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《生物：生命的动力》（《Biology：The Dynamics ofLife》）作为美国高中主流科学教材之一首版吸引了诸多研究者的青睐。2018年浙江教育出版社出版了《生物：生命的动力》（第二版），新版虽然基本保留了第一版各单元名称，但全书行文风格与具体内容已经完全不同于第一版。
实验是生物学不可或缺的一部分，以实验为抓手开展探究活动促进科学思维发展是生物学教学的重要形式。下面以此书的实验板块为研究对象，对其实验类型及编写特色进行分析，试图为教材编写或教师教学提供思路参考。
1 《生物：生命的动力》“实验板块”类型及简介
1.1 实验类型
综合教材目录和教材内容中的实验类型，实验板块包含起步实验、迷你实验、数据分析实验和生物实验4类（表1）共187个，按前一中一后的顺序顺次贯穿于每章服务于主题。
1.2 各类实验简介
起步实验出现于章首，旨在引出章的主题，使学生对即将学习的内容有初步的感知。这种实验简单，只有文字描述，没有图像和表格，以记录、观察、比较、推测为主，不急于评价预测的结果，随着学习的深入对起步实验进行再回顾。例如，第八章“细胞的能量”开篇通过无水氯化钙溶于水小实验，帮助学生感受能量的转换。学完第一节“生物体如何获取能量”后，安排了回顾“根据你了解的有关能量转化的知识，将如何回答‘起步实验’中的问题”。
迷你实验出现于章中，服务于具体知识内容。同起步实验一样，迷你实验仅有文字描述，没有图像和表格，但难度略大时间略长，通过调查、模拟、制作等学生可自主完成的形式将抽象内容直观化。例如，第八章的正文介绍新陈代谢包括合成代谢和分解代谢。光合作用和细胞呼吸是典型的新陈代谢方式，两者紧密配合使能量在生物体内持续流动。为便于学生理解在一个生态系统中光合作用和细胞呼吸是如何一起运作的，正文下方安排了“光合作用和细胞呼吸的关联”的迷你实验，通过用BTB化学指示剂检查二氧化碳在光合作用和细胞呼吸间的的传输帮助学生加深对新陈代谢的理解。
数据分析实验出现于章中，不涉及具体的设计实验、实施实验过程，侧重对实验结果的分析，基于真实的数据，针对某一问题呈现相关数据，通过对数据的分析加深对相应知识的理解，并通过识别、比较、总结、推断等批判性思维，达成解释数据或图表、预测结果、运用概念等数据分析目的。例如，第八章正文介绍了细胞呼吸的过程后，安排了“病毒性感染是怎样影响细胞呼吸的？”数据分析实验，使学生意识到病毒感染可以增加乳酸含量减少ATP的量，进一步加深对细胞呼吸的理解。
生物实验出现于章末，难度大要求高，具有较强的科学性和创新性，需要学生的团队合作，类似于我国的探究性实验。实验过程完整，包括提出问题、设计和实施实验、分析和得出结论等，以培养学生的高阶思维为目的。例如，第八章学完了“细胞的能量”，章末安排了“不同波长的光能影响光合作用效率吗”的探究性实验，并在分析和结论中要求完成下列问题：①解释你如何测量光合作用效率;②用图表表示你的数据;③描述你的数据中不同波长的光是怎样影响光合作用速率的;④讨论你的数据是否支持你的预测;⑤提出改进实验方案减小误差的建议;⑥同行评审：结合同学的建议改进你的实验方案。
2 《生物：生命的动力》“实验板块”编写特色
2.1 实验文本体现安全教育和技能教育的统一
我国课程标准在教学建议中指出“安全使用实验器具和实验药品是生物学实验的基本技能。教师应强化安全教育，增强学生自我保护意识。同时，要注意实验室废弃物的妥善处理。”该建议在我国教材中的体现并不明显，仅个别具有危险的实验稍有警示提示，如叶绿体中色素的提取实验。《生物：生命的动力》教材在技能手册中明确将实验安全、野外调查安全列入了科学探究与实验的板块作为其技能的一部分。安全教育可以帮助学生熟识安全警示标志、学会事故预防和实验室应急处理措施。除数据分析实验外，其余三类实验步骤的第一步就是“阅读并完成实验室安全表”（图1），教师要检查并签字。在步骤标题旁还附有相应的安全警示标志，其中“护目镜”“洗手”这两个安全警示标志是几乎所有动手实验都有标明而我国现实教学中似乎并未提及实验要注意保护眼睛。可见，美国教材在实验安全教育方面更为严谨和规范。
