“生長素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)嘗試

吳志強(qiáng)　郭蘭蘭

摘 要 敘述了“生長素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)涉及科學(xué)史中多個經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，借助微視頻下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，重整課內(nèi)外時間，輔以邏輯嚴(yán)密的問題串，全體學(xué)生共同完成對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和思維的建構(gòu)，高效完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

關(guān)鍵詞 生長素的發(fā)現(xiàn) 微視頻 翻轉(zhuǎn)課堂 教學(xué)嘗試

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

教師借助微視頻翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)施，可以重整課內(nèi)外時間，使學(xué)生更加專注于思考、討論、交流和合作學(xué)習(xí)。該模式有利于解決教育資源分配不均勻的問題，將學(xué)生從單調(diào)而枯燥的文本中解放出來，以更為生動、開放的方式去學(xué)習(xí)，具有可重復(fù)性，有利于落實(shí)STS的教學(xué)目標(biāo)。為此，筆者結(jié)合“生長素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)的教學(xué)，嘗試微視頻下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。

1 教與學(xué)的分析

生長素的發(fā)現(xiàn)過程歷經(jīng)半個世紀(jì)，科學(xué)家們拍案叫絕的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)令人欽佩，然而僅僅通過“讀課文、看圖片、記結(jié)論”的方式來學(xué)習(xí)是難以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)生物科學(xué)素養(yǎng)和思維能力的教學(xué)目標(biāo)的。高中學(xué)生已經(jīng)掌握了科學(xué)探究的一般過程和方法，但是面對復(fù)雜的、珠串式的課題仍然會手足無措；生長素發(fā)現(xiàn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)耗時長，課內(nèi)幾乎不可能完成這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)；同時，部分學(xué)生對于動手實(shí)驗(yàn)心生膽怯或是不屑，導(dǎo)致對動手實(shí)驗(yàn)的興致不高。如何鏈接科學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，分解和改編復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)是教師備課中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。為了解決這一難題，筆者對科學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母木帯?yōu)化，重組實(shí)施課外實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)造探究生物知識的機(jī)會，引導(dǎo)其沿著科學(xué)家的足跡走出自己的思維之路。具體做法是：對愿意參加課外實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行分組，讓他們自由組建實(shí)驗(yàn)小組，自由選取部分實(shí)驗(yàn)課題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師將整個實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象制作成視頻。課堂上借助經(jīng)過剪輯的實(shí)驗(yàn)視頻，輔以邏輯嚴(yán)密的問題串，由全體學(xué)生共同完成對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和思維的建構(gòu)。學(xué)生理解了實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)思路，實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出便會水到渠成。

2 微視頻的內(nèi)容

2.1 導(dǎo)入微視頻

教師從網(wǎng)上下載國外大型科普紀(jì)錄片《植物私生活》，剪輯其中種子萌發(fā)、鮮花吐蕊等鮮活的生命現(xiàn)象的視頻片段，時長15 s。

2.2 達(dá)爾文的向光性實(shí)驗(yàn)微視頻

2.2.1 植物向光性外因探究實(shí)驗(yàn)的微視頻

教師依據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)錄制的視頻，剪輯了控制實(shí)驗(yàn)自變量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果兩部分。在視頻中，學(xué)生將生長狀況相同的玉米胚芽鞘幼苗均分為A、B、C三組。A組置于黑暗的密封紙盒內(nèi)，B組放置在一側(cè)有開口的相同紙盒內(nèi)，C組不處理。同時將三組材料放置于恒溫光照培養(yǎng)箱中。實(shí)驗(yàn)17 h后（視屏處理為快進(jìn)）發(fā)現(xiàn)，雖然光下和黑暗中玉米胚芽鞘幼苗生長情況不完全相同，但都表現(xiàn)為直立生長，處于單側(cè)光下的胚芽鞘幼苗表現(xiàn)為彎向光源生長。該微視頻時長65 s。

2.2.2 感光部位的探索實(shí)驗(yàn)微視頻

學(xué)生設(shè)置4組實(shí)驗(yàn)，1、2兩組玉米胚芽鞘的尖端和尖端下面的伸長區(qū)分別罩上錫箔小帽，第三組玉米胚芽鞘的尖端去掉，第四組不處理。然后將4組實(shí)驗(yàn)材料置于一側(cè)有開口的同一紙盒中。再將紙盒放入恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)20 h后，（視屏處理為快進(jìn)）觀察到：第一組的玉米胚芽鞘表現(xiàn)為直立生長，第二組和第四組的玉米胚芽鞘表現(xiàn)為彎向光源生長，第三組玉米胚芽鞘不彎曲不生長。該微視頻時長40 s。

2.2.3 生長不均勻的探索實(shí)驗(yàn)微視頻

學(xué)生依據(jù)達(dá)爾文的假說——伸長區(qū)背光面比向光面生長快增設(shè)一組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生用記號筆對玉米胚芽鞘涂色，將其置于單側(cè)光下，觀察向光側(cè)和背光側(cè)的生長情況，植物生長20 h后（視屏處理為快進(jìn)），背光側(cè)的斷線長，向光側(cè)的斷線短。該微視頻時長40 s。

