“生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸”開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)探究和改進(jìn)

梁瑋

1問(wèn)題的提出

生長(zhǎng)素是一類重要的植物激素，能從產(chǎn)生部位運(yùn)送到作用部位而發(fā)揮作用。研究表明，在胚芽鞘、芽、幼葉和幼根中，生長(zhǎng)素只能從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端，而不能反過(guò)來(lái)運(yùn)輸，也就是只能單方向地運(yùn)輸，稱為極性運(yùn)輸。如何證明生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸呢？人教版教材必修三第三章第一節(jié)的技能訓(xùn)練側(cè)重于訓(xùn)練學(xué)生依據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的要素分析其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性，提出改進(jìn)意見(jiàn)。同時(shí)，它也有助于學(xué)生理解生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸。

[例]取一段玉米胚芽鞘，切去頂端2mm，使胚芽鞘不再產(chǎn)生生長(zhǎng)素。在上端放一塊有生長(zhǎng)素的瓊脂，下端放一塊不含有生長(zhǎng)素的瓊脂（圖1A，胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝上）。過(guò)一段時(shí)間檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)下端的瓊脂塊逐漸有了生長(zhǎng)素（圖1B）。

結(jié)論：

①下端瓊脂塊上的生長(zhǎng)素來(lái)自上端的瓊脂塊。

②生長(zhǎng)素在胚芽鞘內(nèi)只能從形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)的下端。

討論：

①這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是否嚴(yán)密？

②從實(shí)驗(yàn)結(jié)果到結(jié)論之間的邏輯推理是否嚴(yán)謹(jǐn)？

③如果要驗(yàn)證上述結(jié)論是否正確，應(yīng)該對(duì)實(shí)驗(yàn)方案如何進(jìn)行改進(jìn)？

2探究討論，得出結(jié)論

在“植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”這一節(jié)的內(nèi)容中，除了要求學(xué)生概述植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素的過(guò)程和方法之外，另一個(gè)重要的教學(xué)目標(biāo)就是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)論，訓(xùn)練邏輯思維的嚴(yán)密性。在課堂教學(xué)過(guò)程中，采用的教學(xué)方式是先組織學(xué)生思考、討論，找出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題和不足，然后由其他學(xué)生和教師共同評(píng)價(jià)、修正并完善。大多數(shù)學(xué)生可以從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推出結(jié)論①下端瓊脂塊上的生長(zhǎng)素來(lái)自上端的瓊脂塊，而結(jié)論②的邏輯推理不嚴(yán)謹(jǐn)，即不能夠證明生長(zhǎng)素在胚芽鞘內(nèi)“只能”由形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)的下端。學(xué)生能夠提出實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見(jiàn)：增加一組胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝下的實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究生長(zhǎng)素能否從形態(tài)學(xué)下端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)上端，如果位于形態(tài)學(xué)上端的空白瓊脂塊中沒(méi)有收集到生長(zhǎng)素，即可證明生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸是單方向的。

上述實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)似乎非常合理，并且教師教學(xué)用書(shū)上也是這個(gè)改進(jìn)方案。通常課堂上，學(xué)生討論出這個(gè)結(jié)果之后，教師就會(huì)結(jié)束對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的探究。但是，根據(jù)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)就可以完全得出這兩個(gè)結(jié)論了嗎？有沒(méi)有什么問(wèn)題？還有沒(méi)有其他的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路？在學(xué)生繼續(xù)討論后，有學(xué)生提出結(jié)論①也不能得出，因?yàn)閷⑴哐壳始舛饲谐?，尖端以下部位還會(huì)有殘留的生長(zhǎng)素，而這部分生長(zhǎng)素也可能運(yùn)輸?shù)较露说沫傊瑝K。所以下端瓊脂塊上的生長(zhǎng)素來(lái)源可能有兩方面：①來(lái)自外源性生長(zhǎng)素（上端的瓊脂塊）；②來(lái)自內(nèi)源性生長(zhǎng)素（尖端以下部位殘留的）。