2.2 实验内容体现科学探究、健康生活和社会关注的统一
《生物：生命的动力》“实验板块”内容选择与我国倡导的促进学生核心素养的发展不谋而合，从科学探究、健康生活和社会关注三个层面（表2）为实现“全面发展的人”贡献学科力量。通过科学探究，让学生了解科学家的工作方式，学习和掌握科学家探讨生物学问题的思路和方法，初步具有科学探究的能力，学会用科学的概念来解释自然界的现象和现实生活中的问题，形成科学的世界观。生命科学是研究生命现象和规律的科学，科学实验可以帮助人们实现对自身的认识，引导学习者对健康的关注并学会健康生活。例如，“可溶性纤维会影响胆固醇水平吗？”“卒中后，蛋白质是如何引起神经细胞死亡的？”实验都与健康生活相关联。生物学也承担着帮助个人基于对生物学的认识，参与社会事务的讨论，并能作出理性解释和判断，解决生产生活问题的责任，实验栏目也涉及了“污染如何影响美国桦尺蛾的黑化？”“世界上哪一区域的珊瑚礁正在被破坏？”等社会议题的讨论。
2.3 实验编排体现开放性和引导性的统一
美版教材“实验栏目”编排的开放性不仅强调学生对实验内容的学习，更强调通过实验活动培养学生的高阶思维能力，如批判性思维和创造性思维。我国生物教材在实验原理、实验材料、实验步骤、思考与讨论等方面充分体现了实验教学的引导性，但其开放性可进一步提高。新版《生物：生命的动力》37个“生物实验”在分析和讨论环节后都提出了终极要求，以加大科学探究的开放力度，主要的终级要求分为“科技写作”“技能应用”“海报交流”三种（表3）。不同要求又结合探究主题有进一步的细分，如技能应用中又涉及同行评审，头脑风暴等内容，海报交流可以是班级内、班级间或以校园广播的形式进行，也可进社区与居民交流。实验编排中增加开放性可使学生像科学家一样思考，像科學家一样探索，并将科学探究转化为科学实践，在科学实践中构建生命观念、锻炼科学思维、最终形成社会责任感。
3 结语
科学探究和科学实践是学习科学的有效途径，科学探究让学生成为独立的思考者、学习者，教师在指导科学探究活动中扮演重要角色，教材是教师实现有效指导的重要支持。新版《生物：生命的动力》“实验栏目”结构清晰、层次分明、内容丰富、形式多样，可为我国生物教材编写及教师教学设计提供思路参考和启发。
实验是生物学不可或缺的一部分，以实验为抓手开展探究活动促进科学思维发展是生物学教学的重要形式。下面以此书的实验板块为研究对象，对其实验类型及编写特色进行分析，试图为教材编写或教师教学提供思路参考。
1 《生物：生命的动力》“实验板块”类型及简介
1.1 实验类型
综合教材目录和教材内容中的实验类型，实验板块包含起步实验、迷你实验、数据分析实验和生物实验4类（表1）共187个，按前一中一后的顺序顺次贯穿于每章服务于主题。
1.2 各类实验简介
起步实验出现于章首，旨在引出章的主题，使学生对即将学习的内容有初步的感知。这种实验简单，只有文字描述，没有图像和表格，以记录、观察、比较、推测为主，不急于评价预测的结果，随着学习的深入对起步实验进行再回顾。例如，第八章“细胞的能量”开篇通过无水氯化钙溶于水小实验，帮助学生感受能量的转换。学完第一节“生物体如何获取能量”后，安排了回顾“根据你了解的有关能量转化的知识，将如何回答‘起步实验’中的问题”。
迷你实验出现于章中，服务于具体知识内容。同起步实验一样，迷你实验仅有文字描述，没有图像和表格，但难度略大时间略长，通过调查、模拟、制作等学生可自主完成的形式将抽象内容直观化。例如，第八章的正文介绍新陈代谢包括合成代谢和分解代谢。光合作用和细胞呼吸是典型的新陈代谢方式，两者紧密配合使能量在生物体内持续流动。为便于学生理解在一个生态系统中光合作用和细胞呼吸是如何一起运作的，正文下方安排了“光合作用和细胞呼吸的关联”的迷你实验，通过用BTB化学指示剂检查二氧化碳在光合作用和细胞呼吸间的的传输帮助学生加深对新陈代谢的理解。
