“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”的研究思路分析及教學建議

王修建

(江蘇省無錫市第一中學 214031)

植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程歷時長久，凝聚著許多科學家的智慧與勞動汗水，堪稱生物科學研究的典范。遺憾的是，教材因篇幅所限，對其研究過程的編排過于簡略。因此，有必要對其研究思路進行深入的分析，對其蘊含著的科學內(nèi)涵與邏輯聯(lián)系進行充分的發(fā)掘，在此基礎(chǔ)上進行活動化教學設(shè)計，才能更好地組織教學并達成教學目標。本文結(jié)合人教版高中生物學教材的相關(guān)內(nèi)容探討如下。

1 研究思路分析

生長素的發(fā)現(xiàn)源于對植物向光性的觀察，主要涉及達爾文、詹森、拜耳和溫特四位科學家的研究。最早進行研究的是達爾文。教材在介紹達爾文的研究時，只是展現(xiàn)了幾幅實驗示意圖(胚芽鞘在單側(cè)光照射下的向光彎曲生長、切去尖端的胚芽鞘在單側(cè)光照射下不彎曲、用錫箔小帽罩住尖端的胚芽鞘在單側(cè)光照射下直立生長及用錫箔小套套在尖端下段的胚芽鞘在單側(cè)光照射下的向光彎曲生長)，以及簡短的文字說明，然后直接給出了達爾文根據(jù)實驗所作出的猜(推)測及解釋。這里的主要問題是：達爾文為何要做切去胚芽鞘尖端及使用錫箔的實驗？實驗用意(意圖)是什么？查閱資料都沒有提及。據(jù)分析，達爾文在觀察到植物的向光性特別是做了單側(cè)光照射胚芽鞘并觀察到向光彎曲生長的實驗后，就產(chǎn)生了這樣的問題：胚芽鞘為什么會生長？為什么在單側(cè)光照下會彎曲生長？通過思考，他認為胚芽鞘無論生長還是彎曲都離不開胚芽鞘(胚芽)自身，和萌發(fā)種子的其他結(jié)構(gòu)關(guān)系不大(因為埋在泥土里)。而胚芽鞘無非是由尖端與尖端下段組成。由此進一步明確了研究問題：胚芽鞘的生長是由其尖端決定還是由尖端下段決定的？單側(cè)光照是作用于胚芽鞘尖端還是尖端下段才導致彎曲生長的？為研究這兩個問題，達爾文分別設(shè)計了切去尖端的實驗，以及使用錫箔所做的實驗。

對于詹森的研究，教材只提供了兩幅示意圖：①切去尖端的胚芽鞘在單側(cè)光照下不彎曲；②切去胚芽鞘尖端，在其切面上放一塊薄的瓊脂片，再把尖端放在瓊脂片上，在單側(cè)光照下的結(jié)果是向光彎曲生長。然后直接給出實驗結(jié)論。對于詹森的實驗，顯然缺少對照實驗，因為瓊脂片本身也許含有達爾文所提出的某種“刺激”。因此，需要再設(shè)置一個實驗，在切去尖端的胚芽鞘的切面上只放同樣的瓊脂片，以排除瓊脂本身的影響。

對于拜耳的研究，教材也提供了兩幅圖片(在黑暗條件下切去胚芽鞘尖端，然后再放在其切面的左側(cè)及右側(cè))，并直接給出結(jié)論。當然，拜耳實驗不再去研究單側(cè)光照的作用，只是研究胚芽鞘的尖端是否產(chǎn)生某種“刺激”，也可以說構(gòu)成了對照(尖端放在切面的左右側(cè))。其實，拜耳的實驗還潛藏著一個更大的發(fā)現(xiàn)：生長素在尖端下段只能向下(極性)運輸(當然，這最好是在學習了后面內(nèi)容之后，再回過頭來揭示)。