2.3 模擬鮑森·詹森實(shí)驗(yàn)微視頻

設(shè)置三組實(shí)驗(yàn)：第一組將玉米胚芽鞘的尖端切斷，將瓊脂塊放置于尖端下面一段再在瓊脂塊上放上尖端；第二組玉米胚芽鞘相同位置插入云母片；第三組切去尖端，尖端下面一段僅放置瓊脂塊。三組均置于一側(cè)開口的紙盒中，移至恒溫光照培養(yǎng)箱中18 h后（視屏處理為快進(jìn)）。第一組表現(xiàn)為彎曲生長，第二組、第三組表現(xiàn)為不彎曲，沒有明顯的生長現(xiàn)象。該微視頻時長40 s。

2.4 模擬拜爾實(shí)驗(yàn)微視頻

視頻剪輯內(nèi)容兩組實(shí)驗(yàn)，將玉米胚芽鞘尖端剪去一半，保留一半，其中一組剪掉左邊，另一組剪掉右邊，均置于黑暗條件下生長14 h（視屏處理為快進(jìn)），表現(xiàn)為彎向?qū)?cè)生長。該微視頻時長20 s。

2.5 模擬溫特實(shí)驗(yàn)微視頻

學(xué)生設(shè)置兩組實(shí)驗(yàn)，接觸過胚芽鞘尖端的瓊脂塊和未接觸過胚芽鞘尖端的空白瓊脂塊分別置于切去尖端的胚芽鞘的一側(cè)，放在黑暗盒子中，置于恒溫培養(yǎng)箱中生長18 h（視頻處理為快進(jìn)），兩組幼苗均表現(xiàn)為彎向?qū)?cè)生長。該微視頻時長30 s。

3 基于微視頻翻轉(zhuǎn)教學(xué)過程

3.1 課前準(zhǔn)備

教師精選資料制成導(dǎo)學(xué)案，學(xué)案中既有相關(guān)歷史背景，又包含了實(shí)驗(yàn)的原理、材料和步驟。學(xué)生依據(jù)興趣自主領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)任務(wù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并觀察記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，錄制視頻。教師將視頻剪輯成微視頻，鏈接于課件中。

3.2 以微視頻導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)情境

播放視頻短片《植物的私生活》，以種子萌發(fā)、鮮花吐蕊等鮮活的生命現(xiàn)象吸引學(xué)生的注意力，并提出問題：動物生命活動的調(diào)節(jié)機(jī)制是什么？植物生命活動的調(diào)節(jié)會有類似的機(jī)制嗎？教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識溫習(xí)的同時，使學(xué)生進(jìn)行思維的比較和遷移，巧妙過渡到植物生命活動調(diào)節(jié)方式的探索活動中來。

3.3 達(dá)爾文的向光性實(shí)驗(yàn)的分解

關(guān)于取材和分組，鑒于文獻(xiàn)資料和本地的實(shí)際情況，筆者為學(xué)生選擇了另一種禾本科植物——玉米做實(shí)驗(yàn)材料。為了分解難點(diǎn)，將達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)改編后分別從引起向光性的外界因素、感受單側(cè)光刺激的部位、彎曲生長的直接原因是尖端下面一段生長不均勻等三個角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

第一組實(shí)驗(yàn)：視頻展示生長狀況相同的三組玉米胚芽鞘分別在黑暗、均勻光照、單側(cè)光下的生長情況。教師提出問題：引起玉米胚芽鞘彎向光源生長的外界因素是什么？學(xué)生通過回答此問題，感受達(dá)爾文敏銳的觀察力。

第二組實(shí)驗(yàn)：視頻展示生長狀況相同的四組玉米胚芽鞘分別在不處理、切除尖端、用錫箔小帽遮住尖端、用錫箔小帽遮住尖端下面一段的生長情況。教師提出問題：感受單側(cè)光刺激的是玉米胚芽鞘的哪一部位？達(dá)爾文用錫箔小帽分別遮住尖端和尖端下面一段體現(xiàn)了怎樣的科學(xué)思維方法？教師引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握排除法。達(dá)爾文通過細(xì)致的觀察，發(fā)現(xiàn)彎曲部位在尖端下面的伸長區(qū)，據(jù)此達(dá)爾文提出了：胚芽鞘尖端產(chǎn)生的影響向下傳遞，對在其下面的伸長區(qū)產(chǎn)生影響，造成背光側(cè)生長速度比向光側(cè)的快，出現(xiàn)向光性，你能設(shè)計(jì)更為直觀的實(shí)驗(yàn)來探究是否是背光側(cè)生長快于向光側(cè)嗎？

第三組實(shí)驗(yàn)：用記號筆對玉米胚芽鞘涂色，將其置于單側(cè)光下，觀察向光側(cè)和背光側(cè)的生長情況。視頻展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，背光側(cè)的斷線長，向光側(cè)的斷線短，直觀的表明背光側(cè)生長比向光側(cè)快。

