“植物生長素的發(fā)現(xiàn)” 一節(jié)基于問題體驗式的教學(xué)策略

官修行 陳秋來

(福建省光澤縣第一中學(xué) 354100)

“植物生長素的發(fā)現(xiàn)” 是人教版必修3第3章第1節(jié)內(nèi)容，其中隱含著科學(xué)研究的方法與過程，以及設(shè)計實驗時所要遵循的“單一變量原則”“對照原則”，是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的好材料，在整個必修課本中處于相當(dāng)重要的地位，對學(xué)生實驗設(shè)計能力、提出問題、分析問題、解決問題等能力的培養(yǎng)是一個很好的素材。本文以“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)為例，談?wù)勥\用“問題體驗式”教學(xué)方法設(shè)計的做法。

1 從生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生進行自主探究的欲望

如果學(xué)生的求知欲望被一節(jié)課成功的激發(fā)，那么這節(jié)課就成功了一半。教師用PPT呈現(xiàn)樓道欄桿上花盆植物生長狀況的照片，然后將現(xiàn)實中的情景呈現(xiàn)給學(xué)生：引入長期放置在樓道欄桿上久未移動的花盆墜樓事件，由學(xué)生來“追查”花盆墜樓的“元兇”，通過一番討論，最后達成較一致的意見：花盆墜樓的“元兇”可能是植物向光生長運動。進而提出問題：植物表現(xiàn)向光生長運動的原因是什么呢？并以此作為“錨”，在問題背景中產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要，引發(fā)學(xué)生急于要探究植物為什么具有向光性的興趣，然后直接告訴學(xué)生植物生長素的發(fā)現(xiàn)就是在探究植物向光性原因的過程中被發(fā)現(xiàn)的，進而引入本節(jié)課的課題：植物生長素的發(fā)現(xiàn)。

2 回顧探究實驗的基本知識，為學(xué)生自主探究做鋪墊

2.1 選材的原則 引導(dǎo)學(xué)生回顧必修二孟德爾選用豌豆做實驗的巧妙之處，引導(dǎo)學(xué)生思考：達爾文為什么要選用金絲雀虉草來做植物向光運動原因的探究實驗？通過指導(dǎo)學(xué)生觀察用PPT呈現(xiàn)的胚芽鞘結(jié)構(gòu)(圖略)和閱讀教材中“相關(guān)信息”的內(nèi)容，并通過學(xué)生之間的討論，歸納禾本科植物胚芽鞘具有：經(jīng)濟、易得；形態(tài)特征明顯，便于觀察；生長周期短，有利于短期內(nèi)得出實驗結(jié)果等特點，是做植物向光運動原因探究實驗的好材料。

2.2 設(shè)計探究實驗需要遵循的基本原則 引導(dǎo)學(xué)生回顧必修一“比較過氧化氫在不同條件下分解”的實驗，提出問題讓學(xué)生思考：設(shè)計探究實驗需要遵循哪些基本原則？通過學(xué)生討論和教師點撥歸納得出：設(shè)計探究實驗需要遵循的基本原則是科學(xué)性原則(含選材的科學(xué)性)、單一變量原則、對照原則和平行復(fù)重原則。

2.3 科學(xué)探究的基本過程 引導(dǎo)學(xué)生回憶必修一“植物細胞的吸水和失水”實驗，提出問題讓學(xué)生思考：科學(xué)探究的基本過程是什么？最后歸納出科學(xué)探究的基本過程(圖1)。

圖1 科學(xué)探究的基本過程

3 創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生探究實驗

教師在做好上述鋪墊后，可以像剝筍殼一樣，引導(dǎo)學(xué)生層層剝開植物向光運動的原因了。問題串的具體設(shè)計思路如圖2所示。

圖2 植物向光運動原因的探究歷程

3.1 植物感光部位是在胚芽鞘的尖端還是尖端下面的一段(達爾文實驗) 為了讓學(xué)生對探究實驗的設(shè)計從自變量和無關(guān)變量的控制入手，以及對確定因變量的觀測指標等知識大致的了解，也為學(xué)生對本節(jié)課后續(xù)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容探究實驗的設(shè)計做好鋪墊，對“植物感光部位在胚芽鞘的尖端還是尖端下面的一段？”的教學(xué)沒有采用讓學(xué)生設(shè)計探究實驗的方法進行教學(xué)，而是采用與人的神經(jīng)調(diào)節(jié)相比較的方法引入本環(huán)節(jié)的問題探究，然后指導(dǎo)學(xué)生思考與討論問題串來進行教學(xué)。