数据分析实验出现于章中，不涉及具体的设计实验、实施实验过程，侧重对实验结果的分析，基于真实的数据，针对某一问题呈现相关数据，通过对数据的分析加深对相应知识的理解，并通过识别、比较、总结、推断等批判性思维，达成解释数据或图表、预测结果、运用概念等数据分析目的。例如，第八章正文介绍了细胞呼吸的过程后，安排了“病毒性感染是怎样影响细胞呼吸的？”数据分析实验，使学生意识到病毒感染可以增加乳酸含量减少ATP的量，进一步加深对细胞呼吸的理解。
生物实验出现于章末，难度大要求高，具有较强的科学性和创新性，需要学生的团队合作，类似于我国的探究性实验。实验过程完整，包括提出问题、设计和实施实验、分析和得出结论等，以培养学生的高阶思维为目的。例如，第八章学完了“细胞的能量”，章末安排了“不同波长的光能影响光合作用效率吗”的探究性实验，并在分析和结论中要求完成下列问题：①解释你如何测量光合作用效率;②用图表表示你的数据;③描述你的数据中不同波长的光是怎样影响光合作用速率的;④讨论你的数据是否支持你的预测;⑤提出改进实验方案减小误差的建议;⑥同行评审：结合同学的建议改进你的实验方案。
2 《生物：生命的动力》“实验板块”编写特色
2.1 实验文本体现安全教育和技能教育的统一
我国课程标准在教学建议中指出“安全使用实验器具和实验药品是生物学实验的基本技能。教师应强化安全教育，增强学生自我保护意识。同时，要注意实验室废弃物的妥善处理。”该建议在我国教材中的体现并不明显，仅个别具有危险的实验稍有警示提示，如叶绿体中色素的提取实验。《生物：生命的动力》教材在技能手册中明确将实验安全、野外调查安全列入了科学探究与实验的板块作为其技能的一部分。安全教育可以帮助学生熟识安全警示标志、学会事故预防和实验室应急处理措施。除数据分析实验外，其余三类实验步骤的第一步就是“阅读并完成实验室安全表”（图1），教师要检查并签字。在步骤标题旁还附有相应的安全警示标志，其中“护目镜”“洗手”这两个安全警示标志是几乎所有动手实验都有标明而我国现实教学中似乎并未提及实验要注意保护眼睛。可见，美国教材在实验安全教育方面更为严谨和规范。
2.2 实验内容体现科学探究、健康生活和社会关注的统一
《生物：生命的动力》“实验板块”内容选择与我国倡导的促进学生核心素养的发展不谋而合，从科学探究、健康生活和社会关注三个层面（表2）为实现“全面发展的人”贡献学科力量。通过科学探究，让学生了解科学家的工作方式，学习和掌握科学家探讨生物学问题的思路和方法，初步具有科学探究的能力，学会用科学的概念来解释自然界的现象和现实生活中的问题，形成科学的世界观。生命科学是研究生命现象和规律的科学，科学实验可以帮助人们实现对自身的认识，引导学习者对健康的关注并学会健康生活。例如，“可溶性纤维会影响胆固醇水平吗？”“卒中后，蛋白质是如何引起神经细胞死亡的？”实验都与健康生活相关联。生物学也承担着帮助个人基于对生物学的认识，参与社会事务的讨论，并能作出理性解释和判断，解决生产生活问题的责任，实验栏目也涉及了“污染如何影响美国桦尺蛾的黑化？”“世界上哪一区域的珊瑚礁正在被破坏？”等社会议题的讨论。
2.3 实验编排体现开放性和引导性的统一
美版教材“实验栏目”编排的开放性不仅强调学生对实验内容的学习，更强调通过实验活动培养学生的高阶思维能力，如批判性思维和创造性思维。我国生物教材在实验原理、实验材料、实验步骤、思考与讨论等方面充分体现了实验教学的引导性，但其开放性可进一步提高。新版《生物：生命的动力》37个“生物实验”在分析和讨论环节后都提出了终极要求，以加大科学探究的开放力度，主要的终级要求分为“科技写作”“技能应用”“海报交流”三种（表3）。不同要求又结合探究主题有进一步的细分，如技能应用中又涉及同行评审，头脑风暴等内容，海报交流可以是班级内、班级间或以校园广播的形式进行，也可进社区与居民交流。实验编排中增加开放性可使学生像科学家一样思考，像科學家一样探索，并将科学探究转化为科学实践，在科学实践中构建生命观念、锻炼科学思维、最终形成社会责任感。
3 结语
科学探究和科学实践是学习科学的有效途径，科学探究让学生成为独立的思考者、学习者，教师在指导科学探究活动中扮演重要角色，教材是教师实现有效指导的重要支持。新版《生物：生命的动力》“实验栏目”结构清晰、层次分明、内容丰富、形式多样，可为我国生物教材编写及教师教学设计提供思路参考和启发。