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摘要：立足对2019年版人教版、青岛版新教学用书的比较，从该实验在教材中的编排位置、实验材料用具、实验內容与实验设计、教材逻辑与內容风格、对学生的生物学学科核心素养的培育五个方面进行对比分析，进而提出如何优化该实验教学的启示与建议。
关键词：实验设计，教材比较，实验教学，学科核心素养
中图分类号：G633.91文献标志码：B
伴随《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《新课标》）的推行，2019年秋季，部分省份开始使用新编高中生物学教材开展教学。其中，由人民教育出版社编写的《普通高中生物学教科书》（下称“人教版”）是使用范围最广、最具代表性的新版高中生物学教学用书。除该版教材之外，有的省市也以课程标准为依据，编排并试用了若干地方教材，如由青岛出版社出版的“普通高中课程标准实验教学辅助用书”《生物学》（下称“青岛版”）等。
在课程标准的指导下，人教版和青岛版高中生物学教科书的知识体系大致相同，内容结构也较为相似，而在内容呈现、教材逻辑、栏目编排、习题、实验设计中则各自彰显特色。生物学具有科学课程和实验课程的双重属性，实验教学是学科特色的重要体现。在高中阶段，“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验是第一个涉及物质检测的探究实践活动，该实验在整个高中生物学实验教学中起着至关重要的作用并且有着特殊意义，能够帮助学生掌握一些基础的探究性实验技能，在引导学生形成“细胞由多种多样的分子组成”概念的同时，发展学生的科学思维。通过对2019年新版人教版和青岛版教材的对比分析，探讨两版教材该项实验设计的特色，管窥教材的编排特色，并为教师的实验教学提供参考。
1 人教版与青岛版实验设计比较分析
“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验”在两版教材中均属于必修1模块“分子与细胞”的第二章第一节“细胞中的元素和化合物”章节范围，两版教材均将本实验设计为探究实践活动。下面从该实验在教材中的编排位置、实验材料用具、实验内容与实验设计、教材逻辑与内容风格、对学生学科核心素养的培育5个方面切入，对两版教材进行了比较分析。
1.1 实验在教材中的编排位置的比较分析
人教版教材中，“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验”是全书第二个实验。在此之前，学生仅进行了“使用高倍显微镜观察几种细胞”的实验。而青岛版中，学生则完成了“使用高倍显微镜观察几种细胞”和“观察叶绿体和细胞质的流动”两个实验。因此，在“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验”中，由于需使用显微镜观察花生子叶的染色装片，使用青岛版教材学习的学生在该操作中或相对更为熟练。当然，无论对于哪版教材，该实验均是第一次利用颜色反应来鉴定物质，从学生对实验原理的理解水平方面讲，两版教材的学习起点是相同的。
1.2 实验材料用具的比较分析
在中学生物学实验中，实验材料的选择应考虑是否现象明显、取材方便、成本低廉、绿色环保等因素。在“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验”中，应考虑：实验材料是否含有丰富的还原糖、脂肪、蛋白质;实验过程中是否容易出现干扰实验结果或妨碍观察的其他情况。本实验需要通过颜色变化推测实验结果，因此，实验材料的颜色应尽量纯净，便于观察。人教版教材共提供了7种实验材料，分别是“梨匀浆、葡萄糖匀浆、白萝卜匀浆、花生种子、豆浆、鲜肝提取液、鸡蛋清稀释液”;青岛版也提供了7种实验材料，分别是“植物油、鸡蛋、梨、马铃薯、花生、大豆、质量分数为1%的葡萄糖溶液”，对两版教材选用实验材料的比较分析见表l。