(過渡)人在運動時是用眼睛觀察周圍環(huán)境的，那植物在向光運動時是用胚芽鞘的尖端還是尖端下面的一段來感受單側(cè)光的刺激的呢？

接著，請同學(xué)們觀察教材中圖3-1的實驗，并在教材中把4組實驗標上序號：甲(彎向光源生長的實驗)、乙(去掉胚芽鞘尖端的實驗)、丙(用錫箔罩子把尖端罩著的實驗)、丁(用錫箔罩子把尖端下面一段罩著的實驗)。并由生物學(xué)科研究性學(xué)習(xí)小組成員代表介紹用玉米胚芽鞘模擬達爾文實驗的實驗成果(圖3，該實驗在學(xué)期初就提前布置)，介紹的目的在于拉近達爾文實驗與學(xué)生的距離，讓學(xué)生不會覺得這樣的實驗離我們很遙遠，為學(xué)生積極參與進一步探究做鋪墊。最后再用PPT逐步呈現(xiàn)以下思考題，由學(xué)生思考與討論。

圖3 學(xué)生用玉米胚芽鞘探究向光運動原因的實驗照片

問題探究：①甲組和乙組實驗的自變量和因變量分別是什么？甲組和乙組實驗比較可以得出什么結(jié)論？ (自變量是胚芽鞘尖端的有無；因變量是胚芽鞘是否彎向光源生長。結(jié)論是胚芽鞘彎向光源生長與尖端有關(guān)) ②丙組和丁組實驗的自變量和因變量分別是什么？丙組和丁組實驗比較可以得出什么結(jié)論？ (自變量是遮光部位的不同；因變量是胚芽鞘是否彎向光源生長。結(jié)論是胚芽鞘彎向光源生長的感光部位在尖端，不是在胚芽鞘尖端下面的一段) ③如果你是達爾文，你能提出什么假說來解釋上述4組實驗的現(xiàn)象呢？(單側(cè)光照射使胚芽鞘的尖端產(chǎn)生某種刺激，當(dāng)這種刺激傳遞到下部的伸長區(qū)時，會造成背光側(cè)比向光側(cè)生長快，因而出現(xiàn)向光彎曲)

3.2 植物胚芽鞘生長部位是在尖端還是尖端下面的一段呢 采用PPT呈現(xiàn)可以提供的材料用具，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計探究實驗的方法來教學(xué)。

設(shè)計探究實驗：選用萌發(fā)的玉米種子和胚芽鞘若干、刀片、記號筆、針和線若干，要求設(shè)計實驗探究胚芽鞘生長的部位是在胚芽鞘的尖端還是在尖端下面的一段。

討論與評價：多數(shù)學(xué)生的設(shè)計思路是采用畫橫線的方法來設(shè)計的，其中①用刀片在玉米胚芽鞘上劃等距的刻度做記號；②用扎針方法在玉米胚芽鞘上做等距的刻度做記號；③用線在玉米胚芽鞘上綁出等距的刻度做記號；④用記號筆在玉米胚芽鞘上畫出等距的刻度做記號，一段時間后，觀察玉米胚芽鞘上所做的等距記號是在什么部位間距明顯變長。

教師指導(dǎo)學(xué)生交流自己的設(shè)計思路，并組織學(xué)生進行交流和評價，然后結(jié)合圖示(圖略)指出方法①和②設(shè)計思路會對胚芽鞘造成損傷，方法③可能會影響胚芽鞘的生長，并說明方法④是最優(yōu)方案。同時指出還可以采用記號筆畫豎線法或把胚芽鞘縱切后用顯微鏡觀察的方法。

