宋以梅 朱家華

摘要：立足對(duì)2019年版人教版、青島版新教學(xué)用書的比較，從該實(shí)驗(yàn)在教材中的編排位置、實(shí)驗(yàn)材料用具、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、教材邏輯與內(nèi)容風(fēng)格、對(duì)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育五個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而提出如何優(yōu)化該實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示與建議。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教材比較，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

伴隨《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）的推行，2019年秋季，部分省份開始使用新編高中生物學(xué)教材開展教學(xué)。其中，由人民教育出版社編寫的《普通高中生物學(xué)教科書》（下稱“人教版”）是使用范圍最廣、最具代表性的新版高中生物學(xué)教學(xué)用書。除該版教材之外，有的省市也以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，編排并試用了若干地方教材，如由青島出版社出版的“普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助用書”《生物學(xué)》（下稱“青島版”）等。

在課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，人教版和青島版高中生物學(xué)教科書的知識(shí)體系大致相同，內(nèi)容結(jié)構(gòu)也較為相似，而在內(nèi)容呈現(xiàn)、教材邏輯、欄目編排、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中則各自彰顯特色。生物學(xué)具有科學(xué)課程和實(shí)驗(yàn)課程的雙重屬性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)科特色的重要體現(xiàn)。在高中階段，“檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)是第一個(gè)涉及物質(zhì)檢測(cè)的探究實(shí)踐活動(dòng)，該實(shí)驗(yàn)在整個(gè)高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用并且有著特殊意義，能夠幫助學(xué)生掌握一些基礎(chǔ)的探究性實(shí)驗(yàn)技能，在引導(dǎo)學(xué)生形成“細(xì)胞由多種多樣的分子組成”概念的同時(shí)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。通過對(duì)2019年新版人教版和青島版教材的對(duì)比分析，探討兩版教材該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特色，管窺教材的編排特色，并為教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

1 人教版與青島版實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較分析

“檢測(cè)生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)”在兩版教材中均屬于必修1模塊“分子與細(xì)胞”的第二章第一節(jié)“細(xì)胞中的元素和化合物”章節(jié)范圍，兩版教材均將本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為探究實(shí)踐活動(dòng)。下面從該實(shí)驗(yàn)在教材中的編排位置、實(shí)驗(yàn)材料用具、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、教材邏輯與內(nèi)容風(fēng)格、對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培育5個(gè)方面切入，對(duì)兩版教材進(jìn)行了比較分析。

1.1 實(shí)驗(yàn)在教材中的編排位置的比較分析

人教版教材中，“檢測(cè)生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)”是全書第二個(gè)實(shí)驗(yàn)。在此之前，學(xué)生僅進(jìn)行了“使用高倍顯微鏡觀察幾種細(xì)胞”的實(shí)驗(yàn)。而青島版中，學(xué)生則完成了“使用高倍顯微鏡觀察幾種細(xì)胞”和“觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。因此，在“檢測(cè)生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)”中，由于需使用顯微鏡觀察花生子葉的染色裝片，使用青島版教材學(xué)習(xí)的學(xué)生在該操作中或相對(duì)更為熟練。當(dāng)然，無論對(duì)于哪版教材，該實(shí)驗(yàn)均是第一次利用顏色反應(yīng)來鑒定物質(zhì)，從學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解水平方面講，兩版教材的學(xué)習(xí)起點(diǎn)是相同的。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料用具的比較分析

在中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)材料的選擇應(yīng)考慮是否現(xiàn)象明顯、取材方便、成本低廉、綠色環(huán)保等因素。在“檢測(cè)生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)”中，應(yīng)考慮：實(shí)驗(yàn)材料是否含有豐富的還原糖、脂肪、蛋白質(zhì);實(shí)驗(yàn)過程中是否容易出現(xiàn)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果或妨礙觀察的其他情況。本實(shí)驗(yàn)需要通過顏色變化推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，實(shí)驗(yàn)材料的顏色應(yīng)盡量純凈，便于觀察。人教版教材共提供了7種實(shí)驗(yàn)材料，分別是“梨勻漿、葡萄糖勻漿、白蘿卜勻漿、花生種子、豆?jié){、鮮肝提取液、雞蛋清稀釋液”;青島版也提供了7種實(shí)驗(yàn)材料，分別是“植物油、雞蛋、梨、馬鈴薯、花生、大豆、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的葡萄糖溶液”，對(duì)兩版教材選用實(shí)驗(yàn)材料的比較分析見表l。

在實(shí)驗(yàn)試劑的選用上，兩個(gè)版本教材大同小異，對(duì)還原糖的檢測(cè)使用斐林試劑，對(duì)蛋白質(zhì)的檢測(cè)使用雙縮脲試劑。在脂肪檢測(cè)方面，人教版教材刪掉了老版本教材的“蘇丹Ⅳ染液”，只強(qiáng)調(diào)使用蘇丹Ⅲ染液進(jìn)行鑒定，并規(guī)范了蘇丹Ⅲ染液的濃度（0.01g/mL），使得生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的“定量”思想更加凸顯，也更便利師生操作;青島版教材則僅是提到使用蘇丹Ⅲ染液或蘇丹Ⅳ染液進(jìn)行鑒定，并未明確濃度。還應(yīng)提及的是，青島版教材提供了馬鈴薯材料及碘液試劑，這實(shí)際上是使用碘液檢測(cè)淀粉的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。人教版在舊版教材中也有這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，而新版教材中則刪減了該內(nèi)容，青島版雖保留了該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，但在實(shí)驗(yàn)原理的介紹中，并未提及“淀粉遇碘液變藍(lán)”的原理，學(xué)生在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可能產(chǎn)生困惑。

