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摘 要 对美国中学核心理科教材中生命部分的实验室实验进行了分析，在分析了实验室实验的类型、数量及编写特点的基础上，总结了实验室实验特点，以供生物教育工作者借鉴。
关键词 美国教材 教材分析 实验室实验
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
美国中学核心理科教材中的生物部分共分为《生命的基础》、《微生物和植物》、《动物》、《人体》、《生态系统》5本，分为27章75节内容。而教材中设置的实验根据实验进行的时间分为三大类：导航实验（学习前）、迷你实验（学习中）以及实验室实验。这三类实验的数量与分布如表1所示。
从表1中可以看到本套教材的生物部分共设置了133个实验，实验丰富。实验室实验共有54个，所占比例最大。实验室实验旨在使学生联系实际问题，运用所学知识，因而其分布于部分章节中。
1 实验室实验的类型
全套书共54个实验室实验，分布在27章中，每一章都有2个实验室实验，且都在部分章节的后面，而这些实验又可分为以下四种类型：观察或验证类、自主设计、模型模拟、利用互联网，具体数量见表2。
（1） 观察或验证类实验。在所有的实验室实验中，本类型所占比例最大，为59%，由现实世界中的现象引出某一问题，学生按照已设计好的实验步骤进行操作，最终讨论并分析所得到的结论。
经过对本套教材中的所有观察或验证类的实验分析发现，实验所研究的问题均为前面在教材中所出现的知识点，学生在亲自实验之后，可以更加形象、直观地理解教材内容，例如《生命的基础》中第4章“细胞的繁殖”第1节“有丝分裂”后的实验为“植物细胞中的有丝分裂”。教材中介绍了细胞有丝分裂的过程及每个过程的特点，这部分内容也是该节的重点知识。在实验中，要求学生通过观察洋葱根尖细胞，根据前面所学的有丝分裂不同阶段的特征分辨出处于不同分裂阶段的细胞，并统计哪个阶段所占的时间最长。通过亲身体验，亲眼观察，学生在实际操作中运用了书本中所学到的知识，这样可以加深其对重点知识的理解，也可以对知识、技能及方法进行融会贯通。因而实验室类型的实验在教材中的地位主要为学生运用已学知识的平台，是对教材中的重点知识的拓展。
（2） 自主设计实验。自主设计实验是引导学生按照科学探究的方式与步骤进行自主实验，自行得出实验结论，以此来培养学生进行科学探究的态度和意识。学生在实验探索中，从直观、具体、鲜明的实验现象入手，用眼看、动脑想、亲身做等感官密切配合，使学生更好地从感性认识到理性认识，更好地理解教材内容。
自主设计实验所要探究的有与本章节中的重难点知识相关的问题，学生在实验中对这些知识再次进行验证，也有对教材内容的延伸与应用，如《微生物与植物》中第四章第三节之后，探究的是种子的发芽率，而前面第三节中有一小节的内容是“种子萌发”概述了种子的萌发的定义，并提到种子的萌发必须有合适的环境条件但没有进行详细描述，在该小节下面的数学应用模块中，向学生介绍了使用百分比计算种子萌发率的方法。因而后面的自主设计实验引导学生通过种子的萌发率来探究影响种子萌发的环境条件。可见，自主设计实验是对教材知识的延伸与补充。
（3） 利用互联网的实验。在实验室实验中，有一种形式比较新颖的实验，利用互联网进行的实验，即学生主要通过互联网查询并收集相关信息，了解书本中所没有的知识，并加以应用。
本类型的实验在所有实验室实验中所占的比重仅为7%，但在整体教材中仍具有不可替代的作用，这是一种比较新型的实验类型，是现代生物教学的重要体现，是生物实验与现代信息技术的完美结合，将生物学的知识与信息检索紧密联系。对生物科学的学习不应只仅仅局限于教材中已有的知识，还包括了通过独立自主地收集查阅资料而了解一些课外的知识。经过利用互联网实验的训练，学生可以基本掌握如何探索课外知识。因而，本类型的实验内容是对教材内容的扩充与丰富。
利用互联网的实验不仅可以让学生了解许多教材中没有的生物学知识，而且能够对学生进行相关的情感态度的教育。
