中美中学生命科学实验编排比较研究成果

1.美国教材实验与实践环节的介绍

美国教材起步实验（Launch Labs）的介绍

美国教材每篇课文的开端都设置了一个耗时约10分钟的起步实验（Launch Labs），用于激起学生的兴趣，并成功引出课堂内容主题。以第14章“结构与运动（Structure and Movement）”为例，该章共三篇课文，分别为“骨骼系统（The Skeletal System）”“肌肉系统（The Muscular System）”和“皮肤（The Skin）”。三篇课文所对应的起步实验如图4-19所示，分别为“骨骼如何作为支撑？（How are Bones Used for Support？）”“你能控制所有的肌肉吗？（Can You Control All Your Muscles？）”“你的皮肤如何保护你的身体？（How does Your Skin Protect Your Body？）”

详细分析起步实验的编排特点，我们不难发现，起步实验包含三个部分，分别是实验目的、实验方法和实验结果。实验目的位于实验栏目主体的开端，一般就简短的两到三句话，用于帮助学生了解该实验的内容及其重要性。紧接实验目的部分的便是实验方法，这部分用阿拉伯数字标注好每一个步骤，用于帮助学生完成实验。同时实验中所需的实验材料都用粗体字标出，方便实验准备。最后便是实验结果，用“Think about This”或“Analyze and Conclude”标出，一般包含两到三个问题，用于激发学生将实验所观察到的结果与课文要学习的内容结合，让每个学生带着结果与问题进入到新课文的学习。

图4-19　美国教材第14章起步实验图

美国教材迷你实验（Mini Lab）的介绍

美国教材几乎每篇课文中都安排了一个耗时约15分钟的迷你实验（Mini Lab）。该部分实验内容紧扣文中所学知识点，能够帮助学生更好地理解，同时也在一定程度上帮助教师更好地展开教学内容。同样以第14章“结构与运动（Structure and Movement）”的三篇文章为例。三篇课文所对应的迷你实验如图4-20所示。

详细分析迷你实验的编排特点，我们不难发现，迷你实验基本上就是扩充版的起步实验。与起步实验相同，迷你实验也包含了三个主题部分：实验目的、实验方法和实验结果，且这三个部分的编排基本一致。唯一不同的是实验步骤有所增加，达到了四到五步，这就预示着迷你实验在一定程度上比起步实验更复杂。同时大部分迷你实验的实验结果部分有三个问答题，比起步实验部分普遍的两道题要多一题。

图4-20　美国教材第14章迷你实验内容图

美国教材技能练习（Skill Practice）的介绍

美国教材中，几乎每个单元都会设置一到两个技能练习（Skill Practice）实验。该环节位于特定章节复习内容的最后，旨在帮助学生利用所学的知识进行实验分析，同时检测学生的课堂理解程度，帮助巩固与理解知识内容。以美国教材第四单元“人体系统（Human Body System）”为例。该单元共包含第14～19章共6章内容。每章都包含约三篇课文。如图4-21所示，整个单元共包含6个技能练习实验，分别是第14章结构与运动的“如何比较三种肌肉细胞？”、第15章消化与排泄的“如何比较食物？”、第16章呼吸与循环的“模型如何显示呼吸的物理机制？”和“你的心肌有多强壮？”、第17章免疫与疾病的“你会如何准备无菌操作工作台？”、第18章控制与协调的“神经系统如何对刺激做出反应？”。

从图4-21我们可以发现，所有的技能训练实验篇幅都较起步实验与迷你实验多，耗时更长，约为25分钟。整个技能训练实验细分为四个小部分，分别是没有任何标注的实验目的，标注为“Learn It”的背景知识介绍，标注为“Try It”的实验步骤，标注为“Apply It”的实验结果与分析。其中标注为“Learn It”的背景知识介绍是起步实验与迷你实验所没有的新板块，它的主要目的是介绍学生在课堂中没有学习到的新知识或新科技，从而帮助学生理解与完成实验。标注为“Try It”的实验步骤更为繁琐，这在一定程度上更加锻炼了学生的动手与实验能力。最后标注为“Apply It”的实验结果与分析部分，很好地将实验结果与现实生活相联系，锻炼学生的理解与分析能力。(www.xing528.com)