在实验试剂的选用上，两个版本教材大同小异，对还原糖的检测使用斐林试剂，对蛋白质的检测使用双缩脲试剂。在脂肪检测方面，人教版教材删掉了老版本教材的“苏丹Ⅳ染液”，只强调使用苏丹Ⅲ染液进行鉴定，并规范了苏丹Ⅲ染液的浓度（0.01g/mL），使得生物学实验的“定量”思想更加凸显，也更便利师生操作;青岛版教材则仅是提到使用苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液進行鉴定，并未明确浓度。还应提及的是，青岛版教材提供了马铃薯材料及碘液试剂，这实际上是使用碘液检测淀粉的一项实验设计。人教版在旧版教材中也有这项实验，而新版教材中则删减了该内容，青岛版虽保留了该实验设计，但在实验原理的介绍中，并未提及“淀粉遇碘液变蓝”的原理，学生在实际实验中可能产生困惑。
除此之外，两版教材在实验材料用具的内容呈现上也存在细节差异，人教版将材料与用具分开呈现，分别介绍了实验材料、仪器、试剂，青岛版则是笼统介绍的，相较而言，人教版在该方面更加条理，更人性化。
1.3 实验內容与实验设计的比较分析
两个版本的实验内容、实验设计具有较为明显的区别。在实验内容上，人教版教材以探究性实验为主，即在实验伊始，教师需先向学生讲解糖类、脂肪和蛋白质在鉴定过程中颜色变化的原理;然后，提供成分未知的各种实验材料，引导学生自主选材，先预测或假设其中所含物质;再设计实验进行检测;最后，依据颜色反应原理，学生根据观察到的结果作出结论。可以看出，人教版的实验设计体现了探究性实验的一般逻辑，即“提出问题一作出假设一设计实验一收集证据一得出结论”。
青岛版则将验证性实验与探究性实验有机结合，实验内容包括“己知成分的检测”与“样品未知成分的检测”两部分。其中，“己知成分的检测”遵循验证性试验的一般思路，即实验开始之前，教师先把三种材料中的主要化合物告知学生（葡萄糖溶液富含还原糖、鸡蛋清稀释液富含蛋白质、植物油富含脂肪），并要求学生根据颜色反应原理对结果作出预测，然后引导学生动手实验、验证结论。而“样品未知成分的检测”则与人教版教材的实验思路较为类似，要求学生从其他实验材料中选择一种进行成分检测，并完成对如表2所示的表格的填写。与人教版相比较，这一部分的探究性实验设计相对较为简略，在实验内容的呈现上主要体现了对“作出假设”“设计实验”“得出结论”环节的设计，实验难度相对较大。 应当说，两本教材对该实验的内容和设计各具特色。相比而言，青岛版教材比人教版教材内容更显复杂，实验设计虽有循序渐进的学习过程，但整体难度略高，对教学时长的要求更长，对学生完成实验后达到的学习水平要求更高。人教版教材更适合面向全国范围内的学生平均水平的学习要求，青岛版则适宜于面向一定区域内相对学习水平较高的学生学习。
1.4 教材逻辑与内容风格的比较分析
在教材中实验的编排逻辑上，人教版依据“实验原理一目的要求-材料用具-方法步骤-讨论”的逻辑设计实验，其中，对于“实验原理”部分并未以小标题的形式显化呈现.青岛版以“实验目的-实验原理-材料器具-方法步骤-思考讨论”的逻辑设计实验，两版教材在实验的编排逻辑上基本一致。
在内容风格上，两版本教材存在一定的差别。青岛版教材内容风格更加简略，强调学生在实验中“应当做什么”;人教版教材内容风格更突出细节，注重学生的学习体验，强调学生在实验中“经历并领悟到什么”。例如，人教版教材专门配有三种待测物质颜色变化的插图等，教材显得生动形象;人教版教材使用了多种行为动词引导学生参与实验过程和体会实验结果，如“观察”“交流”“发现”，既重视学生实验的过程，又重视实验后的交流和反思，这在青岛版教材中是相对少见的。
