俞婷

1 在教材中的地位

淀粉酶是一种作用于可溶性淀粉、直链淀粉的水解酶，可将其水解为麦芽糖等。淀粉酶在动植物和微生物体内广泛存在，认识淀粉酶的作用能帮助学生更好地认识酶的作用、本质和特性，因此在国内外教材中都进行了精心设计和安排研究淀粉酶作用的实验，实验类型也包括探究性实验和调查实验等多种。人教版《生物学》七年级下册第4单元第2章“人体的营养”第2节“消化和吸收”一节中的“探究馒头在口腔中的变化”实验和美国生物教材《科学发现者·生物生命的动力》第35章“消化系统和内分泌系统”一章中的“淀粉酶对早餐中谷物食品的作用”实验都研究了淀粉酶在淀粉消化中的作用。通过实验，教师可以帮助学生从分子水平体验和认识了酶在人体生命活动中的重要作用。

2 实验内容的比较

2.1 实验目标比较

中美教材实验的知识目标基本一致，通过模拟营养物质在人体内的消化过程，理解淀粉酶对淀粉产生的影响。在情感、态度与价值观目标方面，两者都引起了学生对自身健康和发展的关注。在能力目标方面，两者存在差异，人教版教材强调培养学生完善探究实验方案的能力，而美国教材更注重培养学生测量、计算、观察、收集和记录数据能力。

2.2 实验设计比较

该实验中美教材的实验原理一致，均采用碘液来检测淀粉酶对淀粉的水解程度，都体现了对学生实验设计能力的重视，但实验类型存在差异，人教版教材中属于探究性实验，在美国教材中是以调查实验的形式出现的。

人教版教材注重探究实验的设计过程，设计了两组对照实验，既比较了切碎和未切碎的馒头消化的情况，研究了物理性消化的作用；也比较了加唾液和加清水的情况，研究了化学性消化的作用。人教版教材既使学生认识到消化是一个复杂的过程，不是单靠一种消化过程得以实现的，又利用3个试管内的材料设计了2组对照实验，节约材料，设计巧妙。在实验计划初步制定后，教师可让学生通过实践来对实验计划的一些细节进行修改和完善，如让学生思考选取多大的馒头块，如何获得较多的纯净唾液，以及实验装置在37℃的温水中保持多长时间最合适等。这些都培养了学生设计和优化实验方案和实施实验的能力。

美国教材虽然只设计了一组实验（见附录），但也考虑得比较全面，既横向比较了3种谷类被淀粉消化的速率的不同，学生可以认识到不同谷类组成成分的差异；同时也纵向研究了每隔30 s样本中的淀粉被消化的情况，学生可以分析得出酶的水解作用效果与作用时间长短之间的关系。此外，美国教材提到通过控制变量来提高设计实验方案的技能，启发学生继续探究淀粉酶对某一种谷类食品起作用时，是否受到温度或pH的影响，这说明美国教材也很重视学生设计探究实验能力的培养。

2.3 药品器材的比较

中美教材在实验器材的选取和使用存在一些共性，即此实验所用的器材非常生活化和便捷化。如美国教材中各种干的谷物、研钵、滤纸、漏斗和人教版教材中的馒头、热水、温度计、玻璃棒等药品和器材大多是简便易得的材料。本实验最主要的实验材料——唾液淀粉酶的来源，美国教材和中国教材存在着明显的差异。美国教材中淀粉酶的来源是淀粉酶液，而人教版教材中淀粉酶的来源是唾液。美国教材所使用的淀粉酶，一般来自于枯草芽孢杆菌的培养、提取和加工，能迅速水解淀粉。配置成一定浓度的淀粉酶液能够保证实验结果准确、可靠，适于进行精确的定量实验，但是淀粉酶价格不经济。中国教材中所使用的淀粉酶直接来自于人体的唾液，能在37℃下迅速水解淀粉，材料经济易得，但需教师指导学生正确采集唾液，由于唾液存在个体差异，仅适合进行较为粗放的定性实验。此外，本实验中淀粉虽都是来自于餐桌上的食品，但也存在差异，美国教材选用的是3种谷物中的可溶性淀粉，并而人教版教材选用的是馒头中的淀粉。

2.4 实验实施过程的比较

2.4.1 实验环境的比较

由于两种淀粉酶的最适温度不同，所以中美教材的实验环境也不尽相同。

人教版实验在模拟人体体温的环境下进行，一般可以在盛有37℃温水的烧杯中保温5~10 min，有条件的学校可在水浴锅中进行。唾液中的淀粉酶浓度不高，反应时间较长。

美国实验则在高于体温的环境下进行，实验中通过加入沸水获得三种谷物中的可溶性淀粉，因而本实验使用的淀粉酶较之唾液淀粉酶应是更耐高温的，最常见的是最佳作用温度为60℃的α-淀粉酶。实验中每隔30 s取样并滴加碘液，以30 s作为时间单位，说明该淀粉酶液浓度较高，反应速率快。但是美国实验没有提到对过滤得到的淀粉溶液进行保温处理，使得温度成为除反应时间外另一个影响淀粉酶作用效果的变量，这一点没有人教版实验考虑得周到。

