关键词中美生物教材实验比较细胞大小物质运输关系
中图分类号G633.91文献标识码B
新课程倡导以一本教材为本，多本教材作为参考，国外的教材也是一种良好的课程资源。
1教材介绍
2细胞大小与物质运输关系实验的比较分析
这个实验可以设计成演示实验、验证性实验以及探究性实验等多种形式，又可以对动作技能进行多层次训练。以这个实验为载体，可以让学生通过探究，知道细胞不能无限长大的原因，明白了细胞分裂的必要性，再来学习“细胞分裂”，体现了知识的系统性。此外，本节内容还与后续模块中微生物的代谢、细胞进化有着紧密联系。同时，通过本实验可以提高学生的动手操作能力、探究能力、运用数学知识解决问题等多种能力，促进学生体会科学探究的思维过程和方法，培养学生严谨科学的态度和精神。总体而言，中美教材中的这一实验内容不同主要体现在实验类型和实验过程上。
3实验栏目的比较分析
3.1实验题目和目标的比较分析
人教版教材的实验题目为“细胞大小与物质运输的关系”；HRW教材为“细胞大小如何影响扩散作用”，以疑问句来促进学生思考。
两个教材实验目标在教材都有列出。人教版教材的目标通过探究细胞大小与物质运输关系，促进学生理解相对表面积对物质运输速率的影响，从而理解细胞不能无限长大的原因，在实验过程中学会用数据表格分析问题，养成严谨科学的实验态度，没有明确分为技能目标及知识目标。而HRW教材的实验目标分为技能和目标，技能是运用科学方法，收集、整理数据并作图，目标则为联系细胞的大小和表面积与体积比之间的关系，并预测细胞的表面积与体积比如何影响物质扩散进入细胞。两个教材中这一实验的目标最终落脚点都在细胞大小与物质扩散之间的关系上。
两个实验原理都是颜色反应。人教版教材的实验原理是琼脂块(内含酚酞)模拟细胞，NaOH模拟被细胞吸收的物质，因NaOH溶液遇到酚酞试液变粉红色，了解NaOH扩散进入细胞的深度，比较不同体积的琼脂块“细胞”吸收物质的速度，探究细胞大小与物质运输的关系。HRW教材则用粉红色琼脂块(内含碱性酚酞)模拟细胞，醋酸模拟被细胞吸收的物质，因醋酸溶液遇到酚酞后粉红色褪去，根据褪去颜色的深度了解醋酸扩散进入细胞的深度，从而探究细胞大小如何影响扩散的。
两个实验材料用具大致相似，不同之处在于人教版教材把质量分数为0.1％的NaOH溶液作为扩散进入琼脂块的显色剂，HRW教材把醋酸作为扩散进入琼脂块的显色剂，取材源于生活，同时材料旁附有图片，使学生对实验有直观的认识。
3.3实验类型的比较分析
“细胞大小与物质运输关系”实验在中美教材中的主要区别在于实验类型的不同。人教版教材中的这一实验，从探究活动的类型来看是一个模拟探究实验，引用模型来解释生物上的原理，也体现了新课标对数学在生物上运用的重视。从探究的内容来看，这个实验属于部分探究实验，探究活动的问题已经给出，探究的计划已经制定好，学生只需完成收集数据、并对数据进行概括和推理，实验操作过程比较简单，有利于学生当堂完成，目的是促进学生对细胞不能无限增殖这一知识点的理解。
HRW教材中的这一实验属于“实验设计”这个栏目，承载着培养学生探究能力的目标，是引导探究式实验。教材没有给出明确的实验步骤，而是把探究性学习的过程分解为多个步骤，通过问题引导学生自己设计实验并实施，获得数据后循序渐进地分析实验结果，自主性强，难度更大。
3.4实验步骤的比较分析
人教版教材中的实验步骤为：给出实验步骤，根据步骤完成实验，填表记录数据，分析实验数据得出结论。实验过程呈现简单明确，实验方法严谨科学，是促进学生掌握科学方法，培养学生的科学思维和科学态度很好的材料。
HRW教材中的实验过程分为A、B、C三部分，教材没有给出明确的实验步骤，A部分是提出问题和设计实验，B部分为实验实施和实验后的清理与回收。两部分明确按照探究性学习的方式，把探究性学习的过程分解为多个步骤，让学生自己根据问题设计实
验，并引导学生思考设计时应注意的问题，例如确定探究的问题和假设、如何确定醋在琼脂块中的面积等。B部分的实验实施比较简单，用红色图标列出了注意事项，并引导学生制作表格记录数据。实验后的清理和回收告诉学生将实验用后的溶液、琼脂和用过的实验材料投入指定的垃圾桶，不要随意丢弃，把试验台清理干净，将可以重复利用的实验材料回归原位。