對溫特的研究，教材提供了實驗示意圖及相關(guān)文字說明，并給出了實驗結(jié)論。應(yīng)當說，溫特的實驗設(shè)計與過程無懈可擊，但問題是，該研究有無必要？它與詹森和拜耳的研究有何聯(lián)系？這兩個問題關(guān)乎教學中對溫特研究內(nèi)容的引入。有些教師認為，詹森和拜耳的實驗都已經(jīng)證明了達爾文的猜測，即胚芽鞘尖端能產(chǎn)生某種“刺激”(并且強調(diào)這種“刺激”是某種化學物質(zhì)，甚至對于達爾文所提出的“刺激”都說成了“刺激物”)，所以，溫特的研究只是重復(fù)而已。這種看法是不妥的。首先，達爾文的猜測是“刺激”而非“刺激物”。“刺激”既包括物質(zhì)方面，也包括非物質(zhì)方面，而“刺激物”只是物質(zhì)的范疇；其次，詹森和拜耳的實驗都只能證明胚芽鞘尖端能產(chǎn)生某種“刺激”，而溫特的實驗才能證明尖端產(chǎn)生了某種“刺激物”。為什么說詹森和拜耳的實驗都只能證明尖端產(chǎn)生了某種“刺激”而非“刺激物”呢？原因就在于胚芽鞘的尖端雖然都被切下來，但都還在接觸或接近去掉尖端的胚芽鞘(切面)，這就不能排除非物質(zhì)因素(如電、磁、力等)的影響(當然這種影響是物質(zhì)因素造成的可能性更大)。而溫特的實驗因為切下的胚芽鞘尖端是遠離去掉尖端的胚芽鞘(切面)的，故能完全排除非物質(zhì)因素的影響。所以，溫特的研究是在詹森和拜耳研究的基礎(chǔ)上的深化和完善，是十分必要的。

2 教學處理及設(shè)計建議

對于達爾文的研究，在學生認識了植物向光性的現(xiàn)象后指出，是達爾文對此首先展開了研究，并出示達爾文研究實驗示意圖——用單側(cè)光照射胚芽鞘(表現(xiàn)為向光彎曲生長)。然后提出問題：你認為胚芽鞘的生長是由萌發(fā)種子的哪一結(jié)構(gòu)、哪一部位決定的？對于胚芽鞘的彎曲生長，單側(cè)光照只是外因，內(nèi)因還是萌發(fā)種子本身，那你認為是胚芽鞘的哪一部位受到單側(cè)光照才導致彎曲生長的？然后組織學生思考討論。實踐表明，學生是能夠猜測出是由胚芽鞘的尖端決定胚芽鞘的生長，同時也是由其接受單側(cè)光照而引起彎曲生長的。接著繼續(xù)提問：怎樣設(shè)計實驗來驗證你的猜測是否正確呢？學生也不難發(fā)現(xiàn)，通過切去胚芽鞘的尖端，觀察去掉尖端的胚芽鞘是否還能繼續(xù)生長；設(shè)法將胚芽鞘的尖端及尖端下段分別遮光，觀察哪部分還能彎曲生長。教師再結(jié)合達爾文的實驗進行總結(jié)。當然，為降低教學難度，也可以先直接介紹達爾文的幾個研究實驗，然后再提出問題：達爾文設(shè)置去掉尖端的實驗，以及利用錫箔所做的實驗的意圖各是什么？并組織學生討論。

對于詹森和拜耳的研究，同樣可以采取兩種教學策略：①先不展示兩人的研究實驗，而是針對達爾文所提出的猜測“胚芽鞘的尖端產(chǎn)生某種刺激”，要求學生自主設(shè)計實驗方案，通過實驗途徑加以驗證，然后再介紹詹森和拜耳是怎樣設(shè)計實驗來驗證達爾文的猜測的；②分別直接展示詹森和拜耳的研究實驗，然后提出問題并組織學生分析討論：詹森、拜耳的實驗結(jié)論各是什么(或兩人的實驗結(jié)果能證明達爾文的猜測嗎)？你認為詹森的實驗設(shè)計嚴謹嗎？如不嚴謹，該怎樣進一步完善才能使結(jié)論更加準確可靠？一般情況下，學生能發(fā)現(xiàn)詹森實驗設(shè)計的不足之處——缺少對照實驗，即需要設(shè)置一個對照實驗以排除瓊脂本身含“某種刺激”。