2.4.2 实验数据采集的比较

在数据的记录与分析方面，美国教材更为重视数据的精确性和完整性。

人教版实验仅是一个定性实验，没有要求实验过程中数据的记录，学生只需观察试管内的馒头遇碘液有无变化，记录下实验现象，即可得出关于唾液淀粉酶作用的结论。

美国教材设计了定性实验来证明淀粉酶的作用，同时也通过精确控制实验材料的用量和反应时间，进行了定量研究，如谷物用量均为0.5 g，每30 s提取样本进行检测，并且及时将每一步的数据记录在表格内（表1）。实验获得了非常精确的数据，可以为后续的数据分析提供了保证。学生不仅能得出相关结论，而且可以尝试解决一些开放性问题。

2.5 实验讨论的比较

中美教材均在实验最后以问题讨论来鼓励学生思考，得出关于淀粉酶作用的结论。此外，人教版教材提出了“你的实验结论与其他同学一样吗？如果不一样，与同学一起分析原因”等问题，进一步分析干扰实验的各种变量，从而对实验设计进行完善。美国教材通过联系本章中营养学的知识，让学生分析谷物中淀粉与单糖的不同比例对谷物热值的影响，有助于知识的巩固和迁移。

3 结论与建议

3.1 重视通过科学实验来构建生物学概念

中美两国的课程标准都强调了生物学基本概念的形成，概念是反映事物本质属性与共同特征的思维形式。实验能够从感性到理性、从具体到抽象地把生命现象所包含的本质属性和特征真实、准确地揭示出来，符合学生的身心特点和认知规律，从而实现学生对概念的构建。人体消化系统的结构和功能是生物学重要的基础概念之一，如何帮助学生有效地构建这一概念呢？中美教材均通过实验使淀粉酶在消化过程中的作用变得直观而具体。科学实验作为有效的载体，不仅能够帮助学生理解生命现象、揭示科学的本质和构建科学概念，而且也能培养学生的逻辑推理能力，提高其生物科学素养。因此，中美两国教材都选择了科学实验作为构建生物学概念的重要方式。

3.2 强调实验中的变量控制和数据采集

美国基础科学课程计划《科学——过程和方法》中将辨别和控制变量确定为科学探究过程的技能之一。实验中自变量的选择以及对因变量的观察、测量和记录关系到探究过程的成败。美国教材的实验设计凸显了控制变量的思想。无论是对实验材料的选择、称量，还是对实验装置的空白处理，无不体现其严谨的科学态度。在人教版教材中，对实验装置的保温处理避免了温度的变化对实验结果的干扰，但是整体来看，人教版实验对变量的控制不如美国教材严格。此外，及时、准确地记录实验数据也是科学探究过程的技能之一，它为对数据进行比较、综合和分析奠定基础，缺失这一环节将使学生容易忽视过程与结果的联系，也使结果变得难以解释。因此，美国教材强调实验变量的严格控制和数据的精确记录，体现了对学生探究技能和探究过程的重视，这些都是我国教育需要向美国教材学习的地方。

根据中美教材中淀粉酶实验的比较，分析该实验在两种教材中的异同，能够为今后的教学实践提供诸多合理可行的方法，同时也以下列几个方面作进一步的探讨和实践：① 如何进一步培养学生在探究中的问题意识。中美教材均直接提供了实验方案，但这在无形中限制了学生设计实验的自主性。在实际的教学中，教师应更多地关注学生面临的困难和疑惑，激发学生的好奇心和求知欲，因为学生能够认识到“为什么这样做”比“怎么做”更有价值。② 如何对实验进行合理而有效的评价，促进学生科学素养的提高。中美教材中少有涉及实验评价的内容，这促使教师深入思考评价的对象、方式和意义。科学探究提倡让学生参与到评价中去，与教师平等对话、积极交流。关注实验中的评价，体现公平性和多元化，才能促使学生探究能力的真正提高。

附 美国教材“淀粉酶对早餐中谷物食品的作用”实验操作步骤：

1. 制作如下数据表。

2. 标记早餐谷物，将其对应的3支试管分别标记为A、B、C。

3. 用研钵将少量早餐谷物碾成粉末。

4. 在漏斗上垫一层滤纸，然后把漏斗架到试管A上。

5. 用天平称取0.5g谷物A的粉末，将其放入漏斗。

6. 将10 mL沸水倒入漏斗，取其过滤液。

7. 重复步骤4、5、6，用同样的方法处理谷物B和C。每次过滤后，冲洗漏斗并更换滤纸。

8. 将两滴碘液加入表面皿，再加入2滴滤液A。如果颜色出现深蓝色或黑色，表示有淀粉存在。然后将结果记录在数据表中。

9. 重复步骤8，检验谷物B和C中是否含有淀粉。在两次实验间，注意要清洗表面皿。

10. 在三种滤液中各加2 mL淀粉酶液，立即采样重复步骤8~9，检测其是否有淀粉存在。

11. 每30秒提取一次样本，观察样本中淀粉被消化的情况，并记录结果。

12. 清洁与整理 按照教师的指导清理实验器材，判断材料是否需要丢弃或循环利用，然后洗手。