中美高中生物实验比较研究

晁丽强 胡丽坤 杨华

[摘要]通过翻译美国出版的高中生物实验教材有关温度对酶促反应速率的影响实验，并将其与我国人民教育出版社出版的高中生物教材（必修一）中相关实验进行比较分析，为我国生物教材修订提供参考，同时为生物教师该实验的教学准备提供素材。

[关键词]酶活性实验高中生物比较分析

[中图分类号]G633.91[文献标识码]A[文章编号]16746058（2015）110121

一、美国高中生物教材温度对酶促反应速率的影响实验的内容

（一）引言

人体内的一些细胞能够产生过氧化氢（H2O2），它能帮助人体抵抗感染。低浓度的H2O2对人体有利，但浓度过高就会对人体有害，因此细胞内的H2O2浓度必须控制在一定范围。

H2O2可以被分解为H2O和O2，过氧化氢酶可以加速这一反应。在这个实验中，你将观察这个酶促反应的速率并设计一个实验去验证温度对这个实验的影响。

（二）技能聚焦

作出假设设计实验测量结果解释曲线图

（三）材料用具

新鲜的肝脏圆形滤纸片镊子纸巾培养皿

计时器移液管恒温水槽质量分数为1%的H2O2溶液温度计25mL的量筒烧杯钳50mL的烧杯曲线纸肝脏研磨液

（四）安全

H2O2溶液有刺激性气味，如果溶液进入到你的眼睛请告诉你的老师，并立即用清水冲洗。溶液撒到你的皮肤或衣服上用清水洗掉。在使用玻璃烧杯或量筒前，请注意检查是否有破损。如果你打碎了玻璃仪器，请马上告诉你的老师，不要去捡玻璃碎片。避免电击，当使用电热板时确保你的手、电线、插头是干燥的。

（五）实验前的问题

1.因果关系：在A、B部分实验中如何判断化学反应是否发生？

2.控制变量：在B部分实验中你要控制哪些变量？哪些变量是因变量？

3.因果关系：通过圆形滤纸在H2O2溶液的浮动来判断酶的活性，在过程中对时间有什么要求？

（六）实验过程

1.A部分：观察过氧化氢酶促的反应

（1）穿防护衣、手套、安全护目镜，用镊子从培养皿中取一小块新鲜的肝脏，肝脏细胞中含有较多的过氧化氢酶。用移液管取一滴H2O2溶液滴到肝脏的表面，观察有什么反应。

（2）在老师的指导下选择适当的设备去测量反应的速率，既可以是圆形滤纸也可以是O2探头，如果你选用的是O2探头，请注意老师的用法示范。

（3）用量筒取25mL的H2O2溶液放入50mL的烧杯中。

（4）用镊子将圆形滤纸浸入肝脏的匀浆中，再将滤纸取出放在纸巾上4秒钟，除去多余的液体。

（5）用镊子将浸过肝脏匀浆的滤纸放入50mL的烧杯中，观察并记录滤纸漂浮到液面所需要的时间。

2.B部分：设计实验

（6）作出假设：如何改变温度来影响H2O2的反应速率？把你的假设记录下来，并通过实验去验证你的假设。

（7）概述你的实验过程：描述你验证假设的过程，该过程将用到A部分的一些步骤，但有些步骤是你新设计的，重点描述这些步骤，包括一些必要的安全措施。

（8）收集数据：在下面的空白处设计一个数据记录表，你将实验中两个变量记录在表格的空白处，包括一个纵列记录观察项目，横列的数目要与你计划的温度梯度数相一致。

（9）整理：当你做完实验后按照老师的要求对实验进行清理，并用肥皂和热水洗手。

（10）用你收集的数据制作一个曲线图，自变量在x轴上，因变量在y轴上。（如果要用到曲线纸、曲线计算器、曲线软件请向老师求助。）

3.分析得出结论

（1）解释曲线：温度与反应时间呈什么关系？

（2）得出结论：温度与酶的活性有何关系？在多少度下酶的活性最高？这个温度有何重要意义？

（3）推断：在实验中为什么要选用新鲜的肝脏，而不用煮熟的肝脏？

（4）概念应用：人体体温的稳定对人有何意义？

（5）错误分析：分析你的实验中出错的原因。

4.拓展探究

pH值是如何影响过氧化氢酶的活性的？根据你的假设设计实验，向老师咨询你的设计方案，如果必要请在老师的许可和指导下对实验过程进行修正，完成你的实验。

二、中美温度对酶促反应速率的影响实验的比较分析

（一）实验性质比较分析

两个不同教材对于该实验的编排都采用探究式实验，都是按照科学探究的一般过程：提出问题、作出假设、设计实验方案、验证假设、得出结论为主线编排实验内容。但探究的方式不同，我国教材主要采用小组合作美国高中主流理科教材《生物·生命的动力》之

