“生長(zhǎng)素的生理作用”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

殷 躍

（北京市廣渠門中學(xué) 北京 100062）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出教學(xué)過程重實(shí)踐。“生長(zhǎng)素的生理作用”一節(jié)的概念形成是建立在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，因此本節(jié)課在設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí)更重視引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，通過探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，加深概念理解，發(fā)展科學(xué)思維，體現(xiàn)生物學(xué)科本質(zhì)。

1 背景分析

1.1 教材分析 “生長(zhǎng)素的生理作用”是人教版高中生物學(xué)教材《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第3 章“植物的激素調(diào)節(jié)”第2 節(jié)的內(nèi)容，是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求“教學(xué)過程重實(shí)踐”及核心素養(yǎng)體系“倡導(dǎo)科學(xué)探究，發(fā)展科學(xué)思維”進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)施的，是對(duì)第1 節(jié)“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”中“生長(zhǎng)素能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)”這一概念的完善和提升，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)生長(zhǎng)素的生理作用具有兩重性，為后續(xù)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐奠定理論基礎(chǔ)，滲透穩(wěn)態(tài)和平衡觀。

本節(jié)課在教材中關(guān)于“揭示生長(zhǎng)素在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)時(shí)表現(xiàn)出兩重性”“不同器官對(duì)生長(zhǎng)素的反應(yīng)敏感程度不一樣”的文字描述和模式圖概括性強(qiáng)，內(nèi)容很抽象，并且教材給出的活動(dòng)建議僅“探究生長(zhǎng)素對(duì)生根的作用”。所提及的教材內(nèi)容和活動(dòng)建議不能讓學(xué)生充分理解概念，所以筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新，幫助學(xué)生參與到構(gòu)建概念的過程中。

1.2 學(xué)情分析 學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前已知生長(zhǎng)素能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，掌握了探究實(shí)驗(yàn)的基本流程，會(huì)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行描點(diǎn)作圖，但對(duì)抽象概念缺乏感性認(rèn)識(shí)，描述結(jié)論的能力和利用數(shù)學(xué)方法解決生物學(xué)問題的意識(shí)較弱。

1.3 設(shè)計(jì)思路 本節(jié)課首先以生活實(shí)例、園藝花卉造型設(shè)計(jì)和科研現(xiàn)象入手，引導(dǎo)學(xué)生大膽推測(cè)植物的向性生長(zhǎng)特點(diǎn)，并嘗試進(jìn)行解釋。然后設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生將感性的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，再利用數(shù)學(xué)方法將數(shù)據(jù)抽象成數(shù)學(xué)模型，主動(dòng)構(gòu)建重要概念，幫助學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，提高實(shí)踐能力，將所學(xué)生物學(xué)知識(shí)，運(yùn)用到解決生產(chǎn)生活問題中，逐漸形成穩(wěn)態(tài)和平衡觀。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）認(rèn)同植物個(gè)體通過一定的調(diào)節(jié)機(jī)制保持穩(wěn)態(tài)，適應(yīng)環(huán)境。

2）分析生長(zhǎng)素作用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，繪制模式圖，揭示生長(zhǎng)素在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)時(shí)表現(xiàn)出兩重性。

3）對(duì)植物的生長(zhǎng)現(xiàn)象作出假設(shè)，小組合作設(shè)計(jì)并實(shí)施可行性探究方案，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量、多角度比較分析，以及數(shù)據(jù)的再處理。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果展開討論，總結(jié)規(guī)律。

4）利用生長(zhǎng)素的生理作用規(guī)律對(duì)園藝生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出科學(xué)方案。

