中美高中生物教材中“影响酶活性因素实验”的比较研究

□孙安静 曹志江

中美高中生物教材中“影响酶活性因素实验”的比较研究

□孙安静 曹志江

文章通过对“人教版”高中生物教材《必修1·分子与细胞》和美国高中生物教材《Biology-Prentice Hall》中影响酶活性因素的实验进行比较，分析中美教材在编写方式上的异同，从而对中美教材中这个实验的特色作出评价，为中外教材的相互借鉴和中学生物实验教学提供一些理论依据。

中美生物教材；实验比较；影响酶活性的因素

一、影响酶活性因素实验在教材中的地位

探究“影响酶活性的条件”实验是“人教版”高中生物教科书《必修1·分子与细胞》第五章第一节的实验，是学生在学习了“酶的作用和本质”以及“酶的特性”之后安排的一个探究性实验，也是本册教材中较重要的一个引导学生自己设计实验的探究性实验。“探究温度对酶活性的影响”是美国高中生物《Biology-Prentice Hall》第一单元第二章第四节“化学反应和酶”中的探究实验，能够很好地培养学生科学设计实验的能力。

该实验在国内外教材中位置较前，都属于重点安排和设计的实验。此实验可以设计成演示实验、验证实验以及探究性实验等多种形式。通过本节内容可以很好地培养学生依据实验目的，操纵和控制实验变量，限制和控制无关变量，观察和测量因变量的科学方法，对实验结果进行科学的分析和讨论。

二、实验内容的比较

1.实验类型的比较

探究影响酶活性因素实验在中美教材中最主要的不同之处是探究方式的差异。虽然都是探究性实验，人教版教材中这个实验为引导式探究，探究时给学生提供将要研究的问题的情境、解决问题所要使用的材料，并且通过一系列问题引导学生科学地设计实验、进行实验，但不提供预期结果。学生要根据收集到的数据进行分析，发现某种联系，找到问题的答案。人教版教材通过介绍一个完整的探究过程，让学生了解科学探究的方法和本质。美国版教材中，这个探究活动为半自主、半开放式，教师给学生搭了脚手架：先提出问题，列出实验材料和用具，但不主动给出设计方案，让学生自己提出假设并且设计实验。

不同的是，美国教材在引导学生设计实验时，通过给出观察过氧化氢酶的反应实验，较为直观地体现了实验材料与过氧化氢酶之间的联系，让学生以此做出假设并根据实验材料设计实验。这对学生根据实验材料设计实验，起到了很好的引导和铺垫作用，让学生了解怎样通过实验来验证假设。人教版教材中的引导式探究实验，可以使学生通过此次实验的学习能触类旁通，学会其他形式的探究，但是如果没有很好的引导或者提供可供参考的实验设计让学生学习，学生很难自己根据实验材料和器材设计出科学的实验设计。而美国版教材中半开放式探究性实验则处理得很好，一方面让学生有独立思考的余地，另一方面可以避免学生在制定计划与策略上花太多的时间。当然，这两种教材中的探究性实验都注重了对学生发散性思维的培养和主体性地位的提升。

2.实验题目的比较

美国版教材设计了探究温度对酶活性的影响实验，人教版教材设计了探究影响酶活性的条件的实验。因为影响酶活性的因素有很多种，温度属于其中的一种，所以美国版教材只是探究了其中一种因素——温度，而人教版教材从给出的实验材料和用具看，包括温度和pH值两种因素。因此，人教版的实验题目可以囊括美国版的实验题目，但总的来说都是探究影响酶活性因素的实验。

3.能力培养的比较

在美国版和人教版教材中，影响酶活性因素实验都设计成探究实验，因此，探究能力的培养是两套教材中要重点实现的培养目标。美国教材在培养探究能力的同时，又强调了对做出假设、推理预测能力的培养。而人教版教材虽然没有明确列出培养目标，却完整地体现了培养学生设计科学的探究性实验的能力的过程。

4.材料用具的比较

美国版、人教版两套教材中在实验材料和器材的选用上有一个共性，即教材中此实验所用到的器材都非常便捷、经济、简单。如美国版教材中使用的生猪肝、有盖培养皿、移液滴管、肝脏研磨液、量筒、烧杯、滤纸片、镊子等材料都非常经济易得，所使用的实验器材都较为简单。人教版教材中使用的新鲜的肝脏（如猪肝，鸡肝）研磨液、可溶性淀粉溶液、过氧化氢溶液、盐酸、氢氧化钠溶液、热水、蒸馏水、冰块、碘液、试管、量筒、小烧杯、大烧杯、滴管等在生物实验室中也简单易得、操作简便。

5.提出问题与做出假设的比较

美国教材属于半自主式实验，是直接给出探究的问题，并且在实验设计的第一部分中，通过给出观察过氧化氢酶的反应实验，较为直观地体现了实验材料与过氧化氢酶之间的联系，这对学生根据实验材料设计实验、做出假设起到了很好的引导和铺垫作用。而人教版教材给出了一段关于酶的特性的并且与现实生活紧密相关的文字材料，让学生以此提出问题，做出假设。由此可见，人教版教材注重培养学生在现实生活中发现问题、提出问题的能力，这一点对于探究式学习很重要。

