“植物激素的調(diào)節(jié)作用機(jī)制”高三復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

溫 娟 王鵬飛 張震南 劉斯璐 遲向向

（北京師范大學(xué)第二附屬中學(xué)未來科技城學(xué)校 北京 102209）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。其中，“科學(xué)探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施及對(duì)結(jié)果的交流與討論的能力［1］?？茖W(xué)探究能力的培養(yǎng)，需要高中生物學(xué)教師在課堂教學(xué)中，著眼于學(xué)生的基本能力和基本素養(yǎng)的實(shí)際，通過創(chuàng)設(shè)問題情境、改進(jìn)教學(xué)方法、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新作業(yè)形式等方式，最大限度地提升學(xué)生科學(xué)探究能力［2］。在2018年的北京卷考試說明中，也明確指出要著重考查學(xué)生獲取新知識(shí)、處理不同形式信息及分析解決實(shí)際問題的能力。如何在復(fù)習(xí)課中提升學(xué)生的科學(xué)探究能力？

本節(jié)課“植物激素的調(diào)節(jié)作用機(jī)制——以赤霉素為例”，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，及分析分子機(jī)制模型圖，自主探究植物激素的調(diào)節(jié)作用機(jī)制，以達(dá)到提升學(xué)生科學(xué)探究能力的目的。

1 教學(xué)分析

1.1 教材分析“植物激素的調(diào)節(jié)作用機(jī)制”是人教版必修3“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”第3 章“植物的激素調(diào)節(jié)”中的內(nèi)容。在高考中，此部分內(nèi)容注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、信息獲取、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、作出推理和判斷等能力的考查，例如2010年、2012年和2014年北京卷的第29 題；同時(shí)，對(duì)植物激素作用機(jī)制圖的理解與分析也在高考中有所考查，例如2016年北京卷的第30 題。因此，在一輪復(fù)習(xí)時(shí)，除了要回顧核心知識(shí)外，還應(yīng)注重能力訓(xùn)練。

1.2 學(xué)情分析 學(xué)生通過對(duì)“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過程”“生長(zhǎng)素的生理作用”進(jìn)行復(fù)習(xí)后，已經(jīng)掌握了植物激素的基本知識(shí)，但對(duì)于植物激素調(diào)節(jié)生命活動(dòng)的機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠深刻。在能力上，學(xué)生具備一定的材料、圖表分析能力，但實(shí)驗(yàn)與探究能力、獲取信息能力仍需提升。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）知識(shí)目標(biāo)：概述植物激素的概念；描述植物激素的作用機(jī)理及不同激素間的關(guān)系。

2）能力目標(biāo)：通過分析問題情境，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息的能力和實(shí)驗(yàn)探究分析的能力；通過讀圖描述植物激素的作用機(jī)理，提高學(xué)生的表述能力和綜合運(yùn)用能力。

3）情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：認(rèn)同多種激素共同調(diào)節(jié)植物的生命活動(dòng)；通過分析科學(xué)探究實(shí)例，認(rèn)同植物激素是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝從而調(diào)節(jié)植物的生命活動(dòng)。

3 教學(xué)重、難點(diǎn)

1）重點(diǎn)：植物激素的概念；通過分析問題情境和植物激素作用機(jī)制圖，理解植物激素的作用機(jī)制。

2）難點(diǎn)：在問題情境下，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析分子機(jī)制模型圖，自主探究植物激素的調(diào)節(jié)作用機(jī)制。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

5 教學(xué)過程

5.1 回顧舊知，引入新課 通過3 個(gè)問題“植物激素是由誰產(chǎn)生的？產(chǎn)生部位就是作用部位嗎？植物激素有什么作用？”以此讓學(xué)生回顧植物激素的概念。植物激素是如何調(diào)節(jié)生命活動(dòng)的？本節(jié)課以赤霉素為例，探究植物激素的生理作用及作用機(jī)理。