3 教學(xué)過程

3.1 認(rèn)知沖突，提出假設(shè) 教師出示水培花卉，分析雖然因造型原因植物的主體形態(tài)向背光側(cè)傾斜，但是新生的莖、芽卻是向光生長(zhǎng)，引導(dǎo)學(xué)生回顧莖向光性是如何形成的？進(jìn)一步推測(cè)根的生長(zhǎng)方向并說明理由。通過揭示“根背光生長(zhǎng)的事實(shí)”，以及出示科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，即用單側(cè)光照射水稻根，發(fā)現(xiàn)根的生長(zhǎng)確實(shí)具有背光性，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，嘗試解釋根為什么會(huì)背光生長(zhǎng)，提出假設(shè)，訓(xùn)練其提出問題的能力。

3.2 實(shí)驗(yàn)探究，構(gòu)建概念 依據(jù)假設(shè)，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)。在“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”一課結(jié)束后，學(xué)生已知“生長(zhǎng)素能促進(jìn)生長(zhǎng)”，但未涉及濃度問題。為了便于探究實(shí)驗(yàn)的開展，筆者先組織課外小組學(xué)生進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)確定了NAA 實(shí)驗(yàn)濃度閾值，篩選出單子葉植物小麥和雙子葉植物鳳仙花的種子作為實(shí)驗(yàn)材料。在探究實(shí)驗(yàn)中，按照NAA 濃度梯度從0～10-2mol／L 進(jìn)行了分組實(shí)驗(yàn)，將全班分成14 個(gè)組，每組使用一個(gè)濃度的NAA 分別處理小麥和鳳仙花種子，定期進(jìn)行全班觀察，分組測(cè)量小麥的根、芽、鳳仙花的根和下胚軸長(zhǎng)度并處理數(shù)據(jù)。通過觀察和對(duì)比各組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出生長(zhǎng)素作用特點(diǎn)的合理假設(shè)；從“NAA 濃度對(duì)植物生長(zhǎng)的影響”“同種植物不同器官（部位）對(duì)NAA 的敏感性差異”“單雙子葉植物對(duì)NAA 的敏感性差異”3 個(gè)角度對(duì)全班大數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型；通過不同實(shí)驗(yàn)材料的反復(fù)實(shí)驗(yàn)及查閱分析科研資料，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)修正，繪制模擬曲線并闡釋生長(zhǎng)素作用的普遍規(guī)律。

3.2.1 第1 個(gè)分析角度：NAA 濃度對(duì)植物生長(zhǎng)的影響 在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從提供的小麥種子和鳳仙花種子若干、直尺、不同濃度的NAA、恒溫箱等實(shí)驗(yàn)材料器具中進(jìn)行選擇和補(bǔ)充，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，明確變量（表1）。學(xué)生先對(duì)全班實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行感性觀察和對(duì)比（圖1），然后呈現(xiàn)量化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步分析生長(zhǎng)素的作用，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素既能促進(jìn)生長(zhǎng)又能抑制生長(zhǎng)（表2），引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)方法處理數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)，掌握曲線分析的一般方法（圖2），結(jié)合目前已研究的生長(zhǎng)素對(duì)于其他植物的生理作用研究結(jié)果［1-2］，得出生長(zhǎng)素作用表現(xiàn)兩重性的普遍規(guī)律。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：探究生長(zhǎng)素對(duì)植物不同器官的作用

圖1 不同NAA 濃度處理后小麥種子和鳳仙花種子的萌發(fā)情況（出示部分處理結(jié)果）

表2 實(shí)驗(yàn)第7 天時(shí)的平均長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果（單位：mm）

3.2.2 第2 個(gè)分析角度：同種植物不同器官（部位）對(duì)NAA 的敏感性差異 此環(huán)節(jié)的處理引入了增長(zhǎng)率的概念（見圖2注），以消除因器官差異造成的數(shù)據(jù)差異，便于將同種植物不同部位對(duì)生長(zhǎng)素的響應(yīng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)在一張坐標(biāo)紙上。在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上，確定自變量。經(jīng)過前面環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生很自然地遷移到將之前所做的相關(guān)曲線重疊（圖3），并進(jìn)行比較，小組探討比較方法，進(jìn)一步練習(xí)曲線分析的一般方法，嘗試?yán)L制擬合曲線。通過補(bǔ)充分析科研資料［4-10］，最終得出結(jié)論“不同器官對(duì)生長(zhǎng)素的敏感性不同，根＞芽＞莖”。

