对比中美高中生物实验，探究理性思维

张惠惠+韦艳艳

摘 要 以我国人教版普通高中课程标准实验教科书生物《必修1·分子与细胞》和美国高中主流理科教材《生物·生命的动力》（《Biology.The Dynamics of Life》）中“温度对酶促反应的影响”实验为载体，对其知识内容进行分析研究，提出有助于发展学生理性思维的几点教学建议，为一线教师和学生提供帮助。

关键词 中美教材 理性思维 温度对酶促反应的影响

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

2014年4月，教育部颁布的《关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见》（以下简称《意见》）要求教师培养学生的核心素养。生物学科核心素养主要包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任四个方面的内容。其中，理性思维占有很大比重。然而实验是培养学生理性思维的重要手段，实验探究的过程就是培养学生理性思维能力的过程。所以，笔者以“温度对酶促反应的影响”这一实验为载体，通过对比分析，提出能够发展学生理性思维的几点建议。

1 对理性思维的解读

理性思维是指基于事实和证据，以严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力，能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。理性思维的具体体现为：在教材中设置一些有争议的问题，让学生在争议中发展自己的“理性思维”；以逻辑为指引进行实验设计和分析，让学生在实践中锻炼自己的“理性思维”；在课后习题中设置开放性的问题，让学生在练习中培养自己的“理性思维”。在生物实验中，理性思维体现为：能够根据之前所掌握的相关科学知识，提出合理的问题与假设，然后进行演绎与推理，验证假设，得出结论，并通过构建生物模型帮助学生理解相关知识。

2 中美教材中“温度对酶促反应的影响”实验的比较

生物学是一门自然科学课程，实验在其中占有很大的比重。本研究对比了美国高中主流理科教材《生物·生命的动力》（Biology.The Dynamics of Life）中“温度对酶促反应的影响”这一实验。在中美高中生物教材中都是要求学生必须掌握的重点实验，而且，都要求学生根据所给出的实验材料和仪器，自行设计实验，最后进行结果分析。

2.1 实验准备阶段的比较

美国教材起始设有实验前讨论，接下来实验准备阶段包括6个栏目，分别为问题、作出假设、目标、实验器材、安全警示和技能手册。其中教材直接提出了3个问题；然后让学生根据问题作出假设；并设有明确的实验目标；给出了实验材料（5 mm厚的土豆片、质量分数为3%的过氧化氢溶液）和实验器材；另外，还有安全警示和技能手册栏目。

中国人教版教材首先插入“加酶洗衣粉使用时需要适宜的温度氛围”这一实例，从而引发学生思索，提出本实验需要探讨的问题；接着小组内学生交流想探讨的问题，讨论这些问题是否有探究价值，将问题用文字表述出来，并简要说明与该问题有关的背景知识；其后，针对提出的问题作出假设，并说明作出假设的依据（酶一般是蛋白质，蛋白质的结构和性质你已经了解），将所作假设记录下来；最后，列出实验中可能用到的材料用具，根据实验方案自行删减。

通过对比分析两本教材发现，相比人教版教材，美国教材增设有实验目标、安全警示和技能手册栏目。实验目标的提出，使学生能够把控整个实验的目的，有助于学生制定更合理的实验方案。相比美国教材直接给出实验问题，人教版教材是通过“加酶洗衣粉使用时需要适宜的温度氛围”这一实例，引发学生思考、提出问题，有助于学生的逻辑思维能力和提出问题能力，从而发展学生的理性思维素养；针对所提出的问题，要求小组讨论，作出假设，有助于培养学生的合作学习能力和质疑能力。

2.2 实验设计阶段的比较

美国教材的实验设计根据实验假设进行选材，列出具体的实验步骤；另外，设有修正方案，与其他小组同学讨论，确定最终的实验方案；进行实验操作；实验后清洁与整理。

人教版的实验设计，起初设置了多个问题：本实验的自变量和因变量分别是什么？对照组如何设置？是否需要进行重复试验要求学生根据假设作出预期的实验结果；然后小组讨论，确定实验方案，并设计好数据记录表；最后进行实验操作。