3.5实验结论的比较分析
①描述琼脂块表面的变化。
②运用数据，以扩散距离(mm)作为纵轴，以相对表面积作为横轴画图。
③根据②中的图，做出相对表面积与物质扩散距离关系的结论。
④以扩散速率(mm／分)作为纵轴，以相对表面积作为横轴再次作图。
⑤分析实验结果：运用步骤④中的表格，做出相对表面积与物质扩散速率关系的结论。
⑥估实验方法：是否能够忽略细胞的表面特征，把琼脂块简化为细胞
⑦计算：如果琼脂块的边长为5cm、10cm，算出其相对表面积，比较哪一种琼脂块的更大。
⑧得出结论：细胞的大小是如何影响物质扩散进入细胞的
⑨进一步探究：想出一个关于细胞大小与扩散的新问题，并进一步探究。
通过以上9个步骤，让学生运用数学的方法解决生物学问题，并知道科学探究的基本步骤和实验结果的分析方法，强调运用数学中的图形图像逐步得出生物学结论。
3.6实验后思考题的比较分析
两本教材实验后的思考题差别较大。人教版教材实验后的思考题有3道，需要学生计算分析，共同讨论，得出细胞越大运输效率越低的结论，利于学生学习随后的“细胞分裂”内容，局限于本节和本章内容。三道思考题设置巧妙，逐步深入地探讨细胞大小与物质运输的关系，将书本的前后知识联系起来，融会贯通，理解现象与本质的差异，发散学生的思维，激发学生的求知欲，培养学生的科学思维方法。
HRW教材后的思考题需要学生查阅资料和网站，深入分析自主探索才能得出答案，题后附有相应的网址供学生查阅，不局限于一节或一章的内容，综合性强。第1题需要学生查阅资料，联系真核细胞与原核细胞的区别及物质运输特点进行分析；第2题考查了学生对基本知识的掌握情况，需要学生联系不同物质进入细胞的方式和特点进行分析。两题突出了对学生综合运用知识能力培养。与人教版教材中的讨论相比，HRW教材中的资料查阅与分析属于自主学习，是另一种促进学生思维发展的方式。
4结论与启示
4.1注重学科知识的综合
人教版和HRW教材均注重学科间知识的综合。人教版教材将此实验与数学、化学知识联系，学生需要知道化学知识中酚酞遇NaOH后颜色变化的原理，并会计算正方体和球体相对表面积，分析数据表格。HRW教材同样需要学生用到醋酸遇粉色碱性酚酞褪色的化学原理及数学知识中正方体相对表面积的计算，并根据数据做出表格和图像的数学方法。我国教材对实验精度要求高，重视对实验数据和误差的分析，有利于培养学生认真严谨的科学态度。
4.2注重对学生探究能力的培养
人教版教材在这一实验属于部分环节的探究性学习，没有实验设计环节，探究主要体现在实验实施和实验后的分析与讨论部分。实验的实施过程严格按照步骤，科学记录数据，根据数据得出实验数据，运用数据、表格比较、分析问题，并对结果进行分析和讨论，利于培养学生的科学探究能力，促进学生之间的合作和交流。对于探究性学习，人教版教材在不同部分和章节渗透探究性学习的理念，在不同的实验呈现探究性学习的不同环节，有些明确给出实验步骤，利于课堂教学的展开，从整本教材的角度培养探究能力，更加高效，但不利于学生的自主学习和实验设计能力、自我监控能力的培养。
4.3注重对学生实验安全性和环保意识的培养
两本教材均有关于实验安全性的指示。人教版教材的步骤用叹号图标及文字内容，让学生知道实验过程中NaOH具有腐蚀性，防止对皮肤、眼睛及试验台伤害。相对而言，HRW教材中实验安全性环节更加明确突出，实验前专门列出“化学安全性”栏目，实验后有专门的清洁与整理环节，重视实验药品的回收与处理，从小处培养学生的环保意识。
4.4加强与现实生活的联系
物理是一门以观察实验为基础，重理论、重应用的自然学科。翻开物理课本，会发现几乎每一节的物理教学内容都离不开实验，实验是学生学习物理知识的重要手段，更是教师培养学生创新能力的一块好天地。然而，传统的物理教学模式，对于演示实验，老师做，学生看；对于学生实验，大多采用了“实验目的”“实验器材”“实验步骤”“实验结论”等编排化程序化的方法，这种实验教学方法尽管使学生学到了一定的实验技能，掌握了一定的实验方法，但这种方法带有律条的色彩，存在致命的弊端，把学生看成是知识的接收器，学生不是学习的主人，而是律条的奴隶，极大地限制了学生思维和想象的空间，限制了学生思维的发展，束缚了学生的手脚，使学生失去创造精神和创新精神。随着科学技术的不断发展，现代的文盲，不是不懂科学，而是不会研究科学的人。