（5） 模型模拟实验。在所有的实验中，共有4个模型模拟类型的实验，即学生利用所学知识发明并构建模型，将模型运用到实际生活中，为生活提供便利，或者模拟某种生物现象，从而更加深刻地理解所学知识。
模型模拟类型的实验在全套书中所占比例不大，但该类型的实验较为新颖，对于提高学生的动手能力和训练学生的抽象逻辑思维有很大的帮助。这四个模型模拟的实验分别为：“模拟腹部按压术”“动物的生境”“太阳能炊具”和“编制真菌野外指南”。这些实验都是应用性比较强的实验，与学生的日常生活联系紧密。
2 实验室实验的编写特点
由于利用互联网的实验和模型模拟实验的数量较少，因此仅展示观察或验证类实验和自主设计实验两个示例。
2.1 观察或验证类实验示例
以《生命科学·动物》第一章“动物学入门”第二节“海绵动物和腔肠动物”中的“观察腔肠动物”为例，教材设计是：
（1） 现实世界的问题：水螅对食物和其他刺激产生怎样的反应。
（2） 目标：预测：水螅对各种刺激产生怎样的反应；观察：水螅对刺激如何反应？
（3） 材料略。
（4） 安全防御（以图片示意）略。
（5） 实验过程：略。
（6） 结论和应用：
分析：当水螅被触到时，会发生什么？水螅的其他部位发生了什么？
描述：说出触手为水螅提供的帮助。
（7） 交流你的数据：
与其他同学比较你的记过。讨论是否被其他研究的所有水螅都有相似的反应，这些反应对水螅生存具有怎样的帮助。
2.2 自主设计类实验示例
以《生命科学·动物》第一章“动物学入门”第二节“海绵动物和腔肠动物”中的“比较自由生活的和寄生生活的扁形动物”为例，教材设计是： （1） 现实世界的问题：
扁形动物的身体如何适应它们的生活环境？自由生活的扁形动物和寄生生活的扁形动物的适应是否一样。
（2） 目标：对比和比较：比较自由生活的扁形动物和寄生生活的扁形动物的身体结构与功能；观察：扁形动物如何适应它们的环境？
（3） 可能用到的材料：略。
（4） 安全防御（以图片示意）略。
（5） 形成假设：对你认为的营自由生活的蠕虫可能具有的适应提出假设。这些适应的益处是什么？
（6） 运用科学方法：
验证假设：
制定计划：
①以小组为单位，将你设计用于比较和对比扁形动物类型的方法编列成表。从老师那里获得如何处理活的扁形动物的信息。
②选择你在步骤①中描述的其中一种方法。列出你需要进行的实验步骤，确保对每一步都有详细的描述。
③列出你完成实验所需要的材料。
④在你的科学日记中自主设计一张数据表。当你的小组开始收集实验数据时，充分利用这张数据表。
执行计划：略。
分析数据：解释：寄生生活的扁形动物与自由生活的扁形动物有哪些相似点？描述：找出寄生生活的扁形动物和自由生活的扁形动物的差异。
结论和应用：辨别：自由生活的扁形动物中哪一种身体系统发育更完善？辨别：寄生生活的扁形动物中哪一种身体系统更复杂？推断：哪些适应使一些扁形动物营自由生活？
（7） 交流你的数据：
与你的同学一起讨论实验设计和结论。需获取更多帮助，请参考《科学入门》。
2.3 编写特点
实验室实验的编写体现了本套教材“做中学”的特点，在实验的一开始提出一个“现实世界的问题”，然后引导学生像科学家一样思考和探究这个现实问题。教材对每一个实验都提出明确且可操作的学习目标，提供可供选择的实验材料，并用图片来提醒学生注意该实验安全的哪些事项。接着再由学生自主实验。
教材在实验室实验“结论和应用”部分，一般都会根据实验的具体内容，设置“分析”“描述”“辨别”“推断”“解释”等部分，从实验的现象或结果入手，分析实验，然后再把刚习得的技能或知识运用解决拓展的问题，对迁移运用知识。如“观察腔肠动物”中的“结论和应用”阶段，教材首先要求学生根据观察，说出水螅被碰到时发生的身体变化，然后再描述触手为水螅提供的帮助，从而要求学生思考结构与功能的关系。
自主设计类实验特别注重对学生科学方法的培养，根据科学探究的过程来设置实验，要求学生经历形成假设、验证假设、分析数据等过程，培养学生的思维与志趣。
在实验的最后，教材还设置了“交流你的数据”环节，要求学生与同学分享探索的结果，或是发散思维进一步思考，如在“观察蚯蚓的行为”实验中，提出“写一个故事来描述蚯蚓一天的生活，列出蚯蚓的活动、可能遇到的危险和问题以及它们的生境”。