除此之外，兩版教材在實(shí)驗(yàn)材料用具的內(nèi)容呈現(xiàn)上也存在細(xì)節(jié)差異，人教版將材料與用具分開呈現(xiàn)，分別介紹了實(shí)驗(yàn)材料、儀器、試劑，青島版則是籠統(tǒng)介紹的，相較而言，人教版在該方面更加條理，更人性化。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的比較分析

兩個(gè)版本的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有較為明顯的區(qū)別。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，人教版教材以探究性實(shí)驗(yàn)為主，即在實(shí)驗(yàn)伊始，教師需先向?qū)W生講解糖類、脂肪和蛋白質(zhì)在鑒定過程中顏色變化的原理;然后，提供成分未知的各種實(shí)驗(yàn)材料，引導(dǎo)學(xué)生自主選材，先預(yù)測(cè)或假設(shè)其中所含物質(zhì);再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè);最后，依據(jù)顏色反應(yīng)原理，學(xué)生根據(jù)觀察到的結(jié)果作出結(jié)論。可以看出，人教版的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了探究性實(shí)驗(yàn)的一般邏輯，即“提出問題一作出假設(shè)一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一收集證據(jù)一得出結(jié)論”。

青島版則將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括“己知成分的檢測(cè)”與“樣品未知成分的檢測(cè)”兩部分。其中，“己知成分的檢測(cè)”遵循驗(yàn)證性試驗(yàn)的一般思路，即實(shí)驗(yàn)開始之前，教師先把三種材料中的主要化合物告知學(xué)生（葡萄糖溶液富含還原糖、雞蛋清稀釋液富含蛋白質(zhì)、植物油富含脂肪），并要求學(xué)生根據(jù)顏色反應(yīng)原理對(duì)結(jié)果作出預(yù)測(cè)，然后引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證結(jié)論。而“樣品未知成分的檢測(cè)”則與人教版教材的實(shí)驗(yàn)思路較為類似，要求學(xué)生從其他實(shí)驗(yàn)材料中選擇一種進(jìn)行成分檢測(cè)，并完成對(duì)如表2所示的表格的填寫。與人教版相比較，這一部分的探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對(duì)較為簡(jiǎn)略，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的呈現(xiàn)上主要體現(xiàn)了對(duì)“作出假設(shè)”“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”“得出結(jié)論”環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)難度相對(duì)較大。

應(yīng)當(dāng)說，兩本教材對(duì)該實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和設(shè)計(jì)各具特色。相比而言，青島版教材比人教版教材內(nèi)容更顯復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)雖有循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過程，但整體難度略高，對(duì)教學(xué)時(shí)長(zhǎng)的要求更長(zhǎng)，對(duì)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后達(dá)到的學(xué)習(xí)水平要求更高。人教版教材更適合面向全國(guó)范圍內(nèi)的學(xué)生平均水平的學(xué)習(xí)要求，青島版則適宜于面向一定區(qū)域內(nèi)相對(duì)學(xué)習(xí)水平較高的學(xué)生學(xué)習(xí)。

1.4 教材邏輯與內(nèi)容風(fēng)格的比較分析

在教材中實(shí)驗(yàn)的編排邏輯上，人教版依據(jù)“實(shí)驗(yàn)原理一目的要求-材料用具-方法步驟-討論”的邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，其中，對(duì)于“實(shí)驗(yàn)原理”部分并未以小標(biāo)題的形式顯化呈現(xiàn).青島版以“實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理-材料器具-方法步驟-思考討論”的邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，兩版教材在實(shí)驗(yàn)的編排邏輯上基本一致。

在內(nèi)容風(fēng)格上，兩版本教材存在一定的差別。青島版教材內(nèi)容風(fēng)格更加簡(jiǎn)略，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中“應(yīng)當(dāng)做什么”;人教版教材內(nèi)容風(fēng)格更突出細(xì)節(jié)，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中“經(jīng)歷并領(lǐng)悟到什么”。例如，人教版教材專門配有三種待測(cè)物質(zhì)顏色變化的插圖等，教材顯得生動(dòng)形象;人教版教材使用了多種行為動(dòng)詞引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過程和體會(huì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如“觀察”“交流”“發(fā)現(xiàn)”，既重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程，又重視實(shí)驗(yàn)后的交流和反思，這在青島版教材中是相對(duì)少見的。