1.5 对学生生物学学科核心素养培育效果的比较分析
立足发展生物学学科核心素养的视角审视两版教材的实验编排，两版教材均在实验中渗透了对学生学科核心素养的全面培育。例如，在生命观念方面，引导学生经历和体会实验过程，加深对生命的物质观的认识，以细胞为单位的生命体，其组成元素和化合物，既和自然界有着普遍联系，又有着特殊性;在科学思维方面，引导学生能够对实验结果进行求真质疑，像科学家一样思考、求证，并对实验结论进行总结概括;在科学探究方面，引导学生经历科学探究的一般过程，设计并开展实验，运用动手操作能力、表格设计能力、沟通交流能力等，完成实验探究;在社会责任方面，通过实验操作和学习，在生活中能够做到合理膳食，并给他人提供正确的饮食建议，等等。人教版教材的内容编排中，对于学生发展生物学学科核心素养的渗透更为细膩。例如，两版教材实验最后均设计了思考题，人教版教材的思考题更注重立足学科核心素养的角度，引导学生对探究性实验的经历、体悟和对实验结论的迁移应用;青岛版则更注重学生对实验本身的深度理解，见表3。
2 对“糖类、脂肪和蛋白质检测”实验教学的启示
通过两版教材实验设计的比较分析，笔者对如何开展“生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的检测”实验教学进行了反思，并得到如下启示和建议。
2.1 澄清实验原理，适度选材
本实验中，对于糖类的检测实际仅是对“还原糖”的检测，对淀粉等多糖并未进行检测，而一些实验材料既含单糖又富含多糖的。在学习实验原理时，教师应当注意澄清这个要点，避免引导学生产生迷思概念。此外，实验所用的斐林试剂和双缩脲试剂成分相似，但实验中的反应原理不同，在实验原理中应当尽可能说明，还原糖将斐林试剂中的Cu（OH）2溶液还原成了砖红色Cu2O沉淀（需要水浴加热），而蛋白质与CuSO4溶液发生紫色反应（NaOH溶液仅仅是为该反应提供碱性环境）。
在实验材料的选择上，教师可以对两版教材所提供的材料借鉴使用，材料不一定多多益善，但一定要适用，对于一些现用现配的实验材料，应当提前备好相应处理用具，包括提前配好足量的实验试剂等。有研究表明，葡萄糖溶液、白萝卜匀浆、植物油、花生种子、鸡蛋清稀释液、马铃薯在实验中现象较好且效果稳定。
2.2 注重实验设计的可探究性，引导学生在实验过程中“有所参与、有所领悟”
“糖类、脂肪和蛋白质检测”既可设计为验证性实验，亦可设计为探究性实验。《新课标》强调，生物学教学应当以学生为主体，注重教学过程的实践性。本实验是高中生物学教学中第一个具有较强探究意义的实验，实验难度相对较低。因此，在教学中，更适宜于设计成探究性实验，引导学生经历探究性学习的一般过程，在一定程度上发展学生的探究能力，打好高中阶段探究性学习的基础。教学中，教师尤其注重学生在实验后的交流、评价，以及对实验成果的迁移应用，让学生既能够深度参与实验过程，也能够站在更高的视角上对实验结论进行反思，“有所参与、有所领悟”，达到学以致用。
2.3 积极探索和创新实验教学方式，全面发展学生学科核心素养
随着技术和理念的进步，實验方法也在不断改进，例如，已有研究者提出了计算机辅助法、引导一探究法、交互实验法等实验教学方法或模式。近年来，传感技术、物联网技术、虚拟现实技术，甚至人工智能等也开始在中学生物学教学领域投入应用。在生物学教学中，实验教学方式的选择要依据实验教学内容、教学目标、学生需求、客观条件等，采用多种方法结合的方式，以实现最优化的教学效果。在“糖类、脂肪和蛋白质检测”实验中，对于实验原理的讲授、小组学习成果的分享等，教师都可以通过技术手段优化教学效果，甚至转变学习方式。探索和创新实验教学的限度则应当立足全面发展学生的生物学学科核心素养，从生命观念、科学思维、科学探究与社会责任四个方面设计教学内容，以最恰当、最可行、学生最易接受的方式开展教学。学生进行实验学习的过程，就是学科核心素养得到发展的过程，实际上就是“知”“意”“行”“情”有机统一、协调发展的过程。