3 实验室实验特点分析
（1） 使学生学会科学探究的方法：自主设计的实验完全是按照科学探究的步骤由学生独立完成，在经过一系列自主设计的实验训练后，学生可以完全了解科学探究的方法和步骤。如“果蝇种群数量的增长”实验，学生需形成有关环境因子的改变对果蝇种群数量增长的影响的假设，再通过制定、执行计划来验证假设，经过数据分析，得出影响果蝇种群增长的因子的结论，再与同学交流实验结论。学生通过一系列的实验探究的过程，可以清楚地知道探究是怎样的过程，为以后学生在进行科学研究与学习提供条件。
（2） 培养学生养成科学探究的态度和意识：在美国国家科学教育标准中，将探究分为完整的探究和部分探究两部分，而在实验室实验中，就体现在观察或验证实验和自主设计实验中。这四种类型的实验都体现了探究的态度，例如利用互联网和模型模拟的实验中，学生需自行设计检索资料的步骤与所要收集的信息，也要自行设计模型并制作，这都是部分探究的体现。
（3） 通过训练学生检索与收集信息，培养学生自主学习的能力，扩大学生的知识面：在利用互联网类型的实验中所涉及到的知识基本为教材中所没有的课外知识，学生自行收集相关的资料，对这些知识有所了解，丰富了课外知识的储备。如“药用植物”实验中，学生通过信息收集，探索事物以及它们药用历史的沿革，了解药用植物是如何来维持人体的健康的。在“湿地的保护”中学生可以了解为什么是生态系统的重要组成部分，可以采取哪些措施对湿地环境进行持续性的保护。
（4） 提高学生进行科学探究的技能：学生通过观察、比较、验证等操作来完成实验，而这些操作都是进行科学探究的基本技能，经过训练，学生的动手操作能力得到了提高。
参考文献：
[1] 郑世德，刘竞男.《生物·生命的动力》关于细胞结构与功能内容的编排特色[J].中学生物学.2014，9：60-61.
[2] 姚玉琴.日本高中生物教材的实验特色[J].中学生物学.2013，12：54-55.
[3] 段珊，崔鸿.美国中学核心理科教材《生命科学》概念学习特点分析[J].中学生物学.2014，3：54-56.
[4] 顾文君，郑晓蕙.简析香港《新编生物学》教材中的实验特点[J].中学生物教学.2012，4：63-64.
关键词 美国教材 教材分析 实验室实验
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
美国中学核心理科教材中的生物部分共分为《生命的基础》、《微生物和植物》、《动物》、《人体》、《生态系统》5本，分为27章75节内容。而教材中设置的实验根据实验进行的时间分为三大类：导航实验（学习前）、迷你实验（学习中）以及实验室实验。这三类实验的数量与分布如表1所示。
从表1中可以看到本套教材的生物部分共设置了133个实验，实验丰富。实验室实验共有54个，所占比例最大。实验室实验旨在使学生联系实际问题，运用所学知识，因而其分布于部分章节中。
1 实验室实验的类型
全套书共54个实验室实验，分布在27章中，每一章都有2个实验室实验，且都在部分章节的后面，而这些实验又可分为以下四种类型：观察或验证类、自主设计、模型模拟、利用互联网，具体数量见表2。
（1） 观察或验证类实验。在所有的实验室实验中，本类型所占比例最大，为59%，由现实世界中的现象引出某一问题，学生按照已设计好的实验步骤进行操作，最终讨论并分析所得到的结论。
经过对本套教材中的所有观察或验证类的实验分析发现，实验所研究的问题均为前面在教材中所出现的知识点，学生在亲自实验之后，可以更加形象、直观地理解教材内容，例如《生命的基础》中第4章“细胞的繁殖”第1节“有丝分裂”后的实验为“植物细胞中的有丝分裂”。教材中介绍了细胞有丝分裂的过程及每个过程的特点，这部分内容也是该节的重点知识。在实验中，要求学生通过观察洋葱根尖细胞，根据前面所学的有丝分裂不同阶段的特征分辨出处于不同分裂阶段的细胞，并统计哪个阶段所占的时间最长。通过亲身体验，亲眼观察，学生在实际操作中运用了书本中所学到的知识，这样可以加深其对重点知识的理解，也可以对知识、技能及方法进行融会贯通。因而实验室类型的实验在教材中的地位主要为学生运用已学知识的平台，是对教材中的重点知识的拓展。