1.5 對(duì)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育效果的比較分析

立足發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的視角審視兩版教材的實(shí)驗(yàn)編排，兩版教材均在實(shí)驗(yàn)中滲透了對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的全面培育。例如，在生命觀念方面，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷和體會(huì)實(shí)驗(yàn)過程，加深對(duì)生命的物質(zhì)觀的認(rèn)識(shí)，以細(xì)胞為單位的生命體，其組成元素和化合物，既和自然界有著普遍聯(lián)系，又有著特殊性;在科學(xué)思維方面，引導(dǎo)學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行求真質(zhì)疑，像科學(xué)家一樣思考、求證，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行總結(jié)概括;在科學(xué)探究方面，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的一般過程，設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用動(dòng)手操作能力、表格設(shè)計(jì)能力、溝通交流能力等，完成實(shí)驗(yàn)探究;在社會(huì)責(zé)任方面，通過實(shí)驗(yàn)操作和學(xué)習(xí)，在生活中能夠做到合理膳食，并給他人提供正確的飲食建議，等等。人教版教材的內(nèi)容編排中，對(duì)于學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透更為細(xì)膩。例如，兩版教材實(shí)驗(yàn)最后均設(shè)計(jì)了思考題，人教版教材的思考題更注重立足學(xué)科核心素養(yǎng)的角度，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷、體悟和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的遷移應(yīng)用;青島版則更注重學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)本身的深度理解，見表3。

2 對(duì)“糖類、脂肪和蛋白質(zhì)檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

通過兩版教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的比較分析，筆者對(duì)如何開展“生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了反思，并得到如下啟示和建議。

2.1 澄清實(shí)驗(yàn)原理，適度選材

本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于糖類的檢測(cè)實(shí)際僅是對(duì)“還原糖”的檢測(cè)，對(duì)淀粉等多糖并未進(jìn)行檢測(cè)，而一些實(shí)驗(yàn)材料既含單糖又富含多糖的。在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)注意澄清這個(gè)要點(diǎn)，避免引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生迷思概念。此外，實(shí)驗(yàn)所用的斐林試劑和雙縮脲試劑成分相似，但實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)原理不同，在實(shí)驗(yàn)原理中應(yīng)當(dāng)盡可能說明，還原糖將斐林試劑中的Cu（OH）₂溶液還原成了磚紅色Cu₂O沉淀（需要水浴加熱），而蛋白質(zhì)與CuSO₄溶液發(fā)生紫色反應(yīng)（NaOH溶液僅僅是為該反應(yīng)提供堿性環(huán)境）。

在實(shí)驗(yàn)材料的選擇上，教師可以對(duì)兩版教材所提供的材料借鑒使用，材料不一定多多益善，但一定要適用，對(duì)于一些現(xiàn)用現(xiàn)配的實(shí)驗(yàn)材料，應(yīng)當(dāng)提前備好相應(yīng)處理用具，包括提前配好足量的實(shí)驗(yàn)試劑等。有研究表明，葡萄糖溶液、白蘿卜勻漿、植物油、花生種子、雞蛋清稀釋液、馬鈴薯在實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)象較好且效果穩(wěn)定。

2.2 注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可探究性，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中“有所參與、有所領(lǐng)悟”

“糖類、脂肪和蛋白質(zhì)檢測(cè)”既可設(shè)計(jì)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，亦可設(shè)計(jì)為探究性實(shí)驗(yàn)?！缎抡n標(biāo)》強(qiáng)調(diào)，生物學(xué)教學(xué)應(yīng)當(dāng)以學(xué)生為主體，注重教學(xué)過程的實(shí)踐性。本實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)教學(xué)中第一個(gè)具有較強(qiáng)探究意義的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)難度相對(duì)較低。因此，在教學(xué)中，更適宜于設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷探究性學(xué)習(xí)的一般過程，在一定程度上發(fā)展學(xué)生的探究能力，打好高中階段探究性學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。教學(xué)中，教師尤其注重學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后的交流、評(píng)價(jià)，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)成果的遷移應(yīng)用，讓學(xué)生既能夠深度參與實(shí)驗(yàn)過程，也能夠站在更高的視角上對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行反思，“有所參與、有所領(lǐng)悟”，達(dá)到學(xué)以致用。

2.3 積極探索和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，全面發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)

隨著技術(shù)和理念的進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)方法也在不斷改進(jìn)，例如，已有研究者提出了計(jì)算機(jī)輔助法、引導(dǎo)一探究法、交互實(shí)驗(yàn)法等實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法或模式。近年來，傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，甚至人工智能等也開始在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)領(lǐng)域投入應(yīng)用。在生物學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的選擇要依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生需求、客觀條件等，采用多種方法結(jié)合的方式，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的教學(xué)效果。在“糖類、脂肪和蛋白質(zhì)檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理的講授、小組學(xué)習(xí)成果的分享等，教師都可以通過技術(shù)手段優(yōu)化教學(xué)效果，甚至轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式。探索和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的限度則應(yīng)當(dāng)立足全面發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，以最恰當(dāng)、最可行、學(xué)生最易接受的方式開展教學(xué)。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的過程，就是學(xué)科核心素養(yǎng)得到發(fā)展的過程，實(shí)際上就是“知”“意”“行”“情”有機(jī)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)發(fā)展的過程。