在中学物理实验教学中该如何培养学生的创新能力呢？
一、开放演示实验，激发学生的创新意识
（一）开放实验方法。如：演示实验可由学生做，也可以利用现代的多媒体手段，制作物理实验课件，老师提出情境，让学生研究问题。比如初中物理复习课中密度的测量和电学中电阻的测量，在密度的测量中，如果只局限于课本，限定用天平和量筒，学生思维就得不到发展。因此在复习课的教学中，可用浮力、压强等知识来探求密度的测量问题。这样可激发学生的求知欲和创新精神。事实上，只要是行之有效符合物理原理与规律、操作简单的方法都是可取的。
（二）开放实验原理。实验方法的开放必然带来实验原理的开放，因为不同的实验方法体现了不同的实验原理。
（三）开放实验器材。由于实验方法的开放、实验原理的开放，实验所用器材由学生根据实验原理与方法，自己选定所需要的器材或自制器材，这样变纯观察性实验为创造操作性，使学生手、眼、脑相结合，锻炼了学生的动手制作、操作能力，培养了实践精神。
（四）开放实验结论。尽管实验有其自身的目的性，但得出的结论往往会有所差别，甚至会是不同的结论，这样可激发学生在尊重事实的基础上进行再思考，到底是误差的原因、实验方法和原理的错误，还是做出的结论本身有错误？培养了学生正确严谨的科学态度。
二、搞活学生实验，激活学生的创新思维
另外，对于学生分组实验，允许学生用不同的器材、不同的实验步骤进行实验。在实验中，学生需要在各种因素中进行取舍，对所得信息进行筛选。这就要求学生在既定目标的过程中，有全局观点和善于妥协，在不同情况下善于应变，培养学生的应变能力，使学生分析抽象概括综合表达能力都得到训练和发展。
总之，学生实验通过实验操作和交互式实验活动，促进学生积极地动脑动手。教师在此过程中主要是指导学生进行实验，如：提出注意事项、观察指导、记录数据等等，保证学生实验探索过程的顺利进行，使学生在“做科学”的过程中，自觉主动地叩开知识的大门，向着未知领域不断探索，培养学生独立操作能力，同时通过分组实验，也能使学生感受合作相处的重要性，感受探索知识的艰辛与快乐，激发学生爱科学的情感。
三、增加课外小实验，激励学生的创新精神
二、高中生物实验设计的能力要求
1.明确实验目的
实验设计题一般都开宗明义，告诉要探究或验证的具体事实。学生根据这些能联系实验所涉及的知识点，明确不同类型知识体系的实验具有诸多的不同因素，这是正确设计实验方案的基础。
2.理解实验原理
实验原理是设计实验的理论依据，理解实验原理是设计好实验的关键。渗透吸水的原理，光合作用、呼吸作用的原理，生长素的二重性，植物的向性，生物的遗传规律等，都是设计实验的理论依据。
3.把握实验设计的基本原则
在已知实验题目后进行实验设计时，除了要对所设计的实验有一个整体设想，有一条清晰的思路和操作的可行性外，还需要注意以下基本原则。
（1）科学性和严谨性。科学性，是指在设计实验时必须有充分的科学依据，这就要求设计时要以前人的实验、公式、理论或自己的实验为基础，而不是凭空设想。严谨性，欲使实验题中的问题回答得无懈可击，必须要注意实验设计的严谨性，如在某些实验中要设计对照实验。
（2）实验条件的一致性和可重复性。实验条件的一致性，在实验中除要设计的变量外，其他各项实验条件必须保持前后一致，不能在实验中随意变动。可重复性，指一个实验不能只看一次的结果，必须有足够的实验次数，才能判断结果的可靠性。
4.熟悉实验所需的材料、器具和药品
设计性实验中，材料和器具的选择是十分重要的，它由具体的实验决定。不管命题者是否提供了实验所需的器材、器具，都要结合实验原理，对所需器材的性能及使用范围进行综合考虑，才能准确判断实验所需的器具、材料和药品。
5.实验步骤实施中处理问题的能力
