應(yīng)用科學(xué)史進行“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計

陳兆娣

(江蘇省揚州市新華中學(xué) 225009)

1 教學(xué)分析

“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”是蘇教版高中生物學(xué)教材必修3第2章第4節(jié)的內(nèi)容。從1880年達爾文的胚芽鞘實驗到1934年郭葛最終得到純品的生長素，大約經(jīng)歷了半個多世紀的漫長歷程，而對植物向光性的研究至今仍在繼續(xù)。教材選取了其中的經(jīng)典實驗，這些實驗總結(jié)了科學(xué)研究的一般方法，也體現(xiàn)了科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的清晰思路。因此，植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程及植物向光生長的原因是教學(xué)的重點，圍繞生長素發(fā)現(xiàn)的有關(guān)實驗引導(dǎo)學(xué)生進行探究是教學(xué)的重點。本節(jié)課以“植物為什么會向光生長”這一問題展開，以完整的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史為主線，以問題和問題串為引領(lǐng)，讓學(xué)生體驗科學(xué)思想的發(fā)現(xiàn)過程，了解知識的產(chǎn)生和發(fā)展，提升科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力。

2 教學(xué)目標

2.1 知識目標 概述植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程；說出植物向光生長的原因。

2.2 能力目標 嘗試提出問題，設(shè)計實驗和評價結(jié)論，訓(xùn)練邏輯思維的嚴密性。

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標 通過探究生長素發(fā)現(xiàn)的科學(xué)過程，體會科學(xué)家的思維方式和科學(xué)精神。

3 教學(xué)過程

3.1 情境導(dǎo)入 教師展示一幅植物向光生長的圖片，提問該植物的生長有什么特點？(向光生長；PPT展示向光性的概念)

3.2 層層探究 圍繞“植物向光性的原因”這一問題展開，教師結(jié)合科學(xué)家的實驗一環(huán)扣一環(huán)的設(shè)置問題，層層遞進，逐步揭示植物向光性的原因。

3.2.1 達爾文實驗 很多人注意到植物向光性的現(xiàn)象，但是達爾文不僅注意了這種現(xiàn)象，并且用一種叫做金絲雀虉草的禾本科植物的胚芽鞘來設(shè)計實驗，探究植物出現(xiàn)向光性的原因。教師PPT展示胚芽鞘的圖片，簡單介紹后設(shè)疑：你認為植物的向光性可能與哪些因素有關(guān)？學(xué)生作出假設(shè)，設(shè)計實驗，預(yù)測實驗結(jié)果(表1)：

表1 學(xué)生假設(shè)、設(shè)計并預(yù)測實驗結(jié)果，探究植物向光性的可能因素

通過PPT展示達爾文的實驗，學(xué)生驗證假設(shè)成立，即植物的向光性與單側(cè)光照有關(guān)，與胚芽鞘尖端有關(guān)。教師進一步設(shè)疑：胚芽鞘的哪部分可以感受光的刺激呢？引導(dǎo)學(xué)生假設(shè)：胚芽鞘尖端是感光的部位(假設(shè)3)。(課堂中學(xué)生的假設(shè)是多種多樣的，合理即可。此處為使課堂教學(xué)層層遞進進行，選擇假設(shè)3先進行驗證)為驗證胚芽鞘尖端為感光部位，學(xué)生設(shè)計實驗、預(yù)測實驗結(jié)果(表2)：

表2 為驗證胚芽鞘尖端為感光部位，學(xué)生設(shè)計并預(yù)測實驗結(jié)果

教師PPT展示達爾文的實驗，引導(dǎo)學(xué)生驗證假設(shè)成立，即胚芽鞘尖端是感光部位。

3.2.2 詹森、拜爾和溫特的實驗 達爾文的實驗證明，胚芽鞘向光生長與尖端有關(guān)，感受光刺激的部位在胚芽鞘的尖端，但他并未對植物向光性的根本原因作出解釋，提出如下假說：胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后，向下面的伸長區(qū)傳遞某種“影響”，造成伸長區(qū)背光面比向光面生長快，因而使胚芽鞘出現(xiàn)向光性。在此后約30年，達爾文的實驗一直是有關(guān)這些有趣現(xiàn)象的唯一信息來源，而當時71歲的達爾文已無法繼續(xù)研究工作，如果是你，該如何繼續(xù)該項研究呢？

