新人教版生物学《分子与细胞》实验内容的变化

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  摘   要
  人教版《分子与细胞》模块在延续实验版教材实验编排思路的基础上,对实验项目安排及实验内容进行了适当的调整:精炼实验内容,注重培养学生生物学学科核心素养;完善材料用具,降低实验成本和取材难度,可选择材料用具更多样化;增加实验图片数量,提高图片质量;实验讨论题的表述更明确、规范。
  关键词
  生物学  分子与细胞  实验内容
  《普通高中生物学课程标准》(2019年版)在教学实施建议中阐明:“加强和完善生物学实验教学,实验教学是生物学课程的特点,也是生物学教学的基本形式之一。”可见实验教学是生物学教学中不可缺少的一部分。实验教学对学生理解生命中的生物学现象、吸收生物学知识、提高解决问题能力、培养理性思维、体验科学探究的一般方法和过程都有着极其重要的作用。本文就2017年版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》(以下简称“新版必修1”)在实验内容方面的变化进行简要解析,为中学生物学实验教学提供参考。
  一、实验内容更加精炼
  新版必修1在实验项目方面综合考虑实验的难易程度和繁杂程度后将内容进行了增加、删减和替换。实验项目数量由14项减少到12项,删除实验版教材中“观察DNA和RNA在细胞中的分布、体验制备细胞膜的方法、细胞大小与物质运输的关系”三项实验,新增“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”实验。“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”在原教材实验内容的基础上,删除观察线粒体的实验内容,增加观察细胞质的流动的实验内容。新教材对实验主题的表述更准确,“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”表述为“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”,前者中的“分生区组织细胞”指向模糊,目标不明确,用“分生组织细胞”可以使学生有目的去寻找观察目标,有利于实验顺利进行。
  在实验栏目方面,新版必修1将“实验、模型建构、探究”这三个栏目合并成“探究·实验”栏目,鼓励教师对相应的实验活动进行规划和设计,融入探究成分,开创探究空间,注重生物学学科核心素养的培养。“尝试制作真核细胞的三维结构模型”实验由“模型建构”栏目更改为“探究·实践”栏目,提高了实验的要求,在活动过程中,要求学生亲自动手做出模型,小组成员之间要团结合作、积极创新。
  二、实验材料用具的修改和完善
  实验材料用具包括实验对象和实验操作过程中所需的器材、试剂。材料用具是教师进行实验教学设计和开展实验不可或缺的内容,材料用具的选择对实验准备和实验开展所需时间以及实验经费等都有极大的影响,同一个实验采取不同的材料用具可能会产生不一样的实验现象,因此材料用具在很大程度上决定了实验的开展率和成功率。新版必修1的实验材料用具在实验版教材的基础上进行了调整和完善。
  在“使用高倍显微镜观察几种细胞”实验中,实验材料删除“蛙的皮肤上皮细胞”,新增“人体组织切片、血涂片、植物永久切片”“生理盐水”,大大降低了实验成本和取材难度,增加多种类型切片的观察使得实验的操作更加简单、便捷,大大提高了实验效率。
  在“检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质”实验中,删除“苹果匀浆、马铃薯匀浆”实验材料,新增“葡萄匀浆、白萝卜匀浆、鸡蛋清稀释液”。“肝脏研磨液”更换为“鲜肝提取液”,“双面刀片”替换为“刀片”。删除“苏丹Ⅳ溶液”,说明了“苏丹Ⅲ染液”的使用浓度。葡萄和白萝卜富含还原糖且匀浆后为白色,葡萄匀浆只需用纱布包裹葡萄后进行挤压即可,匀浆的获取简单、快速。鸡蛋清稀释液透明无色且富含蛋白质,可提高实验的成功率。
  在“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”实验中,实验材料增加了“番薯叶、刀片、培养皿、台灯、铅笔”,删除“健那绿染液、消毒牙签”,番薯叶常见且简单易得,避免了因实验材料难获取而影响实验活动的开展。
  在“影响酶活性的条件”实验中,要求用“新配置”的淀粉酶溶液,避免因溶液放置时间过长,酶活性降低而影响实验结果。实验新增了“缓冲液”试剂,用“物质的量浓度”替换了“质量分数”的度量方法。利用化学反应进行定量分析时,用物质的量浓度来表示溶液组成更为方便。在“绿叶中色素的提取和分离”实验中,删除了“93号汽油”可代替层析液的方法,降低操作的危险,确保实验安全进行。