图4-21　美国教材第四单元技能练习图

美国教材单元实验（Unit Lab）的介绍

美国教材中，几乎每个单元都会设置一个实验活动（Unit Lab）。该环节位于每章的最后，提出与本章节内容相关的科学探究活动。使学生了解问题研究的一般流程和方法，学会调查方案的制定、数据分析与处理等研究性学习方法，培养研究问题、解决问题的能力。依旧以美国教材第四单元“人体系统（Human Body System）”为例。该单元共包含第14～19章共6章内容，每章的最后都设置了一个实验活动。如图4-22所示，该6个实验活动分别是第14章结构与运动的“解剖鸡翅膀”、第15章消化与排泄的“制作消化过程模型”、第16章呼吸与循环的“利用计算血细胞量来评价健康”、第17章免疫与疾病的“一个变质的苹果会影响其他苹果吗？”、第18章控制与协调的“制作负反馈调节的模型”。

图4-22　美国教材第四单元实验活动图

从图4-22我们不难发现，每个实验活动的耗时并不相同，从四十分钟到几天都有可能。整个实验活动可以分为三个部分，首先是一段背景介绍，用以引出实验的主题背景。接下来就是问题环节，针对上面的背景知识，提出一个研究问题。最后则是实验步骤环节，详细地描述了完成该实验所需的重要实验步骤。同时，对一些危险操作会有警示符号标注，从而避免不当操作带来的危险。通过分析，我们不难发现，实验活动较起步实验、迷你实验和技能练习环节所探究的问题要更有难度、更为发散，对于学生的科研思维更具挑战性。

2.中国教材实验与实践环节的介绍

国内教材中，几乎每节课文中或结尾都会设置一个实验与实践的环节。该环节让学生参与体验科学探究的一般过程，根据给出的建议方案，完成基本的实验步骤，记录实验结果并分析现象，帮助学生领悟课堂的教学内容，提高动手能力。以上教版初中第一册的第一章“人体生命活动的基本条件”为例，该章共有两节课文，每节课文都包含了一个实验与实践环节。第一节人体是怎么构成的所包含的实验与实践活动为“观察人体的基本组织”，第二节人体生命活动需要的环境条件所包含的实验与实践活动为“测量人体的体温、心率、唾液的pH等生理数据”。

如图4-23所示，国内教材实验与实践环节的篇幅都较多，一般都要占据两页纸，且将整个实验细分为实验目的、实验内容、方法与技能、实验建议和讨论五个部分，明显多于国外教材中的实验。纵观国内教材的实验活动，我们不难发现，编撰详细是它的最大特点。它会将实验的目的与研究内容详细列出，使每个学生都非常明确自己需要做什么。在接下来的方法与技能中，学生可以获得所需实验方法与技能的详细介绍，从而规范自己的实验操作，确保实验结果的科学性。实验建议部分则是详细的实验步骤描述，帮助学生较好地完成实验。国内教材的最后部分为讨论，要求学生回答列出的几个问题并分析现象。

图4-23　中国教材实验与实践环节图

通过比较，我们发现美国教材的实验（Lab）环节与国内教材的实验与实践环节较为相似，都属于耗时较长的探究型大实验。但通过分析，这两个环节内容上的编撰依旧多有不同，最突出的不同点便是对学生探究性思维、实验结果整合与分析能力的培养。就实验设置的立意与目的，国内教材列出的更为详细，可以一目了然。而美国教材一般不会直接列出实验目的，学生可以通过阅读背景知识，明白该实验的主题。紧接着背景部分之后，直接就是一个实验的问题。美国教材的实验问题基本上都是一个综合性的大问题，在回答这种问题时，学生需要运用多方面的知识，整合并分析多项实验结果。而国内教材的讨论部分会详细地把各个小问题罗列出来，指令明确，学生只需用单项实验结果便可以回答，不需要复杂地整合与分析，对学生的挑战性较小。