在生物學課堂中發(fā)展學生的探究性思維
——以“其他植物激素”為例

戴 亞

（中國人民大學附屬中學 北京 100080）

1 教材分析

“其他植物激素的生理功能”是人教版高中生物學教材必修3 第3 章“植物的激素調(diào)節(jié)”第3 節(jié)的內(nèi)容。教材介紹了幾種重要植物激素的生理學功能及在生產(chǎn)生活中的應用。教材中本節(jié)內(nèi)容較簡單，然而關(guān)于植物激素功能的實驗研究蘊含了生物學研究中的重要思維方法。植物激素功能的研究在生產(chǎn)上的應用，是生命科學研究造福人類的典型范例，因此可以重整教學內(nèi)容，利用真實的科學研究資料，培養(yǎng)學生邏輯分析能力、實驗探究能力和社會責任感，使學生在核心素養(yǎng)發(fā)展的過程中學習知識。

2 教學目標

1）通過探究實驗的設計和分析，學習其他植物激素的作用，進一步領會演繹推理、邏輯分析在科學研究中的作用，能針對特定的生物學現(xiàn)象進行觀察、提問、實驗設計和討論，在學習過程中發(fā)展科學思維和提高科學探究能力。

2）舉例說明激素之間可以通過拮抗、協(xié)同等方式共同實現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)，在學習過程中形成穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。

3）舉例說明植物激素研究成果在生產(chǎn)中的廣泛應用，能運用所學知識嘗試解決生產(chǎn)生活問題，在學習中培養(yǎng)社會責任感。

3 課堂教學設計

3.1 回顧植物激素的概念，導入新課 教師帶領學生回顧植物激素的概念，引導學生關(guān)注概念中的關(guān)鍵詞，總結(jié)植物激素調(diào)節(jié)生命活動的環(huán)節(jié)：合成、運輸、到達另一部位被細胞感受、在細胞內(nèi)產(chǎn)生一系列的生化反應、最終引起某種生理效應。某些環(huán)節(jié)還會受到環(huán)境因子的影響，例如光影響生長素的運輸，使得激素成為環(huán)境調(diào)節(jié)生理效應的中間介導因子。用流程圖的形式展現(xiàn)這些環(huán)節(jié)（圖1），可為后面的分析作鋪墊。

3.2 以赤霉素為例，領悟生物學中功能研究的思路、方法以及基礎研究在生產(chǎn)上的應用

3.2.1 證明赤霉素具有使植株莖桿伸長的作用

3.2.1.1 根據(jù)研究資料，推測赤霉素能使植株莖桿伸長，嘗試設計實驗證明——雙因子之間的邏輯關(guān)系分析 學生通過閱讀教材中關(guān)于赤霉素發(fā)現(xiàn)史的資料可以推測：植物產(chǎn)生的赤霉素在其正常生命活動中的功能可能是使莖稈伸長。如何證明？教師應引導和總結(jié)生物學中功能研究的一般邏輯思維方法：“因果關(guān)系”分析法。驗證功能，即想知道是否因為它有這樣的功能，所以造成這樣的結(jié)果，這是因果關(guān)系。證明因果關(guān)系應采用“加減法”（“有因有果，無因無果”）。“加”的方式有很多，很簡單的一種就是向植物噴灑赤霉素溶液。如果關(guān)于赤霉素作用的假設是正確的，那么預測噴灑后植株應伸長（假說演繹法的應用，“如果……那么”是其特征句型）。

3.2.1.2 分析研究結(jié)果，得出赤霉素能使植株莖桿伸長的結(jié)論 教師依次出示圖2所示赤霉素促進玉米節(jié)間伸長的相關(guān)實驗，請學生看圖說出實驗結(jié)果。學生首先看到正常植株施以赤霉素后并沒有伸長，與預測矛盾，正欲推翻假設。教師又出示對矮化突變體（某基因缺陷）噴灑GA 使其長高的實驗結(jié)果，啟發(fā)學生思考：①赤霉素能使矮化突變體伸長說明什么？學生分析認為赤霉素應該是有促進伸長的作用。但似乎又出現(xiàn)了矛盾：②為什么對正常植株施以赤霉素沒有伸長？有的學生通過思考能意識到正常植株自身能產(chǎn)生適量的GA促進伸長，額外噴灑不會更有效，因此這個實驗結(jié)果并沒有否定先前推測的GA 的作用。如果學生沒有想到這點，教師可以引導學生回憶剛才提及植物中普遍存在GA，并指出“內(nèi)源”與“外源”激素的概念，植物激素的作用是二者共同作用的結(jié)果。學生常常還會有困惑，根據(jù)生長素作用的“兩重性”，既然內(nèi)源激素是最適量，外源添加不會有抑制作用么？教師正好借機指出不同激素作用特點不同，這也是“多樣性”的體現(xiàn)之一。接著，教師可進一步提問：③突變體為什么矮化？跟赤霉素有何關(guān)系？學生首先會想到突變體影響了GA 的合成，也有學生會回憶起圖1所示的作用環(huán)節(jié)，意識到任何一個環(huán)節(jié)缺陷都會導致矮化。再提問：④如何區(qū)別合成、運輸缺陷和不敏感突變？學生能夠先排除不敏感，因為對矮化突變體添加GA 能恢復表型。學生也能設計實驗區(qū)別前2 種情況，即檢測植株中GA含量。隨后教師出示圖2右圖，引導學生得出結(jié)論：矮化突變體是GA 合成缺陷突變體。

