中美生物学教材中实验的比较分析.doc

中美高中生物教材中观察有丝分裂实验的比较研究仪陇复兴中学 邱段龙 摘要：通过对我国高中人教版 生物必修1分子与细胞第6章第1节 “观察根尖分生组织细胞的有丝分裂实验”，与浙江教育出版社编译的美国高中主流理科教材生物生命的动力第15章第 3节 “洋葱根尖细胞有丝分裂过程”两实验在实验的性质、目的、步骤、结论、及编写上的比较研究，以期取长补短，为国内中学生物实验教学提供参考。关键词：中美 生物教材 有丝分裂实验 比较1观察有丝分裂实验在教材中的地位观察有丝分裂实验在中美教材中都属于点安排和设计的内容。此实验需要学生动手动脑参与，采用观察的实验方法锻炼学生使用显微镜能力、绘制图表能力、对数据的分析能力。中美教材都将微观、复杂的有丝分裂过程，通过实验的方式直观地呈现在学生眼前，在记忆的基础上，有利于学生的掌握和运用。2 实验内容的比较2.1 实验前的比较人教版在实验前介绍了该实验的原理：分生区细胞进行有丝分裂，在同一分生组织中可以看到处于不同分裂时期的细胞，通过在高倍显微镜下观察各个时期内染色体的存在状态，就可以判断这些细胞处于有丝分裂的哪个时期，进而认识有丝分裂的完整过程。美国高中教材在实验前提出问题：在洋葱根尖的不同部位，有丝分裂的进行速度都相同吗？人教版教材此部分编写更符合学生认知规律，先知道此实验运用的原理，再清楚有丝分裂过程发生的地方，了解用高倍显微镜观察。而美国高中教材则直接说此实验要解决的问题。2.2 实验器材比较 人教版实验器材较多，美国高中教材的实验器材很少。中美教材中所用到的材料都是洋葱的根尖，都用到了显微镜。但人教版中学生观察的洋葱根尖临时装片是学生现做的，还需要载玻片、盖玻片、玻璃皿、剪子、镊子、滴管、质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精，质量分数为0.01g/ml或0.02g/ml的龙胆紫溶液或醋酸洋红液，现成的洋葱根尖细胞有丝分裂固定装片。美国高中教材的实验器材是现成的洋葱根尖玻片标本。2.3 实验性质及目的的比较 见表1。表1实验性质及目的的比较分析Table1 (Experimental comparative analysis of the nature and purpose)人教版高中教材1美国高中教材2性质验证性实验调查实验目的1.制作洋葱根尖有丝分裂装片2.观察植物细胞有丝分裂的过程，识别有丝分裂的不同时期，比较细胞周期不同时期时间长短3.绘制植物细胞有丝分裂简图1.观察洋葱根尖两个不同部位的细胞2.在每个部位找出有丝分裂各个阶段两国教材都通过此实验重视培养学生的观察和动手操作能力。人教版的这种“告诉验证应用”的验证实验，让学生验证已学过的细胞有丝分裂，细胞周期的概念，倾向于培养学生的实验操作和动手能力。而美国高中教材是调查实验，通过观察和统计洋葱根尖分生区、生长区处于有丝分裂各个阶段的细胞数，研究洋葱根尖的不同部位发生有丝分裂过程。侧重于对学生科学方法的训练和思维能力的养成。2.4 实验步骤比较从整体上来看，人教版的实验规格比美国高中教材大：有根尖的培养、临时装片的制作、显微镜观察、数据记录、绘图，美国教材只有显微镜的观察和数据记录。见表2表2实验步骤分析比较表Table 2 (Analysis and comparison of experimental procedures)人教版高中教材1美国高中教材21洋葱根尖的培养在上课之前的3到4天，取洋葱一个放在广口瓶上，的底部接触瓶内的水，待根长出5 cm时取根尖作为材料1根据图A的指示，在洋葱根尖玻片标本中找到区域X。2把标本放到显微镜下，用低倍镜观察，找到区域X。3转到高倍镜观察。4根据图B的指示：在视野中找到那些细胞处于分裂期，哪些细胞处于间期；绘制记录表，分别记录区域X处中处于有丝分裂各阶段及各个时期的细胞数。（可参考图C中的方法）。5根据图A所示，在同一标本上找到区域Y。6把标本放到显微镜下，用低倍镜观察，找到区域Y。7转到高倍镜观察。8根据图B的指示：找出那些细胞处于分裂期，哪些细胞处于分裂间期；在数据表中分别记录区域Y中处于有丝分裂各个阶段及处于有丝分裂间期的细胞数。9清洁与整理。在教师的指导下清理所有仪器，并放到指定位置。2装片的制作解离：取根尖23 mm，立即放入盛有盐酸和酒精混合液（11）的玻璃皿中，在室温下解离35 min。漂洗：取出根尖，放入盛有清水的玻璃皿中，漂洗约10 min。染色：把根尖放进盛有质量浓度为001 g/mL的龙胆紫溶液的玻璃皿中，染色时间为35 min。