對于溫特的研究，也可以不直接引出，而要進一步引導學生分析討論詹森、拜耳的實驗，進而發(fā)現(xiàn)其共同不足之處——胚芽鞘的尖端始終是接近甚至接觸去掉尖端的胚芽鞘的切面的，故雖然胚芽鞘尖端產(chǎn)生的某種“刺激”更可能是某種化學物質(zhì)，但仍不能排除是非物質(zhì)的可能。進而引導學生自主設(shè)計實驗，以證明某種“刺激”是化學物質(zhì)，排除其是非物質(zhì)的可能。當然，也可以在學生發(fā)現(xiàn)了詹森和拜耳的研究實驗的共同不足之處以后，直接展示溫特的實驗，然后結(jié)合溫特實驗進行提問和總結(jié)。

3 討論及反思

精心設(shè)計課堂教學應(yīng)突出兩點：①在分析、理解的基礎(chǔ)上重視對教材內(nèi)容的發(fā)掘；②在理解、發(fā)掘的基礎(chǔ)上重視對教材內(nèi)容進行創(chuàng)新性處理以及活動化設(shè)計。

對教材內(nèi)容的發(fā)掘，主要包括：一是對教材中一些知識內(nèi)容的來龍去脈及科學內(nèi)涵進行深入地發(fā)掘。例如，達爾文、詹森、拜耳及溫特的研究實驗的背景各是什么？在各自的背景下他們分別提出了哪些研究問題？為解決這些問題他們分別設(shè)計了怎樣的實驗？二是對教材中的相關(guān)知識內(nèi)容之間的邏輯聯(lián)系或關(guān)系進行發(fā)掘。例如，達爾文的幾個研究實驗之間有何邏輯聯(lián)系，詹森、拜耳的研究實驗與達爾文的研究實驗之間有何邏輯關(guān)系，以及溫特的研究實驗與詹森、拜耳的研究實驗之間又有著怎樣的邏輯關(guān)系。

目前，課堂教學中照本宣科的現(xiàn)象已不常見，但仍有一些教師在“教教材”而不是“用教材教”。他們認為，教材是教學和考試的依據(jù)，因而在教學中往往視教材為“權(quán)威”，不敢越雷池半步，只能分析、理解，不能改變。實際上，教材是課程(教學)資源(當然是主要資源)之一，教學與考試依據(jù)的是課程標準與考試說明(考試大綱)而非教材，教材不但要分析理解，更要處理和完善。那么怎樣才能由“教教材”轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝媒滩慕獭蹦?？首先，需要對教材觀念上的轉(zhuǎn)變。其次，還要注意把教材內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容。教材內(nèi)容并非就是教學內(nèi)容，因為教材內(nèi)容大多是靜態(tài)的、結(jié)論性的描述，雖然編寫時也要遵循認知規(guī)律，但更要考慮教材編寫自身的特點；而教學內(nèi)容的設(shè)計組織不但要重視“過程”，更要符合學生的認知規(guī)律與特點。

有效教學的主要措施之一就是教學的過程化或活動化。狹義地說，對教學活動的設(shè)計就是指對教學進行活動化或過程化設(shè)計。因此，僅僅重視對教材內(nèi)容的發(fā)掘是遠遠不夠的，更重要的是要在對教材內(nèi)容的發(fā)掘的基礎(chǔ)上，設(shè)計適宜的教學活動，進而組織并達成有效教學。例如，在對“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”的內(nèi)容進行發(fā)掘的基礎(chǔ)上，教師提出問題(或讓學生自己發(fā)現(xiàn)并提出問題)讓學生思考并組織討論交流，為解決問題讓學生進行探究并自主設(shè)計實驗等活動。