5.2 分析實(shí)驗(yàn)，提出問題

展示：生物學(xué)興趣小組研究課題“赤霉素對(duì)小麥種子萌發(fā)的影響”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分別用不同濃度的赤霉素溶液處理相同數(shù)目、大小基本相同的小麥種子，處理2 d 后小麥種子的萌發(fā)情況如圖2。請(qǐng)學(xué)生觀察并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

圖2 “赤霉素對(duì)小麥種子萌發(fā)的影響”實(shí)驗(yàn)結(jié)果

學(xué)生通過觀察結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：隨著赤霉素濃度的增加，小麥種子的萌發(fā)率和胚根的長(zhǎng)度均有所增加，從而得出結(jié)論“赤霉素可以促進(jìn)小麥種子的萌發(fā)”。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察，學(xué)生可以更直觀地體會(huì)到赤霉素的生理功能，并引出問題情境“為什么赤霉素可以促使種子萌發(fā)？”

5.3 依據(jù)資料，推斷分析

資料1：查閱種子萌發(fā)的相關(guān)資料。種子萌發(fā)過程中消耗貯藏物質(zhì)，需要在一系列酶的催化作用下才能進(jìn)行。種子萌發(fā)過程中淀粉的分解主要是在淀粉酶的催化下完成的。研究發(fā)現(xiàn)β-淀粉酶已經(jīng)存在于干燥種子中，而α-淀粉酶不存在或很少存在于干燥種子中，需要在種子萌發(fā)時(shí)重新合成。

思考問題：通過資料分析，猜測(cè)赤霉素促進(jìn)種子萌發(fā)原因。

學(xué)生依據(jù)資料，作出猜想：赤霉素誘導(dǎo)α-淀粉酶的合成。教師進(jìn)一步追問：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明？

學(xué)生進(jìn)行小組討論。教師引導(dǎo)學(xué)生注意無關(guān)變量，要保證條件相同且適宜，同時(shí)注重科學(xué)表述。學(xué)生可表述出：實(shí)驗(yàn)組的小麥種子用一定濃度的赤霉素溶液處理，而對(duì)照組的小麥種子用等量的蒸餾水處理。在α-淀粉酶的檢測(cè)方法上，大部分學(xué)生想到用處理后的種子的提取液處理淀粉溶液，再利用斐林試劑檢測(cè)淀粉是否水解，進(jìn)而確定是否產(chǎn)生了α-淀粉酶。在討論中，部分學(xué)生提出質(zhì)疑：上述方法只能證明產(chǎn)生了淀粉酶，并不能確定是α-淀粉酶。針對(duì)這一問題，學(xué)生進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)：可以通過核酸分子雜交技術(shù)，檢測(cè)是否產(chǎn)生α-淀粉酶的mRNA，或者利用抗原抗體雜交技術(shù)檢測(cè)是否產(chǎn)生了α-淀粉酶。

資料2：Higgins 實(shí)驗(yàn)［3］，檢測(cè)了赤霉素處理種子（10-6mol/L 赤霉素浸泡大麥種子8 h），與未處理種子（蒸餾水浸泡大麥種子8 h）中α-淀粉酶與α-淀粉酶mRNA 合成量，結(jié)果如圖3所示。

圖3 Higgins 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

思考問題：圖a、圖b 分別說明了什么？

圖a 驗(yàn)證了“赤霉素可以促進(jìn)α-淀粉酶合成”的猜想，圖b 進(jìn)一步證明了赤霉素可以誘導(dǎo)α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而促進(jìn)α-淀粉酶的合成。

在上述環(huán)節(jié)中，學(xué)生依據(jù)查閱的資料作出假設(shè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，再通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。同時(shí)，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，結(jié)合材料和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自主完成科學(xué)探究的過程，鍛煉了學(xué)生獲取和整合信息、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和科學(xué)表述等能力。

5.4 分析材料，得出結(jié)論 教師根據(jù)上述結(jié)論，進(jìn)一步提出問題：赤霉素如何誘導(dǎo)α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄？