尽管在步骤实施前对实验有一整体的设想和思路，但高考题中的实验考生以前不一定接触过，只能依自己的主观判断，凭掌握的现成知识进行实验行为，因此考生在具体的步骤设计中难免出现这样或那样的问题。这就要求考生不但要掌握一般实验的基本操作技能，还要求学生能树立新的实验观念，不断总结实验方法，充分挖掘可行的实验因素，从而解决所遇到的问题，保证所设计的实验步骤的严密性、思维的完整性。
6.正确预见和准确表达实验结果
关键词：实验题；答题技巧；验证性实验；探究性实验
生物学是一门实验科学，在高考中生物实验的考查是一个重要方面，高考生物实验常以三种题型出现：验证性实验、探究性实验、评价和修正性实验，掌握实验题的相应答题技巧和语言规范对实验题的解答具有重要的帮助。
题型一验证性实验
【流程简图】
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【答题模板】
一、审“实验目的”（变量法）
1.从试题中提出的问题“验证×××（自变量）对×××（因变量）
的×××”找出自变量和因变量。
2.实验目的就是实验结论，在答实验结论时可照抄实验目的。
二、析“实验原理”（三段法）
1.实验原理一般由三段组成：“自变量和因变量的关系+因变
量的观测指标+实验具体过程描述”。
2.实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考；有些题目要求对实验结果进行分析，其实就是对实验原理的考查，
所以，对实验结果分析时套用实验原理即可。
三、辨“材料用具”（消元法）
依据所给材料，消去已用材料，分析选用未用材料。
四、套“实验步骤”（套用法）
实验步骤一般从以下三点考虑：
1.取材分组：将若干生长状况、大小等相同的材料（用具）均分为若干组，并用A、B、C……进行标号。
2.材料处理：不施加实验变量（自然条件或模拟自然条件）设为对照组；施加实验变量，设为实验组（或是相互对照组）；控制无关变量，即其他条件相同且适宜，试剂等量且适量。
五、述“实验结果、结论”（照抄法）
依据实验原理写出实验结果，实验结论照抄实验目的。
实验对照加减法
1.适用实验
若实验的操作步骤中需要进行对照，就可以用“加减法”进行解答。
2.方法
①减法原理：实验需要消除或减去某变量，从而反映出某些特征。例如探究光合作用中CO2作用的实验，实验组就需要用NaOH除去CO2，即减去了变量。
②加法原理：实验需要施加某变量，从而反映出某些特征。例如探究某激素对高等动物生长发育影响的实验，实验组需要饲喂或注射某激素，即施加了变量。
题型二探究性实验
1.从试题中提出的问题“探究×××（自变量）对×××（因变量）
2.有些试题要求写出实验研究课题，就是要求写实验目的，可套用“探究×××对×××的×××”这句话。
二、作“实验假设”（转换法）
1.假设是根据现有的科学理论和事实，对所研究的对象设想一种或几种可能的答案或解释，即实验原理。
2.提出一种可能的实验原理，换用陈述句表述。
同验证性实验。
四、套“实验步骤”（套入法）
五、述“实验结果、结论”（反推正写法）
1.先假设出可能的实验结论再得出实验结果，最后反过来写，即反推正写法。
2.常见三种结论：实验变量有利促进，实验变量不利抑制；实验变量无影响。
3.有时也会出现“预测最可能的结论”，此种情况应根据已有知识推测最合理的结论。
结果结论假设法
如果要求预测实验结果，就可以用“假设法”进行解答。
先假设实验结论，再推出所对应的实验结果，然后逆过来写，即先写结果再写结论（一般用“看得见”的结果得出“看不见”的结论，即结果是可测量、可观察的，结论是不可测量、不可观察的）。
①若仅A、B两组且B为对照组，则A>B“促进”；A
②若有A1、A2、A3、A4……多组实验，则结果有如图1所示的
多种可能（单调递增、单调递减、先增后减、先减后增、无影响、无规律等），结论也有相应的多种可能。
题型三评价和修正性实验
【流程简图]
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一看“对照”：若无对照，则参照实验组补充对照组；若有对照，则看对照是否有标记、是否遵循了单一变量原则、是否遵循了等量原则。
二看“步骤”：步骤是否完整。
三看“材料”：材料选择是否得当，实验仪器、药剂的使用是否准确。
