萧山区教育局教研室 何树德

记得1月3日曾在网上发过一篇题为《一个不该模拟的实验》，对小学六年级《科学》上册“生物的多样性”单元第7课“谁选择了它们”中的模拟实验，谈了一些个人的看法。4月2日也得到编者的回复，当时编者还指出“如果还有不同意见的仍然欢迎老师们继续提出。我们相信，公开的讨论会促进思考，澄清事实，有利于科学态度的形成。我们期望与各位老师有更多的沟通与交流。”

现在2008年5月出版的最新版教材拿到了，“谁选择了它们”这篇课文在排版上已作了调整，但是这个模拟实验仍然安排做。对此本人再次提出以下责疑：

2007年5月出版的《科学》六年级上册教材

从最新版的教材看，模拟实验部分只字不改，显然编写者的观点“体形圆而大的动物降温慢”的模拟实验还是要做的。那么，我们要试问：

一、动物的生理反应能用物理实验来验证吗？

当年格伯曼、艾伦也是用这样的实验来证明自己的法则和推理吗？显然这两位大家不会用如此的实验去验证的。

 “恒温动物的身体能保持恒定的温度，是因为它们体内有相应的调节体温的生理机制，这是由多种因素构成的复杂的生理过程，但又不单纯是生化反应，其中也包括与保持并调节体温相适应的身体结构，如体表的毛或羽毛、体形、汗腺等。它们其中有升温的机制，也有降温的机制。其影响因素是较复杂的，教材中的模拟实验，研究的只是诸多因素中的一种因素，即动物的体形与降温快慢的关系。而不是寻找和探究动物体温保持恒定不变的原因。” 我非常赞同编者以上的观点，但是其中的分歧就在于“动物的体形与降温快慢的关系”能用编者所写的实验去验证吗？用这个实验去验证道理何在？

编者告诉我：【因此教师用书中指出“其中的道理无须进一步探究”。再者，教材是在学生“查阅资料，寻找到一种比较合适的解释”之后安排这样一个模拟实验的，这一点正与文章作者的观点趋同，科学实验并不是获取科学知识的唯一方式，教材中的“查阅资料，看看是否能找到一种比较合适的解释。”正是在引领学生学习通过阅读资料获取知识的学习方法。但是，对于获取到的资料如何对待？读了，知道了，记住了，或者是读了，知道了，产生疑问，尝试着想办法解决疑问。两种做法都无可厚非，但我们更追崇后者，面对前人的研究结果，提出适宜研究的问题，并想办法设计实验进行研究，验证问题的答案，这正是我们的科学教育希望学生具备的科学品质，是我们实施科学教育的目标之一。】

编者在回信中指出：【需要再度说明的是，教材希望学生找到的合适解释是格伯曼法则和艾伦推理。位梦华先生在《伯格曼法则在北极》一文中写到“生物学家伯格曼，把不同地方的生物个体进行比较时，发现了一个非常有趣的现象，即同一物种，在越冷的地方，个体就愈大，而且愈接近于圆形。这就是伯格曼法则。他认为，其原因有二：一是因为，寒冷的气候不仅能够延缓恒温动物的生长速度，而且也使其性成熟的时间比较晚，所以个子也就长得更大一些。这是生理上的原因。二是因为，同一种物质，在同等温度下，体积愈大，散热愈慢，因此也就更有可能生存下来。同样的，在三维空间中，以球形的表面积最小，所以，动物的身体愈接近圆形，散热的面积也就会愈小。这就是物理机制。”“生物学家艾伦，对伯格曼法则做了有趣的补充。根据他对动物的观察后发现，同一种动物，在愈冷的地方，其四肢和附器，例如耳朵和尾巴等，也就愈短或愈小。”本课教材希望通过引领学生了解这样一个有趣的自然规律，进一步帮助学生建立动物的外部形态结构是与其生活环境适应的认识，而不是理解北极动物身体的保温机制；模拟实验验证的是 “圆而大的体形降温慢”即伯格曼所揭示的动物适应寒冷环境的物理机制，而不是“不同体形保持的温度不同”这样看来，教材在学生查阅资料之后安排这样一个模拟实验，除了增加教学本身的活动性之外，还是具有科学教育的意义的；实验最终水的温度与外界环境的温度相同，也不会影响学生对不同“体形”降温快慢的理解。至于对于非洲大象的解释，要强调有适宜的比较对象，伯格曼法则是对同一物种的动物而言，如果要有一种北极象，可能就有可比性了。】

