中美中学生物教材中“酵母菌呼吸作用”实验的比较

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摘 要 介绍了美国Miller & Levine编著的《生物学》教材中“酵母菌发酵”实验，并与人教版高中生物必修1中的相关实验进行比较分析，从“实验的类型”及“实验的设问”两方面进行剖析。

关键词 酵母菌呼吸 实验设问 比较

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

下面以2010年版美国教材《Biology》实验册B中“真菌发酵速率的控制”这一实验为例，通过和人教版“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验进行简要比较与评析，以此探讨中美实验教学差异，希望能够为国内实验教学提供新的思路和素材。

1 实验内容的介绍

美国Pearson Education出版社发行的生物教材中“探究真菌发酵速率”这一实验探究了“不同物质对酵母菌发酵速率的影响”。教材已经给定实验步骤，学生只需要按照实验步骤进行操作，实验装置的设计见图1，实验具体步骤见表1，并在表格中记录实验观察到的结果。

2 实验内容的比较

该实验和人教版必修1第五章“细胞的能量供应和应用”中第三节“ATP的主要来源――细胞呼吸”这一节中“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验进行比较。下面主要从以下两方面对中美教材中“酵母菌呼吸作用实验”进行比较分析。

2.1 实验组织类型比较分析

中美教材中该实验均为探究式实验。美国教材中该实验设置了以下组织模块：实验介绍、提出问题、实验前讨论、实验材料、安全提示、实验步骤、分析与结论及课后延伸。人教版教材主要从提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、结论、交流和应用等方面来开展实验。中美教材在模块设置上有差异，但实验基本过程和内容基本相似。国内教材中也有关于实验介绍的内容，在实验之前的提出问题、作出假设这两个模块中也有小组讨论，结论、交流和应用与美国教材中的结论及课后延伸相类似。由于实验培养目的不同，美国教材列出了实验材料和实验步骤，更注重对实验结果的分析和总结，国内教材更侧重对学生实验思路的培养。差异最明显的是安全方面，美国教材中对安全方面的教育贯穿整个实验过程，每个步骤中都有相关的安全图标进行提示，并在实验开始之前单独设立“安全提示”这一模块。国内教材安全方面的教育相对欠缺，只有在浓硫酸使用时，才提到安全问题。

2.2 实验设问的比较分析

实验中的问题设置是整个实验过程的“灵魂”。相关问题的设置往往可以驱动学生根据问题的关联性进行推理及探讨。美国教材中实验前讨论和分析与结论这两个模块设置的问题如表2所示。

实验前讨论的问题要求学生在阅读整个实验以后进行解答。该模块的问题主要是从实验变量方面进行设置及解释一些现象和推断实验结果。分析与结论的问题主要从观察、推断、数据分析及建立假设几个方面，由浅入深，逐步开放进行探讨。这两个模块设置的问题逻辑性比较强，问题之间关联度相对较高，能够充分培养学生的实验原则及分析推断能力。

国内教材中该实验在“设计实验”模块提出了3个问题：

① 怎样控制有氧和无氧条件？

② 怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？

③ 怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？

结论、交流和应用模块也设置了一个问题：重铬酸钾溶液检测有无酒精存在？这一原理在日常生活中可以有什么用处？这些问题也需要阅读教材中给定的参考资料后进行解答。问题也涉及到自变量控制和因变量获取，同时体现了一定的开放性和应用性，但问题设置的逻辑性不强，主要从实验中的注意环节进行提问。

3 实验特色评析

中美教材对酵母菌呼吸实验的设置都有自己的特色。美国教材对这个实验的设置更注重对实验现象和实验结果的分析，所以教材给定了实验步骤，学生可以根据实验步骤按部就班地进行实验，观察实验结果。美国教材通过设置相互关联并且有一定的拓展和延伸的问题，来充分培养学生的分析推断能力，激发学生的创造性。美国实验教材更注重对实验安全的教育，安全警示贯穿了整个实验过程并且安全内容非常详尽，这一点值得国内借鉴。

国内教材中关于酵母菌呼吸实验更侧重对学生实验思路的培养，实验过程具有较强的开放性，教师运用恰当会起到很好的效果。教材提供了相关参考资料，让学生根据参考资料进行实验方案的设计，并通过讨论完善方案。这种自主讨论的方式能够很好地培养学生的组织架构思维与参与合作精神。但由于国内学生对这种完全开放的实验会手足无措，同时由于实验参考资料的限制，实际过程中往往会陷入仅限于对资料的相关内容进行实验及探讨，导致实验的开放性和操作性降低。这解释了为什么国内出现很多对“酵母菌呼吸作用”实验改进的研究，并体现了一个明显特色就是对学生知识点落实的要求比较高，所以学生掌握的基础知识会更充分。

4 思考与探讨

实验实践操作中有待商榷的部分：

（1） 实验前仪器准备，需保证5个实验瓶子大小一致，且装的水量相同，遵循等量原则。但在本实验中较少提及。

（2） 实验中，测量固体药品时不应用量筒进行测量。量筒是用来测量液体的一种玻璃仪器，而非测量本实验中氢氧化钠和葡萄糖固体颗粒物质。

（3） 在国外，有不同度量的药匙，在我国大多数学校一般只具备普通药匙，仅用于取用粉末状或颗粒状的固体药品。因此，若借鉴国外实验时，需结合我国国情因地制宜。

（4） 倘若按照上述实验采取不适宜的仪器进行测量，易造成较大误差。

（5） 本实验添加的实验试剂的浓度没有明确，是否对酵母菌的发酵有影响，影响有多大都有待教师进一步探讨。

（6） 实验后发现，在同样时间内C瓶的气球比其他瓶的气球膨大程度都大其次为B、A。而C、D瓶的气球皱缩，甚至有被吸到瓶中，呈倒挂的现象。且平行组也出现相同的结果。由实验结果推知，氢氧化钠对酵母菌发酵具有促进作用。从微生物的培养角度来看，葡萄糖给酵母菌提供了碳源和能量，但生长过程中需无机盐，而氯化钠可为酵母菌发酵提供无机盐。这为酵母菌的增殖起到了促进作用。

（7） 实验过程中，由于实验步骤中未将溶液消毒、仪器灭菌，更易造成杂菌污染，使得酵母菌发酵受到影响。建议修改本实验，在加入酵母菌前对实验仪器灭菌、溶液消毒，尽量减少实验误差。

参考文献：

[1] 朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书生物[M].北京：人民教育出版社，2004.

[2] 张海银.美国中学生物学实验室安全教育的内容及特点[J].中学生物教学，2014，8：4-6.