中美教材“孟德尔遗传定律”实验的比较分析

摘要：“孟德尔遗传定律”是高中生物教学的重点难点之一，本文通过对人教版高中教材《遗传与进化》与美国高中主流教材《生命的动力》的实验内容从实验数量及题目、实验类型、实验目的、能力培养目标、实验过程优缺点和结果与分析几个方面进行比较，分析中美教材如何通过实验突破重难点，由此得出三方面启示：课堂教学应当注重实验的安全性教育、注重自主学习能力的培养和科学素养的提高。

关键词：中美生物教材;遗传定律;实验比较

“孟德尔遗传定律”是高中生物学的重要内容，涉及的概念多、信息量大、理论性强，因此，教学素材的合理整合和巧妙的教学设计至关重要。为了突破这一难点，人教版高中生物教材《遗传与进化》（简称“中国教材”）和美国高中主流教材《生命的动力》（简称“美国教材”）都安排了相关实验，将抽象知识形象化，帮助学生突破思维障碍，提供更多的思考和实践机会。为此，在比较分析中美教材实验的基础上，寻找它们在处理相同教学内容的差异和特色，以期帮助教育工作者活用教材，更好促进生物教学。

1.实验内容的比较分析

1.1实验数目及题目

中国教材：（1）“性状分离比的模拟”;

美国教材：（1）迷你实验：“测算花粉粒的数目”;（2）技能实验：“孟德尔实验的数据分析”;（3）网络生物实验：“如何确定植物的表现型和基因型”。

1.2实验类型

中国教材：模拟实验;美国教材：探究实验。

1.3实验目的

中国教材：通过模拟实验，认识和理解遗传因子的分离和配子的随机结合与性状之间的数量关系，体验孟德尔的假说;

美国教材：通过观察花的结构，体验异花传粉过程;比较、分析数学统计法在生物学的应用;通过观察两组种子所培育出的植株的表现型，推断出亲本植株的表现型和基因型。

1.4实验器材及药品

中国教材：小桶、彩球、纸、笔;

美国教材：花、显微镜、玻片、清水、盆栽土、小花盆、番茄种子、放大镜、光源、温度计、浇水壶等。

1.5实验过程

中国教材：（1）在甲、乙两个小桶中放入两种彩球各10个;（2）摇动两个小桶，使小桶内的彩球充分混合;（3）分别从两个桶内随机抓取一个小球，组合在一起，记下两个彩球的字母组合;（4）将抓取的彩球放回原来的小桶内，摇匀，按步骤;（5）重复50-100次。

美国教材：实验1：（1）观察教师发的花，根据图示，找出雄蕊;（2）剪下雄蕊，找到花药;（3）制作装片;（4）低倍观察花粉。实验3：（1）分组实验，核对材料，说明检验假说的可能办法;（2）小组讨论后决定采用检验假说的其中一种方法;（3）设计一个实验收集量化的数据。比如你需要检查多少植株？（4）列出实验的步骤并用数字标明顺序。列出需要的材料及需要的量;（5）制作一个数据表记录你的观察结果。

1.6实验结果分析

中国教材：（1）统计实验结果：彩球组合有几种？每种组合的数量是多少？计算彩球组合类型之间的数量比。设计表格，记录实验结果。（2）统计全班的实验结果，求平均值。计算小球组合类型之间的数量比。（3）两个彩球组合代表什么？（4）将每个小组的实验结果与全班总得实验结果作比较，你有什么发现？如果孟德尔当时只统计10株豌豆杂交的结果，他还能正确解释性状分离现象吗？（5）将模拟实验的结果与孟德尔的杂交实验结果相比较，你认为孟德尔的假说是否合理？

美国教材：实验1：（1）估算一个花药中大概有多少花粉粒;（2）单个花粉粒看上去像什么？（3）花粉粒在植物繁殖中起什么作用？实验2：（1）比较孟德尔观察到的比例和预期的比例3：1一样吗？（2）分析为什么实际的比例和预期的比例不同？实验3：（1）为什么要先把种子培育成植株，然后才能推断产生这些种子的植株的表现型？（2）根据实验导言中提供的信息，说说控制绿色的基因（C）的遗传模式。（3）如果一组种子培育出的植株都是绿色的，能确定其亲本的基因型吗？能确定观察到的每一棵植株的基因型吗？为什么？（4）如果一组种子培育出的植株有绿色也有白色，能确定其亲本的基因型吗？能确定观察到的每一棵植株的基因型吗？为什么？（5）根据/internet_lab中公布的数据，把你的实验设计与其他学生的进行比较。你们的结果相似吗？你们结果的不同可能是什么导致的？

2.分析讨论

2.1实验数目和题目

中国教材中设置了一个实验，美国教材设置了三个。中国教材实验题目表述学术味更浓，而美国教材的实验题目表述从感性认识入手，切近生活，例如“测算花粉粒的数目”能够很快激发学生的兴趣，调动学习的积极性。

2.2实验类型

中国教材的实验类型是模拟实验，美国教材是探究实验。模拟实验是科学探究的一种常见方法，中国教材将孟德尔豌豆杂交实验采用模拟实验的方式让学生获得直观体验，将复杂问题简洁化，其可行性和可操作性更强。美国教材通过三个探究实验，给学生一个动态的科学全景，学生得到的不仅包括科学知识，还包括科学过程实验以及概念体系发展与科学家实验相互作用过程中所体现出的一些科学的本质特征。学生们必须从直接参与探究的体验中获得对探究特征的深刻认识[3]。