6.设计实验的比较

美国教材是根据实验设计的第一部分的观察过氧化氢酶的反应实验引导学生设计实验，并且给出了设计实验的提示，包括：控制变量，重复实验，实验材料以及实验方法的选择要注意环保可重复利用，设计记录实验数据的表格，做出实验结果图，还要注意实验后材料的处理。最后强调了实验设计必须经过老师的许可后方可操作。人教版教材是通过一系列的问题串引导学生怎样选择实验材料，怎样设置变量、控制变量、设置对照组、设置重复试验以及设计记录实验的表格。但没有提及学生设计的实验必须经过老师审核同意后才能操作。这体现了美国教材较为注重教师对于学生设计的实验的指导和引导作用，并且关注到了实验设计的可行性评价，而中国教材则没有体现这一观念。两个教材在编写上都体现了探究实验在做实验设计时引导锻炼学生运用依据实验目的，操纵和控制实验变量，限制和控制无关变量，观察和测量因变量的科学方法。最后美国教材中要求学生的实验设计要包括对实验后的材料进行一个规范性处理，而中国教材则没有提醒学生设计实验时要注意试验后材料的回收处理。

7.实验过程的比较

在实施实验环节，中美教材都要求学生按照实验设计实施实验，并且注意实验安全。不同的是美国教材的实验安全提示更为具体，其中包括注意实验安全、合理选择实验材料、合理选择实验器具和实验方法等。可见美国教材更为注意学生的实验安全，这一点值得我们学习借鉴。

8.分析结果与评估交流的比较

中美教材都以问题的形式引导学生对实验结果进行分析，得出结论，并且都联系了生活实际，让学生更好地理解并运用结论，体现了学以致用的理念，加深了学生的学习印象。关于实验评估反思方面，美国教材提示了学生要对可能造成实验错误的来源进行分析。人教版教材则是要求学生与其他小组进行交流、反思和修改，都注重培养学生的反思与表达交流的能力。

9.继续研究的比较

在实验的最后，中美教材都联系了生活实际，对此实验提出了更具拓展性的问题，希望以此鼓励和激发学生的学习兴趣，并强化学生对实验设计的迁移和运用。

三、结论与启示

1.重视探究能力的培养

人教版教材中这一实验属于引导式探究实验。整个过程完全按照科学探究的流程设计，引导学生根据材料提出问题，做出假设，设计实验，实施实验，分析结果，得出结论，表达交流。这有利于培养学生的科学探究能力，促进学生之间的合作和交流。美国教材中这一实验属于半自主式探究实验。美国教材在实验设计的第一部分前中通过给出观察过氧化氢酶的反应实验，较为直观地体现了实验材料与过氧化氢酶之间的联系，这对学生根据实验材料设计实验，做出假设起到了很好的引导和铺垫作用。最后在引导学生设计实验环节给出问题和一系列提醒。引导学生关注实验设计的方法及具体观察指标的确定和记录，明确按照探究性学习的步骤提出问题要学生思考、讨论，通过学生自己设计和修正实验并加强对探究性实验各个环节的落实，同样有利于学生掌握科学方法。探究能力是高中生物学习中需要掌握的一个重要的能力，中美教材都较好地体现了这一理念。表明了中美两国对于生物方面的人才培养方面能达成一致，而探究能力也的确是优秀人才所具有的不可或缺的能力之一。

2.注重安全意识和环保意识的培养

两本教材均有关于实验安全性的提示。美国教材实验部分的“安全警示”提示透出浓浓的人文关怀，如在此实验中提到了在使用刺激性的化学药物的时候，需要穿上围裙，戴上手套和安全的护目镜；人教版教材学生用书中则没有出现相关的提示，需要教师在指导学生实验时提醒学生。笔者认为像这样的提示性内容可以在学生用书中提及，这样可以更好地教会学生树立实验安全意识和自我保护的意识，在这一点值得我们像美版教材学习和借鉴的。此外，美国的实验提示中关于实验药品的回收与处理的内容体现了环境保护的思想，而人教版教材中则没有体现。因此，我们在今后的教材编写中可以学习借鉴美国教材增加这部分的内容，培养学生的环保意识。

[1]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书：生物·必修一·分子与细胞[M].北京:人民教育出版社,2007:83-84.

[2]Kenneth R.Miller,Joseph S.Levine.Biology-Prentice Hall[M]. Pearson Prentice Hall,2008:54-55.

[3]俞婷.中美生物学教材中淀粉酶作用实验比较研究[J].中学生物学.2014,30(4):60-62.

（编辑：杨 迪）

本文系教育部“南京师范大学卓越中学教师培养改革项目”的阶段性成果。

G633.91

A

1671-0568（2016）36-0026-02

孙安静，南京师范大学教师教育学院硕士研究生；曹志江，南京师范大学教师教育学院副教授，硕士生导师。