基于論證教學的“植物生長素”一節(jié)的教學設計

徐岳敏

(浙江省樂清市第三中學 325600)

1 教材分析及設計思路

“植物生長素”是浙科版高中生物學教材《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第1章“植物生命活動的調節(jié)”第1節(jié)的教學內容。教材中以達爾文父子的實驗、波森·詹森的實驗、溫特的實驗、郭葛的實驗等科學實驗為主線，探索生長素的產生和分布部位、運輸方式、生理作用以及應用，對學生的邏輯思維要求較高。

生長素發(fā)現過程的科學史包含了豐富的科學知識、科學思維、科學方法等教學資源，其中科學家發(fā)現問題、尋找證據和得出結論的論證思維正是開展論證式教學的極好素材，有利于學生加深對科學知識構建本質的理解，形成基于論證和邏輯推理的理性思維。

教學中采用論證式教學，圍繞某一論題利用科學的方法收集證據，運用一定的論證方式解釋、評價自己及他人證據與觀點之間的相關性，促進思維的共享與交鋒，最終達成可接受的結論。這種教學策略是從資料分析作為論據支持得出主張，在遇到新的論據辯駁原有主張時，不斷完善或認可主張[1]。教師以學生領會知識內涵為目標，重點在于論證生長素的發(fā)現和生長素的生理作用、特點，教學中努力挖掘和設計問題，引導學生像科學家一樣思考，建構科學概念和形成批判性思維，培養(yǎng)學生科學思維和利用所學知識分析解決實際問題的能力。難點在于論證生長素的存在和科學實驗設計的嚴謹思維及論證精神。

2 教學目標

2.1 知識目標 解釋生長素發(fā)現過程中的相關實驗，概述不同濃度的生長素對植物生長的不同作用，闡明生長素在生產實踐中的應用價值。

2.2 能力目標 形成嚴謹的科學探究意識和批判思維。

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標 體會科學研究過程中嚴密的邏輯推理，認同科學發(fā)展是一個繼承與創(chuàng)新的辯證過程；關注生長素類似物的應用價值及其可能帶來的負面影響。

3 教學過程

3.1 生長素的產生和分布部位在哪里 第一步，提供資料，形成主張。達爾文在環(huán)球考查時發(fā)現草蘆有向光生長的現象，引導學生提出主張： 植物有向光性。

第二步，導入主題，引導論證。請學生思考： 會不會是偶爾現象？有沒有科學實證？逐個呈現實驗： 1880年，英國的達爾文父子用單側光照射正常胚芽鞘(第一組)、去頂胚芽鞘(第二組)、頂上加不透明帽的胚芽鞘(第三組)、頂上加透明帽的胚芽鞘(第四組)、用不透明薄膜將基部包起的胚芽鞘(第五組)。觀察發(fā)現分別發(fā)生彎向光源生長、不生長、直立生長、彎向光源生長、彎向光源生長(圖略)。主張： 胚芽鞘確實向單側光方向生長，表現出向光性，感光與尖端有關，有某種化學物質從胚芽鞘尖端傳遞到了下面。在二、三、四組呈現時，分別質疑： 會不會是去掉尖端造成的損失引起不能彎曲生長？會不會是帽本身對生長造成影響？基部是否也可以感光？辯駁： 根據實驗得出的假說還是缺乏科學證據。引導學生分析： 必須確定“影響”是否真實存在？為什么造成彎曲生長？

第三步，追加證據，捍衛(wèi)主張。提供實驗證據： 1913年，荷蘭植物學家波森·詹森將一片明膠或云母(化學物質能透過明膠卻不能透過云母)分別插在胚芽鞘尖端和其下部之間。結果發(fā)現，插有明膠的胚芽鞘發(fā)生向光彎曲現象，插有云母片的胚芽鞘則不生長不彎曲。再次主張： 確實有一種化學物質由胚芽鞘尖端向下傳遞。質疑： 瓊脂或云母可能影響實驗結果。追加實驗證據： 設置對照組，在去頂胚芽鞘上放置空白瓊脂塊或云母片。結果胚芽鞘不生長，說明瓊脂塊或云母片本身未影響胚芽鞘生長。