3實(shí)驗(yàn)再探究，提出改進(jìn)方案

從實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性出發(fā)，教師進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生思考改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生提出方案，在教材中所給的實(shí)驗(yàn)組的基礎(chǔ)上，應(yīng)該增加一組空白對(duì)照（圖2）：在切去尖端的胚芽鞘的上下兩端都放置空白瓊脂塊，一段時(shí)間之后檢測(cè)兩個(gè)瓊脂塊中的生長(zhǎng)素。形態(tài)學(xué)下端的瓊脂塊可以放在切去尖端的胚芽鞘上來(lái)檢測(cè)（圖3），如果胚芽鞘幾乎不生長(zhǎng)，或者下端的瓊脂塊中生長(zhǎng)素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)組，那么內(nèi)源性生長(zhǎng)素的含量可以忽略不計(jì)。還有學(xué)生提出，可以用同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)組上端瓊脂塊中的生長(zhǎng)素，然后檢測(cè)下端瓊脂塊中生長(zhǎng)素帶標(biāo)記和不帶標(biāo)記的含量之比。此時(shí)，要驗(yàn)證結(jié)論②的正確性，應(yīng)該再增加一組實(shí)驗(yàn)：將胚芽鞘倒過(guò)來(lái)放置，如果在形態(tài)學(xué)上端的瓊脂塊中檢測(cè)不到生長(zhǎng)素，就可以說(shuō)明在胚芽鞘中生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸只能從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)较露恕?/p>

4大膽質(zhì)疑，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

如果胚芽鞘不顛倒，而把上下兩塊瓊脂塊顛倒，這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否可行呢？有學(xué)生課堂上提出了不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)“意外”的設(shè)計(jì)方案，學(xué)生的思維和興趣會(huì)被激發(fā)。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)探究生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸，并不清楚極性運(yùn)輸?shù)膯畏较蛐允欠衽c重力有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡可能排除重力的影響，而如圖4的實(shí)驗(yàn)組與教材中的實(shí)驗(yàn)組，兩組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果均可能有兩方面的因素：①重力的原因；②生長(zhǎng)素單方向極性運(yùn)輸?shù)脑颍匀徊荒芘懦亓Φ淖饔?，因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不妥。

那么，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上如何進(jìn)行改進(jìn)呢？此時(shí)，教師可以再加一組胚芽鞘形態(tài)學(xué)下端朝上的實(shí)驗(yàn)（圖5），如果位于形態(tài)學(xué)上端的瓊脂塊沒(méi)有生長(zhǎng)素（圖5a），而形態(tài)學(xué)下端的瓊脂塊中收集到生長(zhǎng)素（圖5b），即可以證明生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸不受重力的影響，能夠逆重力從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)较露硕荒艿怪谩?/p>

為了排除重力對(duì)極性運(yùn)輸?shù)挠绊?，還能怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？教師可以選擇兩組水平放置的胚芽鞘（圖6）：第一組，帶有生長(zhǎng)素的瓊脂塊放在胚芽鞘形態(tài)學(xué)下端，無(wú)生長(zhǎng)素的瓊脂塊放在形態(tài)學(xué)上端；第二組，帶有生長(zhǎng)素的瓊脂塊放在胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端，無(wú)生長(zhǎng)素的瓊脂塊放在形態(tài)學(xué)下端。過(guò)一段時(shí)間檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)第一組未接收到生長(zhǎng)素，第二組接收到生長(zhǎng)素，說(shuō)明生長(zhǎng)素只能由形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端，而不能顛倒，即證明極性運(yùn)輸?shù)膯畏较蛐?，因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)中重力的方向與生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)姆较虼怪?，即重力沒(méi)有發(fā)揮作用，同時(shí)也排除了重力對(duì)極性運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

5總結(jié)與啟示

在高中生物課堂教學(xué)中，教師要充分挖掘教材中的探究性素材，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，放手讓學(xué)生主動(dòng)思考、充分討論，營(yíng)造一個(gè)積極鉆研的課堂氛圍，發(fā)掘?qū)W生思維的閃光點(diǎn)，捕捉課堂的生成性資源，從而有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)條理的思維習(xí)慣，以及理性思維能力和創(chuàng)新意識(shí)。