非常感谢编者大量引用了由孙濡泳，李博，诸葛阳，尚玉昌编著的，高等教育出版社出版的《普通生态学》，来解释我提出的质疑。

从编者的设计意图看，这个模拟实验好像是在引领学生“面对前人的研究结果，提出适宜研究的问题，并想办法设计实验进行研究，验证问题的答案。”让小学生采用非生命体来模拟生命体的变化规律，从而来验证格伯曼法则和艾伦推理，岂不让人笑掉大牙了。遗憾的是编者仍然没有正面回答这个模拟实验的科学性问题。

二、三个瓶子对应的是什么？

退一万步考虑，假如做这个模拟实验，“2个大小不同的球形烧瓶，1个与大烧瓶体积相近的细而长的玻璃瓶”分别模拟了谁？灰狐、红狐、北极狐？还是年幼的北极狐、壮年的北极狐、灰狐？假如是后者，面对2个大小不同的球形烧瓶得出的不同数据又如何解释？难道年幼的北极狐也降温快一些？

对比实验关键是控制变量。在“科学教师教学用书”中有这样陈述：“做模拟实验时，要将三种瓶子都装满同样温度的水。这个实验不需要特别精确，但需要正确地反映现象。”就显得自相矛盾了。到底要模拟的是体形还是体重？如果是体重，那么“2个大小不同的球形烧瓶里装满同样温度的水，哪个温度降得慢？”这个实验对于六年级的学生来说是毋需再安排的。如果是体形，那么它们所装水的重量不等，得出的降温不同，其重量原因能不考虑吗？

对于形状不同体积相同的两个容器中的热水降温比较实验，在结论得出以后，还应该向学生说明，这仅仅是一个过程数据，随着时间的流逝（用不了多久）两瓶水的温度会变得与环境温度相同，而北极狐的体温始终保持着恒温，直至生命了结时，它的体温才会与环境温度相同。因为北极狐、灰狐、红狐都是生命体，而水是非生命体。

综上所述，个人的观点是：设计这样的模拟实验本身是不科学的，我们不能误导学生的思维，科学要讲究严谨。

深知自己是一个愚智者，编者坚持要让学生做这个模拟实验，但在没有说明白道理之前，我们可以采取的措施是罢教这个实验，或者当作反面教材，让学生来讨论一下这个实验的科学性问题。

非常赞同编者的观点：【我们相信，公开的讨论会促进思考，澄清事实，有利于科学态度的形成。我们期望与各位老师有更多的沟通与交流。】

切勿认为愚者要钻牛角尖或者在攻击新教材，恰恰相反本人的出发点是要维护新教材，要使新教材能在课堂中顺利实施，只不过喜欢直言而已。

2008.8.8.

附件：一、编者的回信

二、《科学教师教学用书》的相关说明

对《一个不该模拟的实验》一文的回应

教育科学出版社 编者

读了《一个不该模拟的实验》一文，心中有诸多感触。一是有感于我们的科学教师对科学教育、科学教材的关心；二是反思我们怎样做才能更好的拉近教材和教师的距离。本以为教材和教师用书已经将教材的编写意图描述清楚了，但依然让老师难以理解，这不得不让我们深思并努力找到教师难以理解的结点。于是，我们找到一些一线教师座谈，试图找到难以理解的根源所在，以便做出的回应更为有效并有针对性。这也是迟迟才做出回应的原因之一。反复研读这篇文章，体会到作者的不理解来自于教材中“体形圆而大的动物降温慢”的模拟实验。不理解的结点有三个：一是动物之所以能保持恒定的体温是体内生化反应作用的结果，而生化反应是不能用物理实验来证明的。二是三个容器中的水最终都会降到与外界的气温相同的温度，因此即使是纯物理因素，这个实验也没什么意义。三是并不是所有的科学知识都要用实验的方法获取，这里不如直接给些资料让学生明白动物恒温的原因就可以了。