  在探究“环境因素对光合作用强度的影响”实验中,实验材料新增了吊兰、米尺,并鼓励有条件的学校使用化学传感器测量氧气的浓度。学生可以通过改变台灯与植物之间的距离来控制光照强度,米尺能准确的测量台灯与植物之间的距离,培养学生严谨的科学态度。传感器可以进行快速检测且测量误差小,还可以将检测的信号以图片和表格的形式呈现实时动态的实验数据,帮助学生在分析、推理和概括的过程中培养科学思维能力。
  三、实验图片更加丰富和清晰
  在实验教学中,正确且合理的使用插图能将文字变得生动、形象,使学生更好地理解生物学实验原理,将知识与实验内容结合,激发学生的联想思维,帮助学生养成积极关注生活积累生物学素材的习惯,从而达到事半功倍的教学效果。实验版必修1的实验内容部分总共有26张图片,平均每项实验1.8张图片,新版必修1的实验部分总共有25张图片,平均每项实验2张图片,新版必修1实验图片数量增加。下文对新版和实验版必修1中各个实验的图片进行对比和分析。
  实验一:使用高倍显微镜观察几种细胞。新版必修1删除了大肠杆菌结构模式图,用大肠杆菌的彩色电鏡照片替换了原来的黑白电镜照片,并且分别展示了大肠杆菌的扫描电镜和透射电镜照片;通过不同电镜下大肠杆菌照片的对比,学生能说出扫描电镜照片和透射电镜照片的区别,通过教师的讲解,初步了解不同电镜的成像原理,开阔学生的视野。此外,电镜照片还标明了大肠杆菌的放大倍数,促使学生养成严谨的科学态度。
  实验二:检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。新版必修1删除了实验版教材中实验检测记录表,新增三张实验结果图,分别是还原糖、脂肪、蛋白质与检测试剂反应后的呈色反应图,每个反应都设置了空白对照。将文字描述配以颜色反应的结果图进行展示,使学生认知与感官相结合,增强体验感。新版必修1中展示的实验结果图可为学生的实验结果提供参考,进而分析自身实验成败的原因。   实验三:用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。新版必修1删除了观察线粒体的活动,因而删除了高倍显微镜下的线粒体图片。高倍显微镜下黑藻的叶绿体图片替换了原来图片,并且放大倍数达到1000倍,保证了图片的清晰度,图注的语言描述与实验版教材相比也更加的严谨、细致。
  实验四:尝试制作真核细胞的三维结构模型。新版必修1删除了北京自然博物馆展出的细胞模型图,将北京市某中学制作的细胞模型图删去了图片的背景,使得图片的色调搭配更加和谐、美观,在感官上吸引学生的注意力,激发学生亲自动手尝试、进行模型制作的想法,有助于实验活动的开展。
  实验五:植物细胞的吸水和失水。实验版必修1中,两张图片并不是发生质壁分离前、后同一观察视野的细胞图片,因此,做图片对比观察不科学,学生可能会误认为发生质壁分离后,细胞的形状、大小都发生了变化。新版必修1中该实验是两张发生质壁分离前、后的细胞处于同一观察视野的图片,方便学生迅速对同一细胞的前后状态进行对比,理解质壁分离的本质。
  实验六:比较过氧化氢在不同条件下的分解。新版和实验版必修1都展示实验装置和操作的模式图,但新教材的图片差异对比更加明显、更加真实,增加了实验的趣味,容易激发学生的学习兴趣。
  实验七:淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用。新版必修1将实验操作过程中实验组和对照组需要加入的溶液或试剂以表格的形式列出来,这样在实验过程中可以很清楚的知道每根试管中应加入何种溶液,降低实验操作的出错率。
  实验八:影响酶活性的条件。实验版必修1中该实验的图片展示了pH试纸及数值表,但是从图片中可以发现pH大于9的标准pH试纸颜色显示很相近,几乎无法区分。新版必修1的图片清晰展示了采用pH试纸测量具有不同pH溶液的显色现象图,以及标准pH试纸显色图。pH试纸测量的结果可以很容易的与标准比色纸进行颜色比较,找出对应的pH值。pH试纸的质量有了很大的提高,为学生实验结果提供了很好的参照。
  实验九:探究酵母菌细胞呼吸的方式。新版必修1在该实验中新增了一张酵母菌的电镜照片,并标明了放大倍数,将原有的实验装置图进行重新绘制,呈现出的效果更逼真,调动了学生多种感官参与,使学生有更好的阅读感受。