資料3：MYB 蛋白是真核細(xì)胞中的一類轉(zhuǎn)錄因子，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都有一段保守的氨基酸序列（DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域），能夠和特定的DNA 序列結(jié)合，啟動(dòng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。研究發(fā)現(xiàn)，α-淀粉酶基因的啟動(dòng)子中的一段序列，與MYB 蛋白能特異結(jié)合的DNA 序列很相似，如圖4所示。

圖4 MYB 蛋白功能示意圖

思考問題：MYB 蛋白的功能是什么？是否能類比推測(cè)MYB 與α-淀粉酶基因有何關(guān)系？

學(xué)生類比推測(cè)：MYB 蛋白可以啟動(dòng)α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄。

資料4：Gubler 用赤霉素處理種子后，每間隔一段時(shí)間，提取種子的mRNA，分別檢測(cè)MYB 的基因與α-淀粉酶基因的相對(duì)轉(zhuǎn)錄水平［4］，結(jié)果如圖5所示。

圖5 Gubler 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

思考問題：α-淀粉酶的mRNA 與MYB 的mRNA 之間有什么關(guān)系？

學(xué)生通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)α-淀粉酶的mRNA 的產(chǎn)生是受MYB 的mRNA 影響的。進(jìn)一步推斷：α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄受到MYB 蛋白的調(diào)控。

在上述環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過資料3 的信息，類比MYB 蛋白調(diào)控的基因序列與α-淀粉酶基因序列，可推斷出MYB 蛋白可以啟動(dòng)α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄，同時(shí)鍛煉了學(xué)生類比推理的科學(xué)思維。通過分析資料4，可證實(shí)α-淀粉酶的mRNA 的產(chǎn)生是受MYB 的mRNA 影響的，為上一推測(cè)提供了有力證據(jù)，從而推斷α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄受到MYB 蛋白的調(diào)控。在此過程中，學(xué)生的讀圖能力、邏輯思維能力得到訓(xùn)練。5.5 模型分析，探明機(jī)制 回顧前2 個(gè)環(huán)節(jié)得到的結(jié)論，赤霉素可以誘導(dǎo)α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄，而α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄受到MYB 蛋白的調(diào)控。赤霉素、MYB 蛋白、α-淀粉酶三者有何關(guān)系？

資料5：赤霉素誘導(dǎo)產(chǎn)生α-淀粉酶的分子機(jī)制模型（圖6）。

圖6 赤霉素誘導(dǎo)α-淀粉酶合成的分子機(jī)制

思考問題：

1）GID1 的作用是什么？

2）①、②、③代表事件發(fā)生的先后順序，請(qǐng)分析DELLA 與MYB 基因的轉(zhuǎn)錄有何關(guān)系？

3）MYB 基因與α-淀粉酶基因轉(zhuǎn)錄之間有何關(guān)系？

4）用文字和箭頭表示赤霉素誘導(dǎo)α-淀粉酶的分子機(jī)制。

學(xué)生分組討論，逐一解答問題，一步步構(gòu)建赤霉素誘導(dǎo)α-淀粉酶合成的分子機(jī)制，并用文字和箭頭表示為“GA+GID1→DELLA 降解→MYB→α-淀粉酶”。

教師補(bǔ)充講述：GA 與GID1 結(jié)合后引起GID1構(gòu)象變化，DELLA 與GA-GID1 復(fù)合體結(jié)合后，其構(gòu)象也發(fā)生變化。DELLA 結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化誘導(dǎo)了GRAS 結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化，進(jìn)而引起DELLA 的降解（圖7）。

圖7 GA 與GID1、DELLA 結(jié) 合 過 程［6－7］

以赤霉素的作用機(jī)制為例，師生共同總結(jié)出植物激素的作用機(jī)制：植物激素通過與受體結(jié)合激活相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝，進(jìn)而起到調(diào)節(jié)植物生命活動(dòng)的作用。