學(xué)生討論，認為需要驗證達爾文的假設(shè)：“影響”是尖端產(chǎn)生的(假設(shè)4)，“影響”能向下傳遞(假設(shè)5)。面對學(xué)生存在的疑問：①為什么背光面比向光面生長快，給出假設(shè)6：“影響”分布不均勻造成的；②“影響”到底是什么？教師提示，驗證尖端是否產(chǎn)生了某種物質(zhì)時，實驗處理應(yīng)將尖端與下部分離；尋找一種能吸附該物質(zhì)的基質(zhì)，該基質(zhì)應(yīng)該有吸附物質(zhì)并向下運輸?shù)奶攸c，可用瓊脂塊。并引導(dǎo)學(xué)生進一步設(shè)計實驗、預(yù)測實驗結(jié)果(表3)：

表3 為驗證達爾文實驗，學(xué)生假設(shè)、設(shè)計并預(yù)測實驗結(jié)果

PPT分別展示1910年詹森的實驗、1914年拜爾的實驗、1928年溫特的實驗，驗證假設(shè)正確。同時，引導(dǎo)學(xué)生比較自己與科學(xué)家所設(shè)計實驗的異同，指出科學(xué)家所設(shè)計的實驗是否存在不足，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3.2.3 Winslow briggs的實驗[1]對于生長素分布不均的原因，教材中增加了“單側(cè)光導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)不均勻分布的實驗示意圖”，但未進一步深究。Winslow briggs的實驗巧妙地證明了生長素分布不均勻的原因是單側(cè)光照引起生長素由向光側(cè)運向背光側(cè)，而不是單側(cè)光照使得背光側(cè)產(chǎn)生的生長素比向光側(cè)多。教師介紹該實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生深入思考單側(cè)光是如何引起生長素分布不均勻的，以培養(yǎng)學(xué)生的探究意識，提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力。由此設(shè)疑：分布不均是如何產(chǎn)生的？單側(cè)光照是否影響生長素的產(chǎn)生？學(xué)生作出假設(shè)、設(shè)計實驗、預(yù)測實驗結(jié)果(表4)：

PPT展示W(wǎng)inslow briggs的實驗，學(xué)生驗證假設(shè)成立。

3.3 小結(jié)植物向光性原因，揭示“影響”的本質(zhì) 引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以上實驗結(jié)果小結(jié)植物向光性的原因：胚芽鞘尖端能產(chǎn)生“影響”，在單側(cè)光下“影響”由向光側(cè)運向背光側(cè)，且能從尖端向下運輸，造成下端的“影響”分布不均，從而使得植物向光生長。教師：“影響”是什么？PPT展示文字材料：1934 年，科學(xué)家郭葛首先從人尿中分離出具有生長素效應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)“吲哚乙酸”，但1946 年才從高等植物中分離出生長素，并確認它就是吲哚乙酸(IAA)。

4 教學(xué)反思

生物科學(xué)史是生物學(xué)教學(xué)中實現(xiàn)教學(xué)目標很好的素材，生物科學(xué)史的教學(xué)不是簡單地讓學(xué)生記住這段歷史和結(jié)論，而是要將探究性學(xué)習(xí)的方法整合在其中。本節(jié)教學(xué)中通過挖掘教材中教學(xué)內(nèi)容經(jīng)典實驗的關(guān)系，以植物生長素的發(fā)現(xiàn)史為主線，采用循序漸進的問題串形式，優(yōu)化探究，引領(lǐng)學(xué)生體驗生長素的發(fā)現(xiàn)歷程，在互動教學(xué)中實現(xiàn)知識的生成，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和探究能力，從而達成教學(xué)目標。