  实验十:滤液中色素的提取和分离。在滤液色素的分离过程中,很多同学很容易错误地直接将绿叶细线触及到层析液中,导致实验失败,实验结果不明显。新版必修1在该实验中增加了分离绿叶中色素的实验装置图,以图片配合文字的形式指导学生分离绿叶中的色素,并在图片中标出了滤液细线和层析液页面的上下关系,引起学生的注意,帮助学生理解文字内容,降低实验的失败率。
  实验十一:环境因素对光合作用强度的影响。实验版必修1在该实验中用纯文字表述,没有图片。新版必修1在该实验中增加了一张实验操作图——学生正在用打孔器打出圆形小叶片,帮助学生正确使用打孔器,同时,带给学生亲切感,拉近实验课堂与学生之间的距离。
  实验十二:观察根尖分生组织细胞的有丝分裂。新版必修1在该实验中更改了原有表格单调的样式,将表头与表格内容相区分,使得表格看起来更美观、整洁,富有立体感,吸引学生注意力,帮助学生更好地总结、归纳观察结果。实验中还新增了显微镜下洋葱根尖细胞有丝分裂图,学生可以将自己观察到的结果与之进行对比,看看自己是否也观察到了处于细胞周期中不同时期的细胞。
  四、讨论题的修改和完善
  讨论题的合理设置能够帮助学生及时回顾实验过程,分析实验结果,明晰实验原理,将分散的知识点升华成具体的生物学概念,构建出完整的知识结构体系,鼓励学生在实验过程中不断质疑不断思考,形成批判性的科学精神。
  将新版与实验版必修1的实验讨论题进行对比后发现,对于同一实验的讨论题,新版必修1的描述更加明确、规范。如在使用高倍显微镜观察几种细胞的实验中,删除了大肠杆菌模式图,学生观察的结果直接与实物图进行比较,引导学生尊重事实,养成严谨的学习态度。在绿叶中色素的提取和分离实验中,实验版必修1在该实验中的讨论题:“滤纸条上有几条不同颜色的色带?其排序怎样?宽窄如何?这说明了什么”,其中“这”的指代不明确,指色素带的条数,还是色素带的排序,还是色素带的宽窄,还是三者都有?出现了用语不规范,新版必修1中将色带替换成色素带。
  新教材的讨论题偏向于对学生生物学学科核心素养的渗透。如在用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动实验中,不仅要求学生描述叶绿体的形态和分布,还要让学生分析它的形态和分布与功能有什么关系,激励学生思考结构特点与其功能之间的联系,帮助学生形成结构与功能观,进而学生能用生命观念去认识、解释实际生活中的其他生命现象。在新增的淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验中,引导学生对教材中的实验操作产生质疑,进行批判性思考,养成严谨务实的实验态度和思考方式,逐步发展科学思维。同时鼓励学生将自己的疑问与小組其他成员进行积极讨论,在团队合作中提高自己的表达和分析能力。
  在讨论题设置方面,新版必修1的描述更加明确、规范,在学生已有的认知上引导学生进行延展性的思考,拓展学生思维。注重在实验的过程中培养学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。
  近年来,国内外也有关于生物学教材实验内容的研究,内容包括了从我国历年初中和高中生物学教材的实验内容出发,分析其变化的特点和影响变化的因素[1-2];以我国不同版本教材为研究对象,分析不同版本教材实验内容的特点,并进行比较研究[3];以中美教材为研究对象,对教材中的探究内容进行对比分析[4]。本研究主要从实验内容的项目、实验材料和用具、实验图片以及实验讨论题的设置四个方面分析了新版生物学必修1与实验版必修1之间的变化,希望能帮助中学生物学教师根据新教材的特点和学生发展的需求,在实际课堂教学中落实生物学学科核心素养,并能有效地利用新教材进行实验教学,提高生物学实验教学的质量。
  参考文献
  [1] 刘思晋,吴成军.1949年以来我国初中生物教科书中实验内容的变迁分析及启示[J].中学生物教学,2017(17):4-8.
  [2] 宋诗迎,吴成军.人教版高中生物教科书实验内容变迁分析及启示[J].中学生物教学,2017(05):39-43.
  [3] 唐祯珍,李旭东.人教版与苏教版高中生物教材《分子与细胞》模块实验教学的比较研究[J].中学生物学,2018,34(05):70-73.
  [4] Zhang Y.Comparative Analysis of Inquiry Activities in Sino-US High School Biology Textbooks[J].Science Journal of Education,2017,5(05):200.
  【责任编辑  郭振玲】
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