创新是一个民族的灵魂，总理在今年两会政府工作报告中提出“大众创业、万众创新”的经济前行思路，可见创新能力的培养迫在眉睫。从基础教育抓起，从学科角度出发，本人认为物理实验设计能力的培养能很好地提高学生的创新素质。
物理实验是物理工作者在人为控制条件下，运用仪器、设备，使物理现象反复再现，从而有目的地进行观测研究的一种方法。实验是一种科学的方法，它能创造“最确实、最少受干扰”、“保证过程以纯粹形态进行”的物理过程。在这个过程中蕴藏着极其活跃的因素，能够活化学生学到物理知识，提高求知欲望，打开新知识大门，因此实验是对学生进行创造意识训练和培养创新能力的有效途径。《义务教育课程标准》要求学生在分析问题和解决问题时尝试运用科学知识和科学研究方法。可见新课标对实验教学给予很高的地位。中考这几年增加实验操作考试，试题中实验题比重增加。全国初中物理知识竞赛题有实验设计的权重，这些都说明素质教育对实验设计等能提高学生创新素质途径的呼唤。因此使初中学生形成初步的实验设计能力很有必要，下面谈本人的一些做法。
一、注重平时实验教学各环节，突出实验报告的撰写要求
要检验一个学生从整体上把握一个实验的能力，最直接的方法是看其实验报告。现在许多初中学生由于有实验报告册，做完实验，填一填就了事，没有真正自己撰写实验报告，缺少对实验的整体把握。一个实验报告一般由实验目的、实验原理（电路图）、实验器材、实验步骤、实验记录、实验结论等六部分组成。使学生明确实验目的和实验原理对一个实验设计来说，这要求对实验分类有一定的认识，是研究性的、验证性的还是测定性的，实验的器材和操作步骤是由实验方案变为实践的阶段。在这个阶段中，学生的主要任务是：器材选择、安装和调整仪器、操作控制实验条件的变化，观察测量，取得必要数据，排除可能出现的故障。这是培养学生实验技能和良好习惯的关键阶段。实验记录和实验结论部分是从现象上升到理性认识的重要阶段。在这一阶段中，学生发挥思维的能动作用，学习数据处理的一些方法，了解影响实验结果的因素，培养实事求是的态度和科学作风。
养成长期撰写实验报告的习惯对于形成实验设计能力的作用是基础性的、必要性的。
二、选择典型实验，加强对学生实验方法的培养
典型实验是加强对学生实验方法培养的载体。例如：在教授温度计一节时，把体温计与实验室温度计进行对比观察，教给学生观察的方法有重点观察法、顺序观察法（由上到下，由左到右，由表及里）、对比观察法等。又如探究动能大小与哪些因素有关的实验时，要先明确动能大小用什么来衡量？于是就有了“转换法”，通过木块被推动距离的大小来表示出来，做的功多表明它的能量大。同时，这个实验还要用到“控制变量法”。又如在教授托里拆利实验时，说明这是一种等效替代法，通过测量水银柱产生的压强间接知道大气压强。另外还有微小量测量中的叠加法和放大法等。
实验方法的培养是形成实验设计能力的钥匙。
三、挖掘教材，使课本成为形成实验设计能力的资源库
1.对现有题目进行挖掘
义务教育沪科版物理教材中，学生必做的基本操作类实验有七个，测量性实验有四个，探究性实验有九个。特别是探究性实验对学生的实验设计能力要求高。
例如第十六章第三节《测量电功率》中“迷你实验室”有关实验设计的题目“利用家用电能表测算家用电器的电功率”。学生在学习完伏安法测电阻后，尝试用新的物理原理测量电功率，这就要求学生对实验原理、器材、步骤重新进行思考。
再如电学课后习题：有一阻值已看不清的电阻器R1，我们要测出它的阻值，但手边只有一个电池组、一个电压表、一个已知阻值的电阻器R2和几根导线。你有办法测出R1的阻值吗？说出你的办法和理由。这就要求教师引导学生思考：①本实验与伏安法测电阻实验比较少了什么器材？多了什么器材？②没有电流表，要如何测出电流？③电路要如何连接，要直接测出哪些物理量？最终R1的数学表达式是什么？学生完成实验设计后，还要进一步挖掘题目，如果没有电压表，只有电流表，其它条件不变下，如何测出R1的阻值？最后教师要总结这两种情况下的处理方法，最终要求学生按写实验报告的思路写出设计方案。
2.采用循序渐进的方法
3.在不增加学生负担情况下，挖掘出提升实验设计能力的知识点。