2.3实验目的

中美教材的实验目的是一致的。中国教材通过一个模拟实验突破难点，将抽象问题具体化，帮助学生将课本的间接经验转化为直接经验，实现有效时间内的高效教学，帮助学生快速认识和理解遗传因子的分离和配子的随机结合与性状之间的数量关系，体验孟德尔统计方法的应用。美国教材则通过三个实验，将难点教学目标的达成细化，实验1观察花的结构并显微观察花粉粒，实验2分析讨论实验数据的处理，实验3通过亲身培育番茄种子，直观体会孟德尔定义的表现型和基因型间的关系。三个实验层层递进，从感性认识引导学生上升到理性思考，再尝试体验杂交实验。在有限时间的课堂教学中，相比之下，中国教材实验的设计更有特色，起到画龙点睛的作用。

2.4能力培养目标

中国教材将数据的分析、技能的培养融合在实验过程中，具体技能培养内容没有单独列出。美国教材将能力的培养表述明确，例如：估算一个花药中大概有多少花粉粒，比较孟德尔观察到的比例和预期的比例3：1一样吗？并且对“估算”“比较”这些技能动词用加粗彩色的字体表示，更加醒目。同时，加强对学生综合技能的训练，例如“估算、描述、分析、运用网络”等，培养学生发现问题、分析问题、解决问题、表达自我观点的多项技能。

2.5实验过程的优缺点

中国教材实验的优点是给定学生实验步骤，更多让学生通过模拟实验提高举一反三、知识的迁移能力。缺点：（1）教材中建议每两人一组，每组两种颜色的小球各20个，全班一般有25个组，实验材料的准备有一定的难度;（2）操作中随机选取小球，容易出现人为误差;（3）实验设计本身存在科学性错误。两个桶内放置相同数量的小球是不妥的，因为有性生殖的高等动植物，在减数分裂形成配子时，数量远大于卵细胞的数量，容易让学生造成误解[4]。

美国教材的优点是通过观察花和花粉粒的结构给定具体步骤到培育番茄种子自己设计实验过程，让学生切身用视觉、触觉、听觉全身心参与体验杂交实验过程，锻炼学生的实验操作技能，形成自己对事物的认知，培养对知识的批判反思精神。缺点：（1）实验需要大量的花作为观察对象，不利于对环境的保护，也不利于培养学生爱护身边花草树木的生物素养的形成;（2）番茄种子的培养需要较长时间，同时成活率的大小都是未知的，可能会造成很多时间、人力、物力的浪费。

2.6实验结果与分析

中美教材在实验的结果与分析部分都提出了大量的问题，引发学生思考，层层深入，是对实验过程认识的升华过程，是突破瓶颈实现目标达成的重要环节。同时，小组内和小组间的相互讨论、分析、比较，对培养学生独立思考、质疑能力的培养至关重要。

3.对中学生物教师的启示

3.1注重实验的安全性教育

美国教材的实验都有一个小栏目“安全警示”，特别说明实验需要注意的安全问题。例如：“如何确定植物的表型型和基因型”实验中，教材中有“注意：使用植物材料后要洗手，实验中要戴护目镜” 的提醒，同时还画出相关“刺激物”、“眼部安全”、“防护服装”、“极端温度”、“带电物”五个安全警示符号。从中透出对学生的人文关怀，人教版教材中没有相关的提示，需要教师在指导学生实验时及时提醒。这种明确显性的提示，能够帮助学生建立自我保护理念，培养严谨认真的实验态度，养成良好的科学习惯。

3.2注重自主学习能力的培养

中美教材都积极倡导探究性学习，例如中国教材中“将每个小组的实验结果与全班总得实验结果作比较，你有什么发现？如果孟德尔当时只统计10株豌豆杂交的结果，他还能正确解释性状分离现象吗？”，通过设置贴近生活的情境， 激发学生思考热情，引导其主动参与探究过程，勤于动手和动脑，实现对难点知识的迎刃而解，是课堂教学的升华。

3.3注重科学素养的提高

中美教材都很注重科学素养的培养，但其含义有所差异。我国课程标准中提出的科学素养包括科学知识、探究能力和情感态度与价值观[5]。美国课程标准中的科学素养是对学生的好奇心、接受新思想和怀疑态度的培养[6]。因此，教师在帮助学生获取知识开拓视野的同时，更应该注重对学生实践能力和质疑精神的培养，同时渗透热爱生活、关注自然、爱护周围生物的生物素养。

参考文献：

[1]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书遗传与进化[M].北京：人民教育出版社.2007：6.

[2][美]奥尔顿・比格斯，等.科学发现者：生物・生命的动力[M].廖素梅，曾立等，译.杭州：浙江教育出版社，2008：478，486，498-499.

[3][美]国家研究理事会.美国国家科学教育标准[S].戢守志，译.北京：科学技术文献出版社，1999.

[4]刘正旺.高中生物学实验高效教学案例―“性状分离比的模拟”实验教学的再加工[J].生物学通报.2013.48（5）：35.

[5]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（实验）[S].北京：人民教育 出版社，2003.

[6][美]美国科学促进协会.面向全体美国人的科学[M]中国科学技术协会，译.北京：科学普及出版社，2005：157-158，174-175.