（2） 自主设计实验。自主设计实验是引导学生按照科学探究的方式与步骤进行自主实验，自行得出实验结论，以此来培养学生进行科学探究的态度和意识。学生在实验探索中，从直观、具体、鲜明的实验现象入手，用眼看、动脑想、亲身做等感官密切配合，使学生更好地从感性认识到理性认识，更好地理解教材内容。
自主设计实验所要探究的有与本章节中的重难点知识相关的问题，学生在实验中对这些知识再次进行验证，也有对教材内容的延伸与应用，如《微生物与植物》中第四章第三节之后，探究的是种子的发芽率，而前面第三节中有一小节的内容是“种子萌发”概述了种子的萌发的定义，并提到种子的萌发必须有合适的环境条件但没有进行详细描述，在该小节下面的数学应用模块中，向学生介绍了使用百分比计算种子萌发率的方法。因而后面的自主设计实验引导学生通过种子的萌发率来探究影响种子萌发的环境条件。可见，自主设计实验是对教材知识的延伸与补充。
（3） 利用互联网的实验。在实验室实验中，有一种形式比较新颖的实验，利用互联网进行的实验，即学生主要通过互联网查询并收集相关信息，了解书本中所没有的知识，并加以应用。
本类型的实验在所有实验室实验中所占的比重仅为7%，但在整体教材中仍具有不可替代的作用，这是一种比较新型的实验类型，是现代生物教学的重要体现，是生物实验与现代信息技术的完美结合，将生物学的知识与信息检索紧密联系。对生物科学的学习不应只仅仅局限于教材中已有的知识，还包括了通过独立自主地收集查阅资料而了解一些课外的知识。经过利用互联网实验的训练，学生可以基本掌握如何探索课外知识。因而，本类型的实验内容是对教材内容的扩充与丰富。
利用互联网的实验不仅可以让学生了解许多教材中没有的生物学知识，而且能够对学生进行相关的情感态度的教育。
（5） 模型模拟实验。在所有的实验中，共有4个模型模拟类型的实验，即学生利用所学知识发明并构建模型，将模型运用到实际生活中，为生活提供便利，或者模拟某种生物现象，从而更加深刻地理解所学知识。
模型模拟类型的实验在全套书中所占比例不大，但该类型的实验较为新颖，对于提高学生的动手能力和训练学生的抽象逻辑思维有很大的帮助。这四个模型模拟的实验分别为：“模拟腹部按压术”“动物的生境”“太阳能炊具”和“编制真菌野外指南”。这些实验都是应用性比较强的实验，与学生的日常生活联系紧密。
2 实验室实验的编写特点
由于利用互联网的实验和模型模拟实验的数量较少，因此仅展示观察或验证类实验和自主设计实验两个示例。
2.1 观察或验证类实验示例
以《生命科学·动物》第一章“动物学入门”第二节“海绵动物和腔肠动物”中的“观察腔肠动物”为例，教材设计是：
（1） 现实世界的问题：水螅对食物和其他刺激产生怎样的反应。
（2） 目标：预测：水螅对各种刺激产生怎样的反应；观察：水螅对刺激如何反应？
（3） 材料略。
（4） 安全防御（以图片示意）略。
（5） 实验过程：略。
（6） 结论和应用：
分析：当水螅被触到时，会发生什么？水螅的其他部位发生了什么？
描述：说出触手为水螅提供的帮助。
（7） 交流你的数据：
与其他同学比较你的记过。讨论是否被其他研究的所有水螅都有相似的反应，这些反应对水螅生存具有怎样的帮助。
2.2 自主设计类实验示例
以《生命科学·动物》第一章“动物学入门”第二节“海绵动物和腔肠动物”中的“比较自由生活的和寄生生活的扁形动物”为例，教材设计是： （1） 现实世界的问题：
扁形动物的身体如何适应它们的生活环境？自由生活的扁形动物和寄生生活的扁形动物的适应是否一样。
（2） 目标：对比和比较：比较自由生活的扁形动物和寄生生活的扁形动物的身体结构与功能；观察：扁形动物如何适应它们的环境？
（3） 可能用到的材料：略。
（4） 安全防御（以图片示意）略。
（5） 形成假设：对你认为的营自由生活的蠕虫可能具有的适应提出假设。这些适应的益处是什么？
（6） 运用科学方法：
验证假设：
制定计划：
①以小组为单位，将你设计用于比较和对比扁形动物类型的方法编列成表。从老师那里获得如何处理活的扁形动物的信息。