通过对比得知，这两本教材实验设计的侧重点不同。美国教材更加注重实验操作中的细节；而人教版教材更加关注生物实验设计的基本要素，如设置自变量、因变量和对照组以及进行重复实验等。人教版教材的编排不仅助于学生设计掌握某个具体的实验，更能帮助学生归纳概括出设计探究性实验的方法，培养学生自主学习能力和设计实验的逻辑思维能力。

2.3 结果分析与讨论的比较

美国教材结果分析与讨论有五个步骤：描述实验结果；检验实验数据是否支持之前提出的假说；分析实验数据；因果推断，解释用过氧化氢作为消毒剂处理伤口，为什么伤口处会起泡；分析哪些因素会给实验结果带来误差。另外，教材穿插有运用技能栏目；通过改变变量，进一步实验，检测其他物体中是否存在过氧化物酶，达到举一反三的目的；而且，提供了网页链接，帮助学生拓展知识。

人教版中结果分析与讨论有分析结果、结论和应用表达和交流三个步骤。另外，设有进一步探究栏目，学生可以设计定量实验，根据实验数据绘制不同条件下酶活性的曲线图。

两国教材都增设有拓展实验，学生能够进一步学习相关知识和技能。相比人教版教材，美国教材回归生活实际，提问过氧化氢作为消毒剂处理伤口后起泡的原因，让学生运用所学到的生物学知识解释生活中的现象，培养学生解决实际问题的思维习惯和能力；并通过分析实验误差，使学生质疑实验操作中的不足，从而促使学生找到較少误差的改进方法，培养学生严谨的求知态度。人教版教材中最后有进一步探究栏目，学生可以自行设计定量实验，根据实验数据绘制不同条件下酶活性的曲线图，巧妙构建数学模型，建立起学科间的联系，并能够通过曲线图形象地解释温度与酶活性的关系。

3 教学中培养学生理性思维素养的建议

3.1 以“学生”为主，培养其自主学习能力

《普通高中生物课程标准》提出引导学生主动学习的课程理念。过去，应试教育一直是我国的主要教育方式，但是当今知识爆炸时代，应试教育的弊端愈发显著。教育改革力图促进学生学习方式的改变。教师在教学中的地位也发生了改变，教师不再是学生学习的主导者，而在教学中起引导和促进作用，只有学生才是学习的主体。在教学中，教师应该“用教材教，而非教教材”。例如，在“温度对酶促反应的影响”实验中，教师应充分利用教材穿插的生活实例，引导学生提出实验需要探究的问题，进而设计实验。这不仅使学生更准确的理解实验，还能培养学生自主学习和发现问题的能力。

3.2 教給学生一套思维的方法，而不仅是一个知识点

“授人以鱼，不如授人以渔”。学习知识固然重要，但是学会学习的方法更是可贵。在“温度对酶促反应的影响”这一实验的实验设计阶段，教师要引导学生回忆探究性实验的基本要素设置自变量、因变量和对照组以及进行重复实验等，归纳概括出实验设计的一般方法。那么，学生不仅学会设计这一个实验，更学会了设计这一类型的实验。培养一套严谨的逻辑思维方法对于发展学生的理性思维至关重要。

3.3 注重学科间知识渗透，巧妙构建生物模型

科学发展的历史告诉我们，没有学科间的相互渗透就没有科学。当然，生物学科与其他学科之间是相互渗透、相互联系的。例如，在“温度对酶促反应的影响”这一实验的进一步探究中，构建了数学模型，根据实验数据绘制出不同条件下酶活性的曲线图，建立数学与生物学科间的联系。生物学科有三大模型：物理模型、数学模型和概念模型。基于生物学知识运用模型与建模等方法，探讨、解释生物现象及规律是理性思维的重要方法。

理性思维是生物学科核心素养的重要内容。对于发展学生的理性思维，笔者在教学中，首先，教师要中以学生为主体，引导学生自主学习；注重对学生学习方法的传授，而不单单局限于具体知识的教学，注重学科间知识渗透，巧妙构建生物模型。

参考文献：

[1] 徐达.学科核心素养视角看美国高中生物主流教材——以“免疫系统”为例[J].中学生物学，2016，32（3）：63-64.

[2] 刘次全.学科间的相互渗透和未来生物学[J].生物科学信息，1991，（2）：39-40.