制片：把根尖放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子尖把根尖弄碎，盖上盖玻片。关键是使细胞分散开。3洋葱根尖细胞有丝分裂的观察低倍镜找分生区细胞高倍镜观察各个时期细胞（如果装片制作不理想，可以观察洋葱根尖固定装片）调节放大倍数，在分生区的不同区域统计50个细胞视野中各时期的细胞数，并填表（见表二）。4绘图绘出植物细胞有丝分裂中期的简图5观察固定装片有条件的学校可以观察马蛔虫受精卵有丝分裂固定装片从具体步骤上看，人教版中实验第3步骤关于根尖细胞有丝分裂的观察与美国高中生物教材的步骤大致相同。但中国教材分为2小步，只在分生区的范围内观察和计数。美国教材分为9小步，精确而细化每一步学生的操作，不仅在分生区的范围内观察和计数，还在伸长区范围内观察和计数。实验最后一步，人教版要求学生绘制植物细胞有丝分裂中期的简图，对有条件的学校建议可以观察马蛔虫受精卵有丝分裂固定装片。美国高中教材要求学生在教师的指导下清理所有仪器，并放到指定位置，让学生养成良好的实验习惯。中美教材中都出现了记录表的使用。人教版的这张记录表是教材上现有的，只需要学生计数后直接填写分生区的数据。而美国教材却要求学生自己绘制记录表，不仅记录分生区，还要记录伸长区的数据。2.5 结论的分析比较 见表3。表3结论的分析比较Table 4 ( Analysis and comparison of Conclusions)人教版高中教材1美国高中教材2分析与结论结论：根据观察结果，用自己的语言描述植物细胞有丝分裂各个时期的特点讨论：1在你观察的结果中处于哪一时期的细胞最多？为什么？2如何比较细胞周期不同时期的时间长短？你可以数一数视野中5个不同时期的细胞数目。统计全班的结果，求每个时期细胞数目的平均值。1观察：洋葱根尖的哪个区域（X还是Y）进行有丝分裂的细胞更多？哪个较少？用数据来证明你的观点。2预测：如果有丝分裂和快速生长有关，你认为哪个区域生长得更为迅速？区域X还是Y?为什么？3应用：如果你在人体中寻找正在进行有丝分裂的细胞，你会去哪里找？4理性思维：假设你没有找到处于有丝分裂某些阶段的细胞，说说可能的原因。考虑一下每个阶段的长度。5.误差分析：哪些因素会导致错误的结果？你如何避免这些问题？运用技能无绘制与运用图表：表示出在区域X计数到的全部细胞及处于有丝分裂各个阶段的细胞的百分数。从实验结论来看，两国教材都重视对实验结果的分析：学生通过思考结论中的问题，在观察和数据处理的过程中，加深对有丝分裂相关概念理解。两国教材都重视对误差的处理方面：人教版通过统计全班的结果，求每个时期细胞数目的平均值来减小误差，学生印象深刻。美国高中教材以提问的方式进行误差分析，让学生思考哪些因素会导致错误的结果？如何避免这些问题？从而培养学生严谨的科学态度。从整个实验的组织方面，美国高中教材在观察和预测部分就已经回答了教材中最开始的问题，同时倾向知识在生活中的应用和技能的运用：如在人体中寻找正在有丝分裂的细胞，绘制圆饼图表示出有丝分裂各阶段的百分数。3 对我国高中生物实验教学的启示3.1 加强对学生思维能力的培养（使用人教版的学生完成临时装片的制作就要花去三分之一的实验时间。除去显微镜操作、观察、数据记录、绘制细胞简图所消耗的时间，留给学生分析现象、完成讨论的思维时间就只有一节课的四分之一了。使用美国高中教材的学生不需要制作临时装片，在完成显微镜操作、观察、绘制记录表、数据记录之后，仍然有约三分之一的时间留给学生进行思维的训练。美国高中教材此实验设计操作简单易行，学生可以在有限的时间内顺利地完成实验操作，这样可以空出较多的时间进行思维的训练。所以我国学生在理解实验基础上，还要加强思维的训练）3.2 增加实验部分的插图图片比文字叙述更形象、更直观。美国高中教材用图A来举例说明学生该观察的位置，用图B植物细胞有丝分裂模式图帮助准确识别不同时期的细胞，图C来提供细胞逐行计数的方法。人教版在实验内容上缺乏图片的说明。显微镜下的图片能提高学生阅读兴趣，调动起学生的情感因素。指导性插图弥补了文字的大量叙述产生理解上的不准确，有助于指导学生的实验操作，所以在今后的实验部分的编制上要增加有助于学生实施实验过程的图片。3 .3 教材的内容编制要适合教师和学生操作 美国高中教材在内容呈现上语言简练、直接。告诉学生实验的目的，实验中学生要具体做什么？怎么做？有什么注意事项？并在学生操作较困难的地方辅以图片说明。对于较难的实验内容，美国高中教材提供参考网站，既满足了学生的在知识上的要求，又能培养学生的自学能力。这样教师的工作量降低，学生的学习效率也会提高。4