②选择你在步骤①中描述的其中一种方法。列出你需要进行的实验步骤，确保对每一步都有详细的描述。
③列出你完成实验所需要的材料。
④在你的科学日记中自主设计一张数据表。当你的小组开始收集实验数据时，充分利用这张数据表。
执行计划：略。
分析数据：解释：寄生生活的扁形动物与自由生活的扁形动物有哪些相似点？描述：找出寄生生活的扁形动物和自由生活的扁形动物的差异。
结论和应用：辨别：自由生活的扁形动物中哪一种身体系统发育更完善？辨别：寄生生活的扁形动物中哪一种身体系统更复杂？推断：哪些适应使一些扁形动物营自由生活？
（7） 交流你的数据：
与你的同学一起讨论实验设计和结论。需获取更多帮助，请参考《科学入门》。
2.3 编写特点
实验室实验的编写体现了本套教材“做中学”的特点，在实验的一开始提出一个“现实世界的问题”，然后引导学生像科学家一样思考和探究这个现实问题。教材对每一个实验都提出明确且可操作的学习目标，提供可供选择的实验材料，并用图片来提醒学生注意该实验安全的哪些事项。接着再由学生自主实验。
教材在实验室实验“结论和应用”部分，一般都会根据实验的具体内容，设置“分析”“描述”“辨别”“推断”“解释”等部分，从实验的现象或结果入手，分析实验，然后再把刚习得的技能或知识运用解决拓展的问题，对迁移运用知识。如“观察腔肠动物”中的“结论和应用”阶段，教材首先要求学生根据观察，说出水螅被碰到时发生的身体变化，然后再描述触手为水螅提供的帮助，从而要求学生思考结构与功能的关系。
自主设计类实验特别注重对学生科学方法的培养，根据科学探究的过程来设置实验，要求学生经历形成假设、验证假设、分析数据等过程，培养学生的思维与志趣。
在实验的最后，教材还设置了“交流你的数据”环节，要求学生与同学分享探索的结果，或是发散思维进一步思考，如在“观察蚯蚓的行为”实验中，提出“写一个故事来描述蚯蚓一天的生活，列出蚯蚓的活动、可能遇到的危险和问题以及它们的生境”。
3 实验室实验特点分析
（1） 使学生学会科学探究的方法：自主设计的实验完全是按照科学探究的步骤由学生独立完成，在经过一系列自主设计的实验训练后，学生可以完全了解科学探究的方法和步骤。如“果蝇种群数量的增长”实验，学生需形成有关环境因子的改变对果蝇种群数量增长的影响的假设，再通过制定、执行计划来验证假设，经过数据分析，得出影响果蝇种群增长的因子的结论，再与同学交流实验结论。学生通过一系列的实验探究的过程，可以清楚地知道探究是怎样的过程，为以后学生在进行科学研究与学习提供条件。
（2） 培养学生养成科学探究的态度和意识：在美国国家科学教育标准中，将探究分为完整的探究和部分探究两部分，而在实验室实验中，就体现在观察或验证实验和自主设计实验中。这四种类型的实验都体现了探究的态度，例如利用互联网和模型模拟的实验中，学生需自行设计检索资料的步骤与所要收集的信息，也要自行设计模型并制作，这都是部分探究的体现。
（3） 通过训练学生检索与收集信息，培养学生自主学习的能力，扩大学生的知识面：在利用互联网类型的实验中所涉及到的知识基本为教材中所没有的课外知识，学生自行收集相关的资料，对这些知识有所了解，丰富了课外知识的储备。如“药用植物”实验中，学生通过信息收集，探索事物以及它们药用历史的沿革，了解药用植物是如何来维持人体的健康的。在“湿地的保护”中学生可以了解为什么是生态系统的重要组成部分，可以采取哪些措施对湿地环境进行持续性的保护。
（4） 提高学生进行科学探究的技能：学生通过观察、比较、验证等操作来完成实验，而这些操作都是进行科学探究的基本技能，经过训练，学生的动手操作能力得到了提高。
参考文献：
[1] 郑世德，刘竞男.《生物·生命的动力》关于细胞结构与功能内容的编排特色[J].中学生物学.2014，9：60-61.
[2] 姚玉琴.日本高中生物教材的实验特色[J].中学生物学.2013，12：54-55.
[3] 段珊，崔鸿.美国中学核心理科教材《生命科学》概念学习特点分析[J].中学生物学.2014，3：54-56.
[4] 顾文君，郑晓蕙.简析香港《新编生物学》教材中的实验特点[J].中学生物教学.2012，4：63-64.