3.4 鮑森·詹森實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充

根據(jù)達(dá)爾文的假說，鮑森·詹森想到“這種影響真的能傳到下部的伸長區(qū)，并決定向光性嗎？”教師依據(jù)教材插圖3-2，要求學(xué)生依據(jù)對照實(shí)驗(yàn)的原則，對鮑森·詹森的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行評價：這個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否嚴(yán)謹(jǐn)？如果學(xué)生不能發(fā)現(xiàn)，教師可直接提出：怎樣才能排除瓊脂塊對實(shí)驗(yàn)造成的影響？學(xué)生討論之后增設(shè)兩組實(shí)驗(yàn)，分別在玉米胚芽鞘尖端相同位置插入云母片，在切去尖端下面的一段放置空白瓊脂塊。視頻展示第四組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果——尖端產(chǎn)生的某種影響可以透過瓊脂塊傳遞給尖端下部。

3.5 拜爾實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

依據(jù)鮑森·詹森實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，教師進(jìn)一步追問：既然尖端產(chǎn)生的某種影響可以傳遞給尖端下部，為什么伸長區(qū)兩側(cè)會出現(xiàn)生長不均勻的現(xiàn)象呢？以此引導(dǎo)學(xué)生提出假說：可能是尖端產(chǎn)生的影響在尖端下面的伸長區(qū)發(fā)生了不均勻的分布。如何來證明假說的正確與否呢？引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

通過閱讀教材插圖3-3，教師繼續(xù)提問：拜爾的實(shí)驗(yàn)條件為什么與達(dá)爾文和鮑森·詹森不同？為什么是處在黑暗條件下呢？以此引導(dǎo)學(xué)生將向光性產(chǎn)生的原因由外界原因轉(zhuǎn)移至對內(nèi)因的思考。學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，由于玉米胚芽鞘尖端細(xì)長，對學(xué)生而言在操作上較為困難，經(jīng)過討論將實(shí)驗(yàn)改為等效的實(shí)驗(yàn)即將玉米胚芽鞘尖端剪去一半，保留一半，置于黑暗條件下生長。

展示視頻第五組實(shí)驗(yàn)結(jié)果與拜爾實(shí)驗(yàn)高度吻合，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：胚芽鞘的彎曲生長，是因?yàn)榧舛水a(chǎn)生的影響在下部分布不均造成的。

3.6 探究溫特的實(shí)驗(yàn)

綜合以上實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家進(jìn)一步推測尖端產(chǎn)生的影響可能是一種化學(xué)物質(zhì)，由于它的分布不均勻?qū)е铝松L不均勻，從而彎曲生長。此時學(xué)生會產(chǎn)生困惑：要想證明是某種化學(xué)物質(zhì)分布不均勻?qū)е铝藦澢L，首要任務(wù)是收集該物質(zhì)，依據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)如何收集這種化學(xué)物質(zhì)？教師引導(dǎo)學(xué)生借鑒鮑森·詹森的實(shí)驗(yàn)，用瓊脂塊收集生長素，并提出問題借鑒前人的方法如何使瓊脂塊中的化學(xué)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)不均勻分布呢？以此引導(dǎo)學(xué)生借鑒拜爾的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生整合了這兩個實(shí)驗(yàn)之后，驚奇地發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)在不知不覺中設(shè)計(jì)出溫特實(shí)驗(yàn)，真切感受科學(xué)思維的繼承性、邏輯推理所帶來的美感。

為了更好強(qiáng)調(diào)教材對該實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性問題，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)置實(shí)驗(yàn)對照：接觸過胚芽鞘尖端的瓊脂塊和未接觸過胚芽鞘尖端的空白瓊脂塊。再以微視頻展示第六組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：胚芽鞘尖端確實(shí)產(chǎn)生某種促進(jìn)植物生長的化學(xué)物質(zhì)并向下運(yùn)輸。最終人類發(fā)現(xiàn)并命名此物質(zhì)為生長素。

4 教學(xué)反思

面對素質(zhì)教育和課程改革的雙重考驗(yàn)，微視頻教學(xué)的前景看好?；谖⒁曨l的現(xiàn)代教學(xué)模式將原本一堂課無法完成的實(shí)驗(yàn)，讓部分學(xué)生課前動手實(shí)驗(yàn)，再通過微視頻在課堂上展示。一方面，將節(jié)省出的時間組織學(xué)生進(jìn)行有效的探究活動，將生物科學(xué)史融會其中，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題中得出真知。另一方面，這些微視頻激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動機(jī)。在課堂教學(xué)時，那些沒有參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生通過視頻了解實(shí)驗(yàn)的步驟和看到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更愿意加入到動手實(shí)驗(yàn)的隊(duì)伍中來。

這種教學(xué)模式重視培養(yǎng)學(xué)生的思考分析能力，在提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)方面可以發(fā)揮巨大作用。因此，教師在備課和教學(xué)中借用微視頻掌控課堂、做好充分的預(yù)設(shè)，可以打造出更高效的生物課堂。