中美高中生命科学教材实验部分的综述

在科学研究中，生命科学实验可以比较通俗地分成“干实验”与“湿实验”两种。所谓“干实验”，就是通过计算机模拟、统计学以及生物信息学方法等不直接接触实验样品的方法来进行研究；而“湿实验”则是广义上的“实验”，即在实验室中通过分子、细胞、生理学等利用一系列技术对材料进行处理并得到数据的研究。但把这样的概念放在高中生命科学实验中的话，可以把模拟实验看成“干实验”，而将操作类实验看成“湿实验”。由此，可以简单归类中学生命科学教学中的实验。这些实验既包括单纯“观察”类的活动，也包括科学方法论意义上的“实验”（实验法）。“实验”的目的是探索只靠“观察”看不到的知识，其主要方式是对实验变量实施控制的“对照实验”［3］。

上海版《生命科学》共有四册，在每一阶段的学习中，都涉及了教学实验。实验主要分为必做、选做以及小课题三类。其中必做实验的要求最高，需要学生能够运用以及解释实验原理。此部分内容属于考核范畴，考核形式一般为实验操作考试（高中学业水平考试）以及实验题。而选做实验并不作为考试要求，只是起到技能拓展与深化知识理解的作用。小课题为最后一册教材《生命科学——拓展型课程》中的实验类型。由于已经有了前阶段的知识与能力的积累，所以小课题更像是综合了较多生命科学技术的大实验。虽然有一定的拓展性和对学生自主实验设计能力的要求，但依然附有必要的实验提示。当然，有了过程的提示，学生对于实验的设计能力培养就削弱了，所以，将小课题作为实验来理解会更加恰当一些。很明显，上海版《生命科学》关于实验类型的界定主要取决于课标而非实验本身的类型，因而并未专门将生物实验部分单列成册。

而在培生版《生物学》中，实验课程主要分为“章节实验（Chapter Labs）”“快速实验（Quick Labs）”“Probeware探测器实验（Probeware Labs）”以及“虚拟实验（Virtual Labs）”四种。此外，还有专门针对实验数据分析处理的训练——“数据分析（Analyzing Data）”等其他强化研究能力的部分。如本书前部章节所述，培生版《生物学》的主要特点就是信息量巨大，涵盖了丰富的细节内容。但是，具体的课程安排仍然取决于任课教师，即所有的实验并没有“选做”与“必做”之分，教材只是尽可能多地提供各种教学资源而已。于是，作为生命科学的一大重要部分，实验自然是被单列成一份相当重要的教学支撑资料供教师和学生使用了。值得一提的是，Probeware探测器是现行美国中学生科学类学科的教具，主要用于实验条件采集，因此几乎在每个章节中都有以Probeware探测器作为工具的实验。如果以SAT（Scholastic Assessment Test，美国学术能力评估测试）生命科学考试作为高中生命科学水平测试的参考，那么实验部分并不会刻意地出现在考题中，但会出现一些利用学业中未见的数据进行数据分析或利用材料进行实验评价的题目。然而实际上，不管是SAT生命科学或是其他的生命科学相关的学业考试都非必须。因而在实际教学中，留给生命科学教师的自由度非常大，而教材实验部分所提供的强有力教学支持也同时为对生命科学感兴趣的学生提供极大的帮助。特别值得一提的是，培生版《生物学》对于学生的实验设计能力相当看重。教材上有一个特别的部分——设计一个实验（Design an Experiment）。这部分与普通的教学实验的不同点就在于，需要学生根据书本上的一些提示自行撰写实验材料规程设计实验解决科学问题。笔者认为，此部分对于加强学生的科学探究能力帮助甚大。相较于上海版《生命科学》的“小课题”，“设计一个实验”这一部分更贴近“课题”的要求——而一些“章节实验”则达到了中国教材中“小课题”的水平。

如表3-6与表3-7所示，单从实验数量上看，培生版《生物学》是远多于上海版《生命科学》的。但是考虑到美国高中生命科学教材的信息量本来就比较大且细节度高，单就每章节设置的实验数而言，培生版《生物学》中的大多数章节的实验只是比上海版《生命科学》略多而已。

表3-6　上海版《生命科学》实验数量与形式

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表3-7　培生版《生物学》实验数量与形式

同时，培生版《生物学》的实验多样性是远高于上海版《生命科学》的。上海版《生命科学》关于实验的分类更加偏重于教学大纲和实验的规模，而培生版《生物学》则是从实验的本质进行归类——在此基础上再按照复杂程度细分。同时，借助一些高中实验类学科常用的学生仪器的实验在美国教材中显得尤为重要。由于培生版《生物学》的章节是高度细分的，因而多达35章。但如前面我们讨论的一样，两者对于生命科学现有分支的覆盖程度应该是一致的。从实验设置的角度来看，上海版《生命科学》无论数量还是实验类型都较少。当然，培生版《生物学》的那么多实验并非必做，关于实验的安排依旧取决于课时以及教师上课的进度。

上海版《生命科学》在实验的教学支撑方面也仍需要改进。在上海版《生命科学》中，实验内容直接出现在课本当中，即课本同时兼具实验指导的作用，而实验报告以单独的部分出现在学生练习部分的最后。在教师用的教学参考资料中，实验的目的和一些操作重点会被列入每一章节的相对内容当中。而在培生版《生物学》中，实验部分则是以极简的形式出现在课本中，同时整套教材中专门为实验部分附设了印刷品课本：Laboratory Manual A、Laboratory Manual A（Teacher's Edition）、Laboratory Manual B：Skill Foundations、Laboratory Manual B：Skill Foundations（Teacher's Edition）、Probeware Lab Manual。当然，这些印刷品都能够在出版社相关网站中找到相应的电子版。另外，Virtual Biolab由于都是计算机模拟实验，因而所有的实验都以电子文档的形式附设在光盘Virtual Biolab DVDROM with LAB Manual中。值得一提的是，现行美国高中教学实施了“分层教学”的方法——即教学班被分成了“荣誉水平（Honors Level）”和“标准水平（Standard Level）”，因而美国高中生命科学教材的实验部分就被分成了Lab Manual A和Lab Manual B两个部分。Lab Manual A可以理解为详尽版本的实验指导手册，其中的实验内容提供给学有余力或有志于生命科学研究的荣誉水平学生，而Lab Manual B是简化或基础版的Lab Manual A（即Skill Foundations），其中的实验则特别针对标准水平学生设计。由此可见，美国高中生命科学教材对于实验方面提供了非常有力的支持，教师学生都可以通过各种渠道获取多方面的实验资料，从而为教学提供了更多可控的选择。

此外，如前文所提到的，中国教材对于实验操作等基础能力的培养非常重视，而美国教材则更倾向于用实验训练一种科研的思维，虽然有操作流程但并不刻意强调。当然，这并不能说明中国教材培养出来的一定是“技术工种”，而美国教材就能培养“工程师”了，教学具体的实施，仍然要看教师的发挥以及学生真正的兴趣和潜质。我们在后续章节中将对这些部分进行深入的探讨。