5.6 拓展提升，整體認(rèn)識(shí)

資料6：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，脫落酸（ABA）可以抑制MYB 基因的表達(dá)，同時(shí)可激活A(yù)BI5 基因的表達(dá)，而ABI5 蛋白可激活種子中脫落酸介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致種子休眠。細(xì)胞分裂素（CK）可以激活A(yù)RRs 基因的表達(dá),從而抑制ABI5 基因的轉(zhuǎn)錄水平，解除種子休眠，使種子進(jìn)入萌發(fā)狀態(tài)［5］（圖8）。

圖8 植物激素ABA、GA、CK 調(diào)控種子萌發(fā)的相互關(guān)系

思考問題：3 種激素對(duì)于種子萌發(fā)分別有什么影響？3 種激素的作用關(guān)系如何？

師生共同總結(jié)：植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段都是多種激素共同調(diào)控的結(jié)果。

通過分析3 種激素在種子萌發(fā)過程中發(fā)揮的作用，使學(xué)生認(rèn)同植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段都是多種激素共同調(diào)控的結(jié)果，訓(xùn)練學(xué)生綜合分析文字、圖表等不同形式信息的能力。

6 教學(xué)反思

1）創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)探究意識(shí)。為了提升學(xué)生的科學(xué)探究能力，首先要激發(fā)學(xué)生的探究意識(shí)，調(diào)動(dòng)其探究興趣，教師需創(chuàng)設(shè)貼切的、有層次的問題情境。在復(fù)習(xí)課中，問題情境最好是脫離教材的新情境，以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。問題情境的來源有很多，可基于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)問題情境，例如本節(jié)課根據(jù)生物學(xué)興趣小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引出了“赤霉素如何促進(jìn)種子的萌發(fā)?”這一問題；還可聯(lián)系前沿的科學(xué)研究實(shí)例創(chuàng)設(shè)問題情境，例如在復(fù)習(xí)動(dòng)物細(xì)胞工程時(shí)，可聯(lián)系我國(guó)克隆猴的研究成果創(chuàng)設(shè)情境；問題情境亦可來自生活中的常見現(xiàn)象。

2）縝密邏輯思維，注重探究過程。任何科學(xué)結(jié)論的得出都需要依據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，且各種證據(jù)之間存在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系。教師需要梳理出證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生逐步進(jìn)行探究，其中最好的方法就是設(shè)計(jì)層次分明的問題串。本節(jié)課以探究赤霉素作用的分子機(jī)理為主線，設(shè)計(jì)了層層遞進(jìn)的問題：為什么赤霉素可以促使種子萌發(fā)？赤霉素為什么能誘導(dǎo)α-淀粉酶的合成？赤霉素如何誘導(dǎo)α-淀粉酶基因的轉(zhuǎn)錄？赤霉素誘導(dǎo)產(chǎn)生α-淀粉酶的分子機(jī)制是什么？從而引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象到機(jī)理、從宏觀到微觀進(jìn)行探究。

3）改進(jìn)教學(xué)方法，鼓勵(lì)自主探究?；诳茖W(xué)探究能力培養(yǎng)的課堂需要發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，營(yíng)造民主、開放的課堂氛圍可激發(fā)學(xué)生的思維。一方面，教師提出的思考問題應(yīng)具有開放性，例如“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明赤霉素能夠誘導(dǎo)α-淀粉酶的合成？”通過思考、討論，學(xué)生可提出不同實(shí)驗(yàn)思路，并對(duì)其他學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思路提出質(zhì)疑或建議，最終達(dá)成共識(shí)。另一方面，課堂教學(xué)組織形式應(yīng)該是開放的，可通過小組合作探究、分組競(jìng)賽等多種教學(xué)方式，給予學(xué)生充分思考和發(fā)表個(gè)人觀點(diǎn)的機(jī)會(huì)，真正實(shí)現(xiàn)由“教師教”到“學(xué)生學(xué)”的轉(zhuǎn)變。