3.3 尖端感受到單側(cè)光產(chǎn)生某種刺激會傳遞到下部嗎(詹森實驗) (過渡)人運動時用眼感受到周圍環(huán)境的信息傳導(dǎo)到神經(jīng)中樞后，神經(jīng)中樞發(fā)出的信號會傳導(dǎo)到有關(guān)的運動系統(tǒng)產(chǎn)生運動。那么，植物沒有神經(jīng)系統(tǒng)，胚芽鞘尖端感受到單側(cè)光后產(chǎn)生的某種刺激會傳遞到尖端下面一段嗎？如何設(shè)計實驗來探究呢? PPT呈現(xiàn)可以提供的材料用具。

材料用具包括：萌發(fā)的玉米種子和胚芽鞘若干、刀片、瓊脂片和云母片若干。設(shè)計實驗探究：尖端感受到單側(cè)光產(chǎn)生某種刺激會傳遞到下部嗎？請畫出實驗方案示意圖,并用文字簡要說明。

討論與評價：教師先引導(dǎo)學(xué)生找出該實驗的自變量是尖端與尖端下部的聯(lián)系是否被阻斷，因變量是胚芽鞘是否彎向光源生長，然后讓學(xué)生分析瓊脂片和云母片的分子排列的特點，得出分子排列致密的云母片或玻璃片能阻斷胚芽鞘尖端和尖端下部的聯(lián)系，而因瓊脂片分子排列疏松，不會阻斷胚芽鞘尖端和尖端下部的聯(lián)系，可以用云母片和瓊脂片來控制自變量。接著教師指導(dǎo)學(xué)生到講臺上用實物投影儀展示自己的實驗方案示意圖，并組織學(xué)生進行交流和評價，最后結(jié)合圖4進行歸納總結(jié)。

圖4 胚芽鞘尖端感受到單側(cè)光后產(chǎn)生的某種刺激是

3.4 尖端感受到單側(cè)光產(chǎn)生某種刺激在尖端下面一段分布不均嗎(拜耳實驗) 教師先指導(dǎo)學(xué)生觀察教材圖3-3，然后用PPT逐步呈現(xiàn)以下思考題，讓學(xué)生思考與討論，提高學(xué)生設(shè)計對照實驗的能力：

問題探究：①拜耳實驗為什么要在黑暗中進行？(排除光對彎曲生長的影響)②如何排除拜耳實驗中胚芽鞘被割一刀后刀傷對實驗結(jié)果的影響？(增加一組實驗，把胚芽鞘尖端切下后放回原處)

3.5 如何設(shè)計實驗同時證明尖端感受到單側(cè)光產(chǎn)生某種刺激會傳遞到尖端下面一段，并在下部分布不均(溫特實驗) (評價與完善溫特實驗)由前后2桌4位學(xué)生組成一個學(xué)習(xí)小組，根據(jù)教材圖3-4所給材料討論如何對溫特實驗進行改進：①比較教材圖3-3與圖3-4，溫特與拜耳實驗的不同點是什么？(溫特實驗缺乏對照)②從實驗對照、實驗變量角度分析如何改進，請畫出實驗方案示意圖,并用文字簡要說明。

學(xué)生通過思考與討論能夠知道需要設(shè)置空白的瓊脂塊和放過尖端的瓊脂塊形成對照。教師引導(dǎo)學(xué)生用實物投影儀展示自己所畫的示意圖，其他同學(xué)進行評價。最后，教師點評和歸納設(shè)計思路。

小結(jié)：溫特實驗說明這種“影響”肯定是化學(xué)物質(zhì)，而非場類、波類。因為如果是磁場、電場的話，溫特實驗不可能成功。而這種“影響”有促進植物生長作用，于是溫特把這種物質(zhì)稱為“生長素”。

3.6 “刺激”的屬性是一種化學(xué)物質(zhì)嗎(郭葛實驗) (過渡)生長素是哪類化學(xué)物質(zhì)呢？其分子式如何呢？郭葛從一個園丁偶然發(fā)現(xiàn)用人的尿液澆灌葡萄苗床，葡萄插枝容易生根成活的事例獲得啟發(fā)，首先從人尿中提取到植物生長素——吲哚乙酸。

思考與討論：你認為從人尿中為什么可以提取植物生長素？(人以某些植物性食物為食，人體內(nèi)也沒有分解生長素的酶，所以生長素在體內(nèi)不能被人類所分解利用而隨尿液排出)

