(jié)論中要求完成下列問題：①解釋你如何測量光合作用效率;②用圖表表示你的數(shù)據(jù);③描述你的數(shù)據(jù)中不同波長的光是怎樣影響光合作用速率的;④討論你的數(shù)據(jù)是否支持你的預(yù)測;⑤提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案減小誤差的建議;⑥同行評(píng)審：結(jié)合同學(xué)的建議改進(jìn)你的實(shí)驗(yàn)方案。

2 《生物：生命的動(dòng)力》“實(shí)驗(yàn)板塊”編寫特色

2.1 實(shí)驗(yàn)文本體現(xiàn)安全教育和技能教育的統(tǒng)一

我國課程標(biāo)準(zhǔn)在教學(xué)建議中指出“安全使用實(shí)驗(yàn)器具和實(shí)驗(yàn)藥品是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能。教師應(yīng)強(qiáng)化安全教育，增強(qiáng)學(xué)生自我保護(hù)意識(shí)。同時(shí)，要注意實(shí)驗(yàn)室廢棄物的妥善處理?！痹摻ㄗh在我國教材中的體現(xiàn)并不明顯，僅個(gè)別具有危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)稍有警示提示，如葉綠體中色素的提取實(shí)驗(yàn)?！渡铮荷膭?dòng)力》教材在技能手冊中明確將實(shí)驗(yàn)安全、野外調(diào)查安全列入了科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)的板塊作為其技能的一部分。安全教育可以幫助學(xué)生熟識(shí)安全警示標(biāo)志、學(xué)會(huì)事故預(yù)防和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)急處理措施。除數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)外，其余三類實(shí)驗(yàn)步驟的第一步就是“閱讀并完成實(shí)驗(yàn)室安全表”（圖1），教師要檢查并簽字。在步驟標(biāo)題旁還附有相應(yīng)的安全警示標(biāo)志，其中“護(hù)目鏡”“洗手”這兩個(gè)安全警示標(biāo)志是幾乎所有動(dòng)手實(shí)驗(yàn)都有標(biāo)明而我國現(xiàn)實(shí)教學(xué)中似乎并未提及實(shí)驗(yàn)要注意保護(hù)眼睛。可見，美國教材在實(shí)驗(yàn)安全教育方面更為嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)范。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體現(xiàn)科學(xué)探究、健康生活和社會(huì)關(guān)注的統(tǒng)一

《生物：生命的動(dòng)力》“實(shí)驗(yàn)板塊”內(nèi)容選擇與我國倡導(dǎo)的促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展不謀而合，從科學(xué)探究、健康生活和社會(huì)關(guān)注三個(gè)層面（表2）為實(shí)現(xiàn)“全面發(fā)展的人”貢獻(xiàn)學(xué)科力量。通過科學(xué)探究，讓學(xué)生了解科學(xué)家的工作方式，學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)家探討生物學(xué)問題的思路和方法，初步具有科學(xué)探究的能力，學(xué)會(huì)用科學(xué)的概念來解釋自然界的現(xiàn)象和現(xiàn)實(shí)生活中的問題，形成科學(xué)的世界觀。生命科學(xué)是研究生命現(xiàn)象和規(guī)律的科學(xué)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)可以幫助人們實(shí)現(xiàn)對(duì)自身的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者對(duì)健康的關(guān)注并學(xué)會(huì)健康生活。例如，“可溶性纖維會(huì)影響膽固醇水平嗎？”“卒中后，蛋白質(zhì)是如何引起神經(jīng)細(xì)胞死亡的？”實(shí)驗(yàn)都與健康生活相關(guān)聯(lián)。生物學(xué)也承擔(dān)著幫助個(gè)人基于對(duì)生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，參與社會(huì)事務(wù)的討論，并能作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的責(zé)任，實(shí)驗(yàn)欄目也涉及了“污染如何影響美國樺尺蛾的黑化？”“世界上哪一區(qū)域的珊瑚礁正在被破壞？”等社會(huì)議題的討論。

2.3 實(shí)驗(yàn)編排體現(xiàn)開放性和引導(dǎo)性的統(tǒng)一

美版教材“實(shí)驗(yàn)欄目”編排的開放性不僅強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，更強(qiáng)調(diào)通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，如批判性思維和創(chuàng)造性思維。我國生物教材在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)步驟、思考與討論等方面充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引導(dǎo)性，但其開放性可進(jìn)一步提高。新版《生物：生命的動(dòng)力》37個(gè)“生物實(shí)驗(yàn)”在分析和討論環(huán)節(jié)后都提出了終極要求，以加大科學(xué)探究的開放力度，主要的終級(jí)要求分為“科技寫作”“技能應(yīng)用”“海報(bào)交流”三種（表3）。不同要求又結(jié)合探究主題有進(jìn)一步的細(xì)分，如技能應(yīng)用中又涉及同行評(píng)審，頭腦風(fēng)暴等內(nèi)容，海報(bào)交流可以是班級(jí)內(nèi)、班級(jí)間或以校園廣播的形式進(jìn)行，也可進(jìn)社區(qū)與居民交流。實(shí)驗(yàn)編排中增加開放性可使學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，像科學(xué)家一樣探索，并將科學(xué)探究轉(zhuǎn)化為科學(xué)實(shí)踐，在科學(xué)實(shí)踐中構(gòu)建生命觀念、鍛煉科學(xué)思維、最終形成社會(huì)責(zé)任感。

3 結(jié)語

科學(xué)探究和科學(xué)實(shí)踐是學(xué)習(xí)科學(xué)的有效途徑，科學(xué)探究讓學(xué)生成為獨(dú)立的思考者、學(xué)習(xí)者，教師在指導(dǎo)科學(xué)探究活動(dòng)中扮演重要角色，教材是教師實(shí)現(xiàn)有效指導(dǎo)的重要支持。新版《生物：生命的動(dòng)力》“實(shí)驗(yàn)欄目”結(jié)構(gòu)清晰、層次分明、內(nèi)容豐富、形式多樣，可為我國生物教材編寫及教師教學(xué)設(shè)計(jì)提供思路參考和啟發(fā)。