关键词：实验设计，教材比较，实验教学，学科核心素养
中图分类号：G633.91文献标志码：B
伴随《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《新课标》）的推行，2019年秋季，部分省份开始使用新编高中生物学教材开展教学。其中，由人民教育出版社编写的《普通高中生物学教科书》（下称“人教版”）是使用范围最广、最具代表性的新版高中生物学教学用书。除该版教材之外，有的省市也以课程标准为依据，编排并试用了若干地方教材，如由青岛出版社出版的“普通高中课程标准实验教学辅助用书”《生物学》（下称“青岛版”）等。
在课程标准的指导下，人教版和青岛版高中生物学教科书的知识体系大致相同，内容结构也较为相似，而在内容呈现、教材逻辑、栏目编排、习题、实验设计中则各自彰显特色。生物学具有科学课程和实验课程的双重属性，实验教学是学科特色的重要体现。在高中阶段，“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验是第一个涉及物质检测的探究实践活动，该实验在整个高中生物学实验教学中起着至关重要的作用并且有着特殊意义，能够帮助学生掌握一些基础的探究性实验技能，在引导学生形成“细胞由多种多样的分子组成”概念的同时，发展学生的科学思维。通过对2019年新版人教版和青岛版教材的对比分析，探讨两版教材该项实验设计的特色，管窥教材的编排特色，并为教师的实验教学提供参考。
1 人教版与青岛版实验设计比较分析
“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验”在两版教材中均属于必修1模块“分子与细胞”的第二章第一节“细胞中的元素和化合物”章节范围，两版教材均将本实验设计为探究实践活动。下面从该实验在教材中的编排位置、实验材料用具、实验内容与实验设计、教材逻辑与内容风格、对学生学科核心素养的培育5个方面切入，对两版教材进行了比较分析。
1.1 实验在教材中的编排位置的比较分析
人教版教材中，“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验”是全书第二个实验。在此之前，学生仅进行了“使用高倍显微镜观察几种细胞”的实验。而青岛版中，学生则完成了“使用高倍显微镜观察几种细胞”和“观察叶绿体和细胞质的流动”两个实验。因此，在“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验”中，由于需使用显微镜观察花生子叶的染色装片，使用青岛版教材学习的学生在该操作中或相对更为熟练。当然，无论对于哪版教材，该实验均是第一次利用颜色反应来鉴定物质，从学生对实验原理的理解水平方面讲，两版教材的学习起点是相同的。
1.2 实验材料用具的比较分析
在中学生物学实验中，实验材料的选择应考虑是否现象明显、取材方便、成本低廉、绿色环保等因素。在“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质实验”中，应考虑：实验材料是否含有丰富的还原糖、脂肪、蛋白质;实验过程中是否容易出现干扰实验结果或妨碍观察的其他情况。本实验需要通过颜色变化推测实验结果，因此，实验材料的颜色应尽量纯净，便于观察。人教版教材共提供了7种实验材料，分别是“梨匀浆、葡萄糖匀浆、白萝卜匀浆、花生种子、豆浆、鲜肝提取液、鸡蛋清稀释液”;青岛版也提供了7种实验材料，分别是“植物油、鸡蛋、梨、马铃薯、花生、大豆、质量分数为1%的葡萄糖溶液”，对两版教材选用实验材料的比较分析见表l。