科学图示”和“得出结论”，5个“绘制与运用图表”“理性思维”和“因果推断”，4个“预测”“运用数学工具”和“实验设计”，2个“观察与推断”“建构模型”和“分类”技能实验，“作出假设”“获取信息”“运用图表”“对比与比较”“分析数据”和“分析说明”技能实验分别安排了1个，学生可以在这个板块对20个技能进行训练。该板块在栏目设计上包括“技能的类别”“解决问题”和“理性思维”。[3]

二、板块特点

从教材安排的每项技能的数量来看，对解释数据、分析信息、运用概念、解释科学图示、得出结论、绘制与运用图表、理性思维、因果推断、预测、运用数学工具、实验设计等技能比较注重。以下简要分析几个技能的实例特点。

1.解释数据

生物是一门自然科学，实验起着重要的作用，而数据的定量化又给实验带来更具有说服力的结果。然而实验数据的得出还不够，对数据进行解释分析，找到问题的突破口才是关键。例如，在“技能实验——DNA的化学分析结果”中，“解决问题”设计了一张“DNA样本中每种碱基的百分数”的表，要求学生仔细观察表格，比较每一种细胞DNA中腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶的含量。再通过“理性思维”的三个问题，从具体的细胞比较到归纳出一般细胞的DNA组成情况。正是因为埃尔文·查戈夫的实验数据说明了DNA中碱基之间的关系，DNA分子碱基的配对方式才被探索出来。[4]可见解释数据的能力是很重要的，在这分析过程中能对学生的思维进行训练，如此例中“理性思维”的三个问题对比较法和归纳法进行训练。

2.分析信息

我们所生活的这个时代是信息爆炸的时代，信息无处不在。怎样分析信息，科学地认识信息，通过分析信息找出现象出现的原因显得尤为重要。例如，在“技能实验——广告词可信吗”中，“电视和电台中不断地播放着各式各样的产品广告，但是这些广告词都真实可信吗？”引发学生思考，通过“解决问题”中三个记录信息的内容，引导学生科学地看待形形色色的广告。又如，在“技能实验——地球上哪些地区的鸟濒临灭绝”中，通过分析世界地图中呈现的信息，结合“理性思维”中的“分析数据”“估算”“观察”和“推断”，从而对各国或者世界上鸟的种类有个初步认识，再综合濒危鸟种百分比比较高的国家，找出共同的地理特征，最终说明濒危鸟种数较低的现象并解释其中的原因。这些问题都是循序渐进的，最终找到现象出现的原因。在这个过程中需要学生仔细观察，开动了脑筋，较好地促进了学生思维的发展。

3.运用概念

概念是反映对象特有属性或本质属性的思维形式，而会不会运用概念是判断有没有掌握这个概念的根本方法。例如，在“技能实验——如何归纳营养级的相关内容”中，利用概念图的形式，让学生填写各营养级的名称并填写出其特征。再通过“理性思维”中的“推理”进一步理解营养级的本质内涵。又如，运用维管组织的概念解释木质部和韧皮部的功能；运用几率的概念来推断遗传的概率问题。

4.解释科学图示

科学图示是指将科学的概念、原理等用示意图、曲线图等表示，其具有形象直观的特点，能使抽象的概念或原理形象化、具体化，同时也能激发学生学习的兴趣。例如，用曲线图来理解初生演替和次生演替的概念；用染色体的示意图来理解同源染色体的概念；用文昌鱼的横切面示意图来学习无脊椎动物的结构特征。

5.得出结论

得出结论是科学探究过程的重要组成部分，教材中安排了6个探究活动让学生体验得出结论的过程及其方法。例如，在“技能实验——影响蒸腾作用的因素”中，通过观察某学生的探究实验及其实验结果的数据图，分析不同条件下天竺葵水分散失的情况，从而得出影响蒸腾作用速率的因素。得出结论不是一蹴而就的，结论得通过分析与综合、分类与比较、抽象与概括等方法得出，学生在此过程中得到思维方法与探究能力的训练。

三、启示

（1）相比我国的高中教材，美国高中教材清晰明了地设计了多种多样的技能训练板块，学生的思维及探究能力在这些活动中能得到很好的训练。我国高中生物教师也应该合理地利用教材，整合课程资源，为学生的技能训练提供平台。

（2）探究性学习除了让学生动手外，还可以为学生提供思维训练的平台，让学生通过开动脑筋、思考来进行科学探究。

[参考文献]

[1][美]国家研究理事会，戢守志（译）.国家科学教育标准[S].北京：科学技术文献出版社，1999.

[2][美]奥尔顿·比格斯等，廖苏梅、曾立等译.科学发现者：生物·生命的动力[M].杭州：浙江教育出版社，2008.

[3]吴举宏.做一名科学发现者[J].中学生物教学，2012（35）.

[4]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书（生物·必修2）[M].北京：人民教育出版社，2007：48.

（责任编辑黄春香）