總結(jié)GA 作用：無GA 矮化，加GA 恢復正常，說明正常情況下玉米莖節(jié)的伸長需要GA。

邏輯思維方法總結(jié)：在研究GA 功能的時候，用了加減法。加法可以是添加，減法如何做？總結(jié)前面接觸過的減法：去除某些結(jié)構(gòu)，例如去除胚芽鞘頂端；加抑制劑或酶去除，例如DNA 是遺傳物質(zhì)的證明等。這些方法涉及的變量太多，可以作為初步的實驗。本節(jié)課新學的減法：突變體，是研究激素功能，甚至是生物學功能研究里必不可少的工具。今后還會學習利用轉(zhuǎn)基因的方法進行“加”或“減”。

3.2.1.3 研究的應用價值——農(nóng)業(yè)第1 次綠色革命 教師出示圖片講解，突變體不光是作為研究工具，它本身在生產(chǎn)上有巨大的應用價值。20世紀科學的最重大成就之一就是半矮水稻和小麥的大面積推廣。矮化抗倒伏，使作物產(chǎn)量提高，解決了糧食危機，是農(nóng)業(yè)上的第1 次綠色革命。后來才從分子水平認識到這2 個半矮植株中，一個是GA 合成突變體，一個是GA 的敏感性突變體。這體現(xiàn)了基礎研究的價值與意義。

3.2.2 赤霉素介導環(huán)境因子對植物生命活動的調(diào)節(jié)

3.2.2.1 根據(jù)研究資料，推測低溫通過誘導赤霉素合成促進種子萌發(fā)，并嘗試設計實驗證明——三因子間的復雜邏輯關(guān)系分析 種子的休眠是活種子在適宜的萌發(fā)條件（溫度、水分和氧氣等）下仍不能發(fā)芽的現(xiàn)象，用低溫處理可以使種子提前萌發(fā)。教師提問促使學生思考：低溫條件為什么會促進種子萌發(fā)？在種子內(nèi)部發(fā)生了什么生理變化從而介導環(huán)境和生理效應？教師繼續(xù)提供信息：研究發(fā)現(xiàn)隨著低溫儲藏時間的增加，種子里的赤霉素含量也增加（圖3）。教師請學生聯(lián)想低溫、赤霉素和促進萌發(fā)三者間有什么關(guān)系。學生較易想當然地說出低溫通過誘導赤霉素合成而促進種子萌發(fā)。教師需指出這只是假設，根據(jù)以上提供的資料是不足以得出這個結(jié)論的，因為低溫誘導的“赤霉素”與“種子萌發(fā)”二者間只有“相關(guān)性”，而不是“因果關(guān)系”。需如何設計實驗驗證低溫—赤霉素—種子萌發(fā)這個鏈條成立？學生接著可分析出這個鏈條的前半部分已知，后半部分未知，因此可以在常溫下通過添加赤霉素看是否促進種子萌發(fā)進行驗證。教師又需指出這是一個必要但不充分條件，低溫誘導的是內(nèi)源激素，而設計的實驗是添加外源激素，二者有差別。教師提示學生這其實也是因果關(guān)系驗證，除了加法，減法也是必要的。這時學生常可意識到若假設成立，在無赤霉素的情況下低溫不可以促進種子萌發(fā)。然后教師出示研究結(jié)果，證實假設成立，GA 是一個介導環(huán)境因子的調(diào)節(jié)因素。

3.2.2.2 研究的應用價值 學生分析：可用赤霉素代替低溫打破種子休眠，使生產(chǎn)擺脫自然條件的限制。

總結(jié)研究激素功能的一般思路：第1 步，測定植物內(nèi)源激素的含量變化，根據(jù)相關(guān)性推測有哪種或哪些激素發(fā)揮作用；第2 步，加減法，互相映證，根據(jù)因果關(guān)系確定激素的作用。

3.3 其他植物激素的作用 以上以赤霉素為例詳細介紹了激素的功能及研究方法。其他激素的研究都是采用同樣的思路，因此不再一一展開分析，可以通過教材中的列表簡單介紹各激素的主要功能并過渡到下一環(huán)節(jié)：多種激素相互作用，共同調(diào)節(jié)植物生命活動（略）。

4 教學反思

在生物學教學中，探究不僅僅是實驗的探究，更多的是思維的探究。本節(jié)課以發(fā)展學生核心素養(yǎng)為宗旨設計和組織教學，選取真實的科研素材，有層次、有邏輯地引導學生深入思考，分析復雜的邏輯關(guān)系。學生在這些層次化問題的引導下，邏輯推理能力、實驗設計與分析能力、發(fā)散性思維都得到了有效鍛煉，并再一次實踐了演繹推理的思維方式。本節(jié)課有的地方思維難度比較大，教學中教師也注重了前期的鋪墊與引導，使學生比較容易理解和接受。教學還強調(diào)了科學研究解決生產(chǎn)生活問題、造福人類的社會意義。由于課堂時間限制，教學內(nèi)容中通過閱讀教材或簡單講解就能理解的部分只能略講。本節(jié)教學設計新穎，邏輯性強，詳略得當，在發(fā)展學生論證技能方面效果明顯，提高了學生的思維能力。