3.7 如何設(shè)計實驗證明在單側(cè)光照射下，尖端產(chǎn)生的生長素在尖端發(fā)生了從向光側(cè)向背光側(cè)的橫向運輸，還是在尖端向光側(cè)的生長素被分解了 (設(shè)計探究實驗)PPT呈現(xiàn)可以提供的材料用具，包括玉米胚芽鞘尖端、云母片、瓊脂、光源和帶一小孔的暗箱，設(shè)計實驗證明在單側(cè)光的照射下，尖端產(chǎn)生的生長素在尖端發(fā)生了從向光側(cè)向背光側(cè)的橫向運輸，還是在尖端向光側(cè)的生長素被分解了？請畫出實驗方案示意圖,并用文字簡要說明。

討論與評價：教師指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)交流設(shè)計思路，確定最優(yōu)方案后派代表用實物投影儀展示實驗方案示意圖，教師組織其他同學(xué)進行評價，最后歸納出設(shè)計思路。

3.8 植物向光運動的解釋 (試一試)通過今天的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在你能結(jié)合圖示(圖5)對植物的向光運動的原因作出科學(xué)、合理的解釋了嗎？

圖5 向光運動原因解釋的圖解

先由學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)進行交流討論，然后選代表在全班層面交流成果，學(xué)習(xí)小組之間進行評價，教師歸納總結(jié)并提供記憶口訣：背多快(背光側(cè)生長素多，生長得快)。

3.9 創(chuàng)設(shè)問題情境，進行情感價值觀教育 進一步思考：達爾文注意到植物的向光生長現(xiàn)象，設(shè)計了實驗解釋向光性的原因。后來詹森、拜爾、溫特等科學(xué)家通過實驗更加完整科學(xué)地解釋了植物向光運動的原因，請學(xué)生討論：用三四個詞語概括，如果你長大成為一名科學(xué)家,你認為在從事科學(xué)研究時應(yīng)該具有哪些品質(zhì)？(要有敏銳的觀察力、大膽的想象力和嚴密的邏輯推理能力)

3.10 設(shè)置練習(xí)突破難點知識 (考考你)圖6表示對燕麥胚芽鞘進行不同處理的情況，其中，A、B、C、D采用不透水的云母片，E、F采用未經(jīng)任何處理的瓊脂塊，G、H采用不透光的錫箔紙，它們的生長狀況將會怎樣？(A.直立生長 B.向右彎曲生長 C.彎向光源生長 D.不生長 E.彎向光源生長 F.不生長 G.直立生長 H.彎向光源生長)

圖6 對燕麥胚芽鞘進行不同處理的示意圖

先由學(xué)生獨立完成，然后學(xué)習(xí)小組交流討論確定本組的最終答案，選代表展示成果，學(xué)習(xí)小組之間進行評價，教師歸納總結(jié)并提供記憶口訣：感尖彎尖下(感光部位在胚芽鞘尖端，彎曲部位在胚芽鞘尖端下面的一段)。

4 引導(dǎo)學(xué)生參與課后探究，為學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容做鋪墊

由于課堂時間有限，可以讓學(xué)生帶著問題走出課堂，利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館等資源任選以下3個問題中自己感興趣的問題進行探究：

(1)20世紀80年代，有的學(xué)者用向日葵、蘿卜為實驗材料進行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因單側(cè)光照射而彎曲生長時，向光側(cè)和背光側(cè)的生長素含量基本相同，而向光側(cè)的生長抑制物卻多于背光側(cè)。請上網(wǎng)或到圖書館查詢相關(guān)的資料，并設(shè)計實驗，探討玉米的向光生長支持哪一種觀點。

(2)一棵植物始終是要長大的，不可能永遠有胚芽鞘。長大后的植物沒有了胚芽鞘，也還需要生長素，除了胚芽鞘的尖端能產(chǎn)生生長素外，其他部位能不能產(chǎn)生呢？如果能產(chǎn)生的話，請你設(shè)計實驗來證明。

(3)從一系列實驗可以看出生長素在胚芽鞘的尖端產(chǎn)生，卻是在胚芽鞘的尖端下部起作用，應(yīng)該有一個運輸?shù)倪^程，是如何運輸?shù)哪?？請你設(shè)計實驗來證明。