仔细想来，如果孤立的谈论这几个观点，应该说都没有问题，也可见文章作者对科学知识和科学教育的理解是扎实的。但是如果简单的将这几个观点联系起来，就做出文章中的结论，“这个模拟实验不该做，做不得”可能就值得商榷了。恒温动物的身体能保持恒定的温度，是因为它们体内有相应的调节体温的生理机制，这是由多种因素构成的复杂的生理过程，其中包括文章作者提的生化反应，但又不单纯是生化反应，其中也包括与保持并调节体温相适应的身体结构，如体表的毛或羽毛、体形、汗腺等。它们其中有升温的机制，也有降温的机制。其影响因素是较复杂的，教材中的模拟实验，研究的只是诸多因素中的一种因素，即动物的体形与降温快慢的关系。而不是寻找和探究动物体温保持恒定不变的原因。因此教师用书中指出“其中的道理无须进一步探究”。再者，教材是在学生“查阅资料，寻找到一种比较合适的解释”之后安排这样一个模拟实验的，这一点正与文章作者的观点趋同，科学实验并不是获取科学知识的唯一方式，教材中的“查阅资料，看看是否能找到一种比较合适的解释。”正是在引领学生学习通过阅读资料获取知识的学习方法。但是，对于获取到的资料如何对待？读了，知道了，记住了，或者是读了，知道了，产生疑问，尝试着想办法解决疑问。两种做法都无可厚非，但我们更追崇后者，面对前人的研究结果，提出适宜研究的问题，并想办法设计实验进行研究，验证问题的答案，这正是我们的科学教育希望学生具备的科学品质，是我们实施科学教育的目标之一。

需要再度说明的是，教材希望学生找到的合适解释是格伯曼法则和艾伦推理。位梦华先生在《伯格曼法则在北极》一文中写到“生物学家伯格曼，把不同地方的生物个体进行比较时，发现了一个非常有趣的现象，即同一物种，在越冷的地方，个体就愈大，而且愈接近于圆形。这就是伯格曼法则。他认为，其原因有二：一是因为，寒冷的气候不仅能够延缓恒温动物的生长速度，而且也使其性成熟的时间比较晚，所以个子也就长得更大一些。这是生理上的原因。二是因为，同一种物质，在同等温度下，体积愈大，散热愈慢，因此也就更有可能生存下来。同样的，在三维空间中，以球形的表面积最小，所以，动物的身体愈接近圆形，散热的面积也就会愈小。这就是物理机制。”“生物学家艾伦，对伯格曼法则做了有趣的补充。根据他对动物的观察后发现，同一种动物，在愈冷的地方，其四肢和附器，例如耳朵和尾巴等，也就愈短或愈小。”本课教材希望通过引领学生了解这样一个有趣的自然规律，进一步帮助学生建立动物的外部形态结构是与其生活环境适应的认识，而不是理解北极动物身体的保温机制；模拟实验验证的是 “圆而大的体形降温慢”即伯格曼所揭示的动物适应寒冷环境的物理机制，而不是“不同体形保持的温度不同”这样看来，教材在学生查阅资料之后安排这样一个模拟实验，除了增加教学本身的活动性之外，还是具有科学教育的意义的；实验最终水的温度与外界环境的温度相同，也不会影响学生对不同“体形”降温快慢的理解。至于对于非洲大象的解释，要强调有适宜的比较对象，伯格曼法则是对同一物种的动物而言，如果要有一种北极象，可能就有可比性了。

上面是我们对《一个不该模拟的实验》一文所提的看法。如果还有不同意见的仍然欢迎老师们继续提出。我们相信，公开的讨论会促进思考，澄清事实，有利于科学态度的形成。我们期望与各位老师有更多的沟通与交流。

编者

2008年4月2日

参考文献：

孙濡泳，李博，诸葛阳，尚玉昌编《普通生态学》，高等教育出版社。

《科学教师教学用书》的相关说明

“大自然选择了他们”是第二个活动。“黄色青蛙的出现是大自然选择的结果，不同地方生活着不同长相的狐狸，也是大自然选择的结果。灰色色块中以资料的形式给出了伯格曼法则和艾伦推理。科学家发现的这个法则，对于学生们所观察到的现象给出了合理的解释，同时也为学生们的推测提供的依据。灰狐生活在美洲中部，红狐生活在美洲南部，北极狐生活在寒冷的北极。”

“第85页下方的实验，是针对学生在研究过程中可能会出现的问题设计的模拟实验，帮助他们确认大而圆的动物的体形降温慢这一事实。至于其中的道理无须进一步探究。”

在“教学建议”部分，活动指导中是这样陈述的：“2.做模拟实验时，要将三种瓶子都装满同样温度的水。这个实验不需要特别精确，但需要正确地反映现象。”