圖2 描點(diǎn)作圖，分析曲線

圖3 小麥和鳳仙花不同器官（部位）對(duì)生長(zhǎng)素敏感性比較

3.2.3 第3 個(gè)分析角度：不同植物對(duì)NAA 的敏感性差異（圖4） 基于學(xué)生在前面2 個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，此環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)處理和模擬曲線的繪制很容易完成。通過分析圖4，學(xué)生得出雙子葉植物鳳仙花比單子葉植物小麥對(duì)生長(zhǎng)素更敏感，再通過補(bǔ)充分析研究資料［10］，學(xué)生概括出“不同植物對(duì)生長(zhǎng)素的敏感性不同，雙子葉植物＞單子葉植物”。

圖4 單子葉植物小麥和雙子葉植物鳳仙花對(duì)生長(zhǎng)素的敏感性比較

整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程，從多個(gè)角度分析，全員參與，將抽象的教材文字轉(zhuǎn)化成具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再利用數(shù)學(xué)方法抽象出生物學(xué)規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)形成概念，認(rèn)同普遍規(guī)律，既提高探究能力，又發(fā)展了利用數(shù)學(xué)方法解決生物學(xué)問題的科學(xué)思維方式。

3.3 解釋現(xiàn)象，形成觀念 利用所得規(guī)律分析解決根背光生長(zhǎng)的問題。基于生長(zhǎng)素作用的模型，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測(cè)在重力作用下，橫臥萌發(fā)的種子其根、芽的生長(zhǎng)方向，說明理由和意義。

回歸課堂導(dǎo)入的問題，學(xué)生理解生長(zhǎng)素作用的兩重性調(diào)節(jié)植物生命活動(dòng)，適應(yīng)環(huán)境，進(jìn)一步形成穩(wěn)態(tài)和平衡觀。

4 教學(xué)反思

1）重視提高科學(xué)探究能力，重視科研體驗(yàn)，關(guān)注學(xué)生的科研能力獲得。本節(jié)課訓(xùn)練學(xué)生篩選、處理實(shí)驗(yàn)材料的能力，通過分組合作完成實(shí)驗(yàn)分析、設(shè)計(jì)、修改，逐步完善實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和收集。將感性的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)并解釋數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行交流討論，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建重要概念“生長(zhǎng)素的生理作用具有兩重性”。

2）建立思維方法，為后續(xù)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。學(xué)生通過前2 節(jié)課對(duì)于生長(zhǎng)素調(diào)節(jié)植物生命活動(dòng)的學(xué)習(xí)，掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，發(fā)展了科學(xué)思維。利用數(shù)學(xué)方法將數(shù)據(jù)抽象成數(shù)學(xué)模型，闡釋生長(zhǎng)素的生理作用特點(diǎn)，初步形成了植物體通過激素調(diào)節(jié)維持穩(wěn)態(tài)的生物學(xué)概念、穩(wěn)態(tài)與平衡觀的生命觀念，并能提出生產(chǎn)實(shí)踐方案。

3）善用小組合作，精選實(shí)驗(yàn)材料，巧用硫酸紙。本節(jié)課通過預(yù)實(shí)驗(yàn)篩選小麥和鳳仙花的種子作為實(shí)驗(yàn)材料，面對(duì)龐大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，巧妙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分割和匯合，一次實(shí)驗(yàn)從3 個(gè)角度分析，發(fā)現(xiàn)普遍規(guī)律和特殊性，提高實(shí)驗(yàn)效率，體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)。還巧妙地使用了透明的硫酸紙作為描點(diǎn)坐標(biāo)紙，幫助學(xué)生將不同的曲線進(jìn)行覆蓋分析，對(duì)比清晰。