实验构思与设计的比较研究

在教学实验中，实验材料、仪器、试剂以及方法都是极为重要的环节，因此这些部分要尽可能详细。在这方面，中美教材非常接近——都详细地列出所有的材料以及不漏细节地描述了所有的方法步骤。但是，美国教材比中国教材多了一个独立的部分——安全（Safety）。

实际上，中美教材都在课程中专门讨论了实验安全问题——例如上海版《生命科学》的第一册第11页与培生版《生物学》的第25页、A11—A13页。但培生版《生物学》显然更为重视，不仅书本上的安全内容更详尽，而且实验教材开篇便是一整页实验室安全须知（Guidelines for Laboratory Safety），同时，在每一个实验中，教材都会着重强调Safety这个话题，并且在本次实验中用图标列出每一步骤中需要注意的安全事项（图3-8）。每次实验的操作步骤不同，因而Safety的内容都是有所不同的。但上海版《生命科学》则并未在每次实验中一再强调安全性，可能是本身实验室中有详细的安全守则的原因。另外，在培生版《生物学》中，所有涉及学生操作的步骤之后，都会附上特别的“警告（CAUTION）”——给出本步骤的安全须知，并再三提醒学生必须依据安全须知操作（图3-9）。而在上海版《生命科学》中，除了接触危险试剂以外，并不会将细节性的安全警告单列，尽管部分实验会接触到挥发性或者低毒试剂，但也并未特别强调实验安全注意事项。

图3-8　培生版《生物学》实验教材中的Safety部分［18］

图3-9　培生版《生物学》实验教材中操作步骤后的安全注意事项［18］

实验是生命科学的灵魂，实验教学在高中生命科学教学中占有非常重要的地位。在实验准备和进行中存在着出现意外的可能性，进而对师生的人身安全构成威胁［6］。生命科学教学中的安全问题是广大学生以及教育工作者非常关注的重大问题。《全日制义务教育生物课程标准》强调生物实验安全问题：“要注意实验安全教育。安全使用实验器具（如解剖器具、玻璃器皿、酒精灯等）和实验药品（酒精、酸、碱等）是生物学实验的基本技能，教师应强化安全教育，增强学生的自我保护意识。”［7］不容忽视的是，安全是生物学实验的基础。笔者认同美国教材将实验安全醒目地穿插在实验步骤中的做法。而在实验教材中写入详细的实验安全教育，也能方便教师在实验教学的过程中从细节之处强调注意事项。

在实验操作步骤部分，中美教材都记录得相当详细——每一步骤的操作细节都会被展示出来。《上海高中生命科学学科教学基本要求》强调通过实验教学使学生初步具有生物学实验操作的基本技能、一定的科学探究和实践能力，养成科学思维的习惯。因而，中美教材在实验操作方面都非常重视对学生操作规范以及实验能力的培养。但中国教材以文字描述为主，间或以插图示意，而美国教材一般是文字与插图并重，更加形象化。以下，笔者将选取中美教材中内容类似的实验（上海版《生命科学》：实验7.3植物细胞分化的观察；培生版《生物学》：实验10-2 Observing Specialized Cells）比较两者在实验操作部分的异同。

尽管观察部分不同，但两者都可以分成装片制作与镜检两个部分。上海版《生命科学》的实验方法仅分成两步：1.装片制作；2.镜检（图3-10）。而培生版《生物学》则将实验方法细分成了12步，其中第1～5步为装片制作，第6～9步为镜检，而第10～12步为重复前9个步骤对其他实验材料的相应部位进行观察（图3-11）。(www.xing528.com)

图3-10　上海版《生命科学》实验教材中的实验方法［8］

图3-11　培生版《生物学》实验教材中的实验方法［18］

由图中的比对不难看出，两版教材在实验方法中最大的区别便是插图。在本案例中，上海版《生命科学》仅有文字描述而无插图，而培生版《生物学》除了详尽的文字描述外还附了非常详尽的插图，实验操作规程因此变得很直观。当然，上海版《生命科学》中部分实验的关键步骤也附有插图，但略显简单。即便仅比较文字部分，培生版《生物学》也更加详实。笔者认为，这样的区别可能与中美科学教育的区别有关。中国的生命科学实验教学更加追求操作，而操作中的细节更是由任教教师掌控——因而教师在实验教学中的作用不可或缺。这些细节部分也应由有极富经验的教师在课堂上示范传授，所以在教材中就免去了插图的必要；而从美国教材实验前的引入就可以看出，美国教育更加强调学生的主观能动性——因而实验课由学生主导，教师的作用可以从示范转变为启发引导，至于整个实验的细节部分，必须反映在实验教材上，由学生自己领会、理解，以及解决问题。毫无疑问，美国教材给教师提供了更广阔的发挥空间。教师可以选择当堂示范带教，辅以细节度很高的实验教材，让学生有更好的理解以及更规范的操作；也可以选择启智型引导，让学生自行探究、发现问题，而实验操作基础的培训，可以让学生自主学习并实践教材内容——基于教材中的实验安全要求。

说到这里，我们再回过头看看中美教材的实验本身。笔者已经提到，中美高中生命科学教材在实验数量和类型上差别大（上海版《生命科学》总计30个实验，培生版《生物学》共计142个实验）。但不容忽视的是，上海版《生命科学》中的30个实验都是极具代表性的，涵盖了所有高中生命科学实验基本操作技能的训练，其中，有大约1/3是培生版《生物学》中未曾出现过的。而实际上，未在培生版《生物学》中出现过的实验是因为这些实验内容在初中（6～8年级）教材中已经涉及了，是高中生命科学的基础，没必要重复了。培生版《生物学》在实验操作中可能并未分“基础”与“进阶”，所以实验多样性比较高。同时，实验操作考试以及纸面考试中的实验题都是中国高中生命科学教学中相当重要的环节。因而，在上海版《生命科学》中，凡必做实验都显得非常重要，而实验操作必须精于细节，这种训练也培养了学生过硬的实验操作基础。而培生版《生物学》似乎除了显微镜的使用和装片制作外，没有明确地将实验操作分成“基础”和“进阶”，多样的实验尽管操作细节十分地多，但也并没有明确要求学生必须完全掌握操作方法。因此有可能一些没有兴趣的标准水平（Standard Level）学生并没有养成较好的实验操作技能，但自主学习能力强的同学不仅实验操作会非常纯熟，而且会具备很强的探究精神。

另外，培生版《生物学》中除了操作性实验外，还有Virtual Labs，即虚拟实验。在这些实验中，学生借助计算机进行操作，虽然对实验操作技能没有提高，但能直观地理解实验的原理与操作步骤。

至此，我们可以大致地看出，中美教材在实验内容方面的差异，实际上反映的是中美在生命科学教学上的差异。而这种差异，也会间接地影响学生在学习中的主观能动性与探究精神。