在实验试剂的选用上，两个版本教材大同小异，对还原糖的检测使用斐林试剂，对蛋白质的检测使用双缩脲试剂。在脂肪检测方面，人教版教材删掉了老版本教材的“苏丹Ⅳ染液”，只强调使用苏丹Ⅲ染液进行鉴定，并规范了苏丹Ⅲ染液的浓度（0.01g/mL），使得生物学实验的“定量”思想更加凸显，也更便利师生操作;青岛版教材则仅是提到使用苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液進行鉴定，并未明确浓度。还应提及的是，青岛版教材提供了马铃薯材料及碘液试剂，这实际上是使用碘液检测淀粉的一项实验设计。人教版在旧版教材中也有这项实验，而新版教材中则删减了该内容，青岛版虽保留了该实验设计，但在实验原理的介绍中，并未提及“淀粉遇碘液变蓝”的原理，学生在实际实验中可能产生困惑。
除此之外，两版教材在实验材料用具的内容呈现上也存在细节差异，人教版将材料与用具分开呈现，分别介绍了实验材料、仪器、试剂，青岛版则是笼统介绍的，相较而言，人教版在该方面更加条理，更人性化。
1.3 实验內容与实验设计的比较分析
两个版本的实验内容、实验设计具有较为明显的区别。在实验内容上，人教版教材以探究性实验为主，即在实验伊始，教师需先向学生讲解糖类、脂肪和蛋白质在鉴定过程中颜色变化的原理;然后，提供成分未知的各种实验材料，引导学生自主选材，先预测或假设其中所含物质;再设计实验进行检测;最后，依据颜色反应原理，学生根据观察到的结果作出结论。可以看出，人教版的实验设计体现了探究性实验的一般逻辑，即“提出问题一作出假设一设计实验一收集证据一得出结论”。
青岛版则将验证性实验与探究性实验有机结合，实验内容包括“己知成分的检测”与“样品未知成分的检测”两部分。其中，“己知成分的检测”遵循验证性试验的一般思路，即实验开始之前，教师先把三种材料中的主要化合物告知学生（葡萄糖溶液富含还原糖、鸡蛋清稀释液富含蛋白质、植物油富含脂肪），并要求学生根据颜色反应原理对结果作出预测，然后引导学生动手实验、验证结论。而“样品未知成分的检测”则与人教版教材的实验思路较为类似，要求学生从其他实验材料中选择一种进行成分检测，并完成对如表2所示的表格的填写。与人教版相比较，这一部分的探究性实验设计相对较为简略，在实验内容的呈现上主要体现了对“作出假设”“设计实验”“得出结论”环节的设计，实验难度相对较大。 应当说，两本教材对该实验的内容和设计各具特色。相比而言，青岛版教材比人教版教材内容更显复杂，实验设计虽有循序渐进的学习过程，但整体难度略高，对教学时长的要求更长，对学生完成实验后达到的学习水平要求更高。人教版教材更适合面向全国范围内的学生平均水平的学习要求，青岛版则适宜于面向一定区域内相对学习水平较高的学生学习。
1.4 教材逻辑与内容风格的比较分析
在教材中实验的编排逻辑上，人教版依据“实验原理一目的要求-材料用具-方法步骤-讨论”的逻辑设计实验，其中，对于“实验原理”部分并未以小标题的形式显化呈现.青岛版以“实验目的-实验原理-材料器具-方法步骤-思考讨论”的逻辑设计实验，两版教材在实验的编排逻辑上基本一致。
在内容风格上，两版本教材存在一定的差别。青岛版教材内容风格更加简略，强调学生在实验中“应当做什么”;人教版教材内容风格更突出细节，注重学生的学习体验，强调学生在实验中“经历并领悟到什么”。例如，人教版教材专门配有三种待测物质颜色变化的插图等，教材显得生动形象;人教版教材使用了多种行为动词引导学生参与实验过程和体会实验结果，如“观察”“交流”“发现”，既重视学生实验的过程，又重视实验后的交流和反思，这在青岛版教材中是相对少见的。
1.5 对学生生物学学科核心素养培育效果的比较分析