第四步，鼓勵質疑，再次解釋。辯駁： 向光彎曲由胚芽鞘尖端本身造成，而非化學物質。如果存在某種化學物質，為什么會使胚芽鞘下部生長不均勻？教師提供實驗證據： 1926年，荷蘭植物學家溫特先將照過光的胚芽鞘尖端切下，放在瓊脂塊上。設置第一組空白對照，第二、三、四組分別在去掉尖端的胚芽鞘中間、右側、左側放一塊如圖1處理的瓊脂塊，第五、六組分別在中間和左側放置空白瓊脂塊。結果第一組不生長，第二組直立生長，第三組向左側彎曲生長，第四組向右側彎曲生長，第五、六組不生長、不彎曲(圖1)。

修正主張： 尖端產生了一種化學物質(后來被命名為生長素)，引起胚芽鞘彎曲生長。向光性(生長不均勻)是由生長素分布不均引起的。

第五步，深入質疑，揭開真相。辯駁： 耳聽為虛，眼見為實?？煞裉崛〉竭@種物質(生長素)？20世紀30年代，郭葛提取到生長素，其化學本質是一種小分子有機物——吲哚乙酸(IAA)。確立主張： 胚芽鞘尖端確實產生了一種化學物質——生長素。

圖1 溫特的實驗(深色表示含有生長素)

3.2 生長素的運輸方式是怎樣的 第一步，提供實驗數據，提出主張。20世紀20年代，科學家發(fā)現在單側光照射下生長素總量基本不變，但背光側生長素多于向光側(圖2)。

圖2 單側光照射影響生長素分布實驗

教師提出主張： 單側光造成了生長素在向光和背光兩側重新分配，并由向光側向背光側橫向運輸。

第二步，發(fā)現問題，質疑主張。質疑： 生長素都是橫向運輸的嗎？科學家把含有生長素的瓊脂小塊放在切去尖端的燕麥胚芽鞘的形態(tài)學上端，把另一塊不含生長素的瓊脂小塊接在下端，過些時間，下端的瓊脂塊中即含有生長素。但是，假如把這一段胚芽鞘顛倒過來，做同樣的實驗，生長素就不向下運輸(圖3)。進一步的研究發(fā)現，其運輸速度比物理擴散大10倍，缺氧或呼吸毒物(氰化物等)會抑制其運輸[2]。完善主張： 生長素在尖端橫向運輸，由向光側運向背光側，而在尖端以下是極性運輸，由形態(tài)學上端運向形態(tài)學下端。

圖3 生長素極性運輸實驗

3.3 生長素有什么生理作用和應用價值 辯駁： 生長素真的都是促進生長嗎？解讀數據，修正主張： 生長素作用的一個特點是低濃度促進生長，高濃度則抑制生長，而且往往與發(fā)生作用的器官有密切關系，其敏感性從大到小依次為根、芽、莖(圖略)。質疑： 生長素類物質有無其他激素？農業(yè)生產怎么利用生長素呢？引導學生尋找證據，確立主張： 現已證明，除了吲哚乙酸(IAA)，苯乙酸(PAA)存在于番茄、煙草等植物中，4-氯-3-吲哚乙酸(4-Cl-IAA)存在于豌豆、山黧豆等未成熟種子中[2]。因生長素含量極低，農業(yè)生產中應用其類似物，具有與生長素類似的功能，如2，4-D和萘乙酸等。

深入追問： 生長素或其類似物的作用都是積極的嗎？提供圖片資料： 頂端優(yōu)勢的應用(果樹栽培、園藝、行道樹)；生產無籽番茄；促進扦插枝條生根；防止落花落果；除草劑(萘乙酸、2，4-D、2，4，5-T等)，其中落葉劑2，4，5-T在合成時產生致癌物質二英。

完善主張： 生長素及其類似物在農業(yè)、園藝等生產實踐中有著廣泛用途，產生了積極的效益，但也會產生負面影響，應加以控制和預防。

4 教學反思

應用論證教學，能較好地培養(yǎng)學生的科學思維、批判思維習慣，課堂的吸引力也更大。論證式教學非常注重論據，教學以提供理由或論據的方式互動交流，捍衛(wèi)或批駁某個立場或觀點，是一種充滿理性的教育方式。這種教學方式不僅有利于學生批判性思維等多種思維的發(fā)展，也有利于學生對科學概念和科學本質的認識，有利于學生發(fā)展核心素養(yǎng)和學習潛能。