立足发展生物学学科核心素养的视角审视两版教材的实验编排，两版教材均在实验中渗透了对学生学科核心素养的全面培育。例如，在生命观念方面，引导学生经历和体会实验过程，加深对生命的物质观的认识，以细胞为单位的生命体，其组成元素和化合物，既和自然界有着普遍联系，又有着特殊性;在科学思维方面，引导学生能够对实验结果进行求真质疑，像科学家一样思考、求证，并对实验结论进行总结概括;在科学探究方面，引导学生经历科学探究的一般过程，设计并开展实验，运用动手操作能力、表格设计能力、沟通交流能力等，完成实验探究;在社会责任方面，通过实验操作和学习，在生活中能够做到合理膳食，并给他人提供正确的饮食建议，等等。人教版教材的内容编排中，对于学生发展生物学学科核心素养的渗透更为细膩。例如，两版教材实验最后均设计了思考题，人教版教材的思考题更注重立足学科核心素养的角度，引导学生对探究性实验的经历、体悟和对实验结论的迁移应用;青岛版则更注重学生对实验本身的深度理解，见表3。
2 对“糖类、脂肪和蛋白质检测”实验教学的启示
通过两版教材实验设计的比较分析，笔者对如何开展“生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的检测”实验教学进行了反思，并得到如下启示和建议。
2.1 澄清实验原理，适度选材
本实验中，对于糖类的检测实际仅是对“还原糖”的检测，对淀粉等多糖并未进行检测，而一些实验材料既含单糖又富含多糖的。在学习实验原理时，教师应当注意澄清这个要点，避免引导学生产生迷思概念。此外，实验所用的斐林试剂和双缩脲试剂成分相似，但实验中的反应原理不同，在实验原理中应当尽可能说明，还原糖将斐林试剂中的Cu（OH）2溶液还原成了砖红色Cu2O沉淀（需要水浴加热），而蛋白质与CuSO4溶液发生紫色反应（NaOH溶液仅仅是为该反应提供碱性环境）。
在实验材料的选择上，教师可以对两版教材所提供的材料借鉴使用，材料不一定多多益善，但一定要适用，对于一些现用现配的实验材料，应当提前备好相应处理用具，包括提前配好足量的实验试剂等。有研究表明，葡萄糖溶液、白萝卜匀浆、植物油、花生种子、鸡蛋清稀释液、马铃薯在实验中现象较好且效果稳定。
2.2 注重实验设计的可探究性，引导学生在实验过程中“有所参与、有所领悟”
“糖类、脂肪和蛋白质检测”既可设计为验证性实验，亦可设计为探究性实验。《新课标》强调，生物学教学应当以学生为主体，注重教学过程的实践性。本实验是高中生物学教学中第一个具有较强探究意义的实验，实验难度相对较低。因此，在教学中，更适宜于设计成探究性实验，引导学生经历探究性学习的一般过程，在一定程度上发展学生的探究能力，打好高中阶段探究性学习的基础。教学中，教师尤其注重学生在实验后的交流、评价，以及对实验成果的迁移应用，让学生既能够深度参与实验过程，也能够站在更高的视角上对实验结论进行反思，“有所参与、有所领悟”，达到学以致用。
2.3 积极探索和创新实验教学方式，全面发展学生学科核心素养
随着技术和理念的进步，實验方法也在不断改进，例如，已有研究者提出了计算机辅助法、引导一探究法、交互实验法等实验教学方法或模式。近年来，传感技术、物联网技术、虚拟现实技术，甚至人工智能等也开始在中学生物学教学领域投入应用。在生物学教学中，实验教学方式的选择要依据实验教学内容、教学目标、学生需求、客观条件等，采用多种方法结合的方式，以实现最优化的教学效果。在“糖类、脂肪和蛋白质检测”实验中，对于实验原理的讲授、小组学习成果的分享等，教师都可以通过技术手段优化教学效果，甚至转变学习方式。探索和创新实验教学的限度则应当立足全面发展学生的生物学学科核心素养，从生命观念、科学思维、科学探究与社会责任四个方面设计教学内容，以最恰当、最可行、学生最易接受的方式开展教学。学生进行实验学习的过程，就是学科核心素养得到发展的过程，实际上就是“知”“意”“行”“情”有机统一、协调发展的过程。