“植物的激素調(diào)節(jié)”復習課教學*

姚亭秀 白建秀 趙 越

（1 北京市第八十中學 北京 100102 2 北京市朝陽區(qū)教育研究中心 北京 100102）

“植物的激素調(diào)節(jié)”是人教版高中生物學必修3 第3 章的內(nèi)容。該部分內(nèi)容屬于個體水平的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，揭示了植物適應環(huán)境的重要途徑，反映了植物和動物生命活動調(diào)節(jié)的差異,對學生認識生命系統(tǒng)的整體性和穩(wěn)態(tài),以及穩(wěn)態(tài)與環(huán)境的關系十分重要。學生在復習本部分知識時，常出現(xiàn)知其然、不知其所以然的情況，即學生對于理解個體水平的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)并不困難，但激素調(diào)節(jié)機制卻是分子水平，內(nèi)容微觀、抽象，導致學生在學習時容易浮于表面、沉于記憶、難得要領，對“激素可通過協(xié)同、拮抗等方式共同實現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)”“植物的生長發(fā)育過程，在根本上是基因組在一定時間和空間上程序性表達的結(jié)果”及“其他因素參與植物生命活動的調(diào)節(jié)”等核心概念的形成造成阻礙。為切實提高復習效率、調(diào)動學生學習的興趣和積極性，突出重點、突破難點，教師將真實科研素材引入課堂，采用“任務驅(qū)動，問題解決”的方法，發(fā)揮學生的主體地位，培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力。

1 教學目標

1）從穩(wěn)態(tài)與平衡、適應與進化的觀點，簡述植物激素在調(diào)控種子萌發(fā)過程中量的變化及其意義。

2）通過邏輯推理闡明個人觀點；基于事實和證據(jù)，采用圖示、模型等方式歸納、闡明植物激素調(diào)節(jié)的內(nèi)涵及規(guī)律。

3）基于給定的條件，設計探究脫落酸生理功能的實驗。

4）結(jié)合植物激素和其他因素對植物生命活動的調(diào)節(jié)，嘗試提出指導生產(chǎn)實踐的方案。

2 教學重、難點

1）重點：植物激素通過協(xié)同、拮抗等方式共同實現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)。

2）難點：植物激素對生命活動的調(diào)節(jié)，是基因組在時間、空間上的程序性表達。

3 教學過程

3.1 用經(jīng)典小詩引出課題 教師借達爾文《自然的圣殿》中的小詩“泥漿里行走，水波中穿梭；代代興茂，獲取嶄新力量，無盡的植物萌發(fā)，開啟鰭、足、翼的疆界”［1］。提問：本段小詩描述了一個怎樣的生命過程？該生命過程的意義是什么？利用學生的回答，導出本節(jié)課的研究課題——植物的激素調(diào)節(jié)，并以種子萌發(fā)的調(diào)控切入。

3.2 以模式植物揭示本質(zhì)

環(huán)節(jié)1：觀察現(xiàn)象，回顧基礎知識。教師提供本節(jié)復習課所選擇的實驗材料擬南芥，并對其進行簡要介紹。之后提供培養(yǎng)皿甲（圖1），提出一系列問題：如此復雜卻有序的過程由何種物質(zhì)調(diào)控？你能否用比較規(guī)范的語言描述何為植物激素？NAA 是否屬于植物激素，為什么？回顧已學習的植物激素，它們主要的生理作用是什么？引導學生回顧基礎知識,并以任務1（圖2）檢測學生對相關知識的掌握情況。

圖1 野生型擬南芥種子播種在MS 培養(yǎng)基上第3 天、第5 天的萌發(fā)情況

圖2 連線任務

擬南芥是現(xiàn)代生物學研究最常用的模式植物之一。學生后續(xù)所做的以其為研究對象的實驗探究題、遺傳題數(shù)不勝數(shù)，因此，對擬南芥進行感性和理性2 個角度的初步認識，有利于學生減弱解題時因?qū)Σ牧夏吧a(chǎn)生的畏懼，也為本節(jié)后續(xù)內(nèi)容的分析討論奠定基礎。教師通過有效的設問及任務設計，幫助學生鞏固知識、掃清迷思、建立知識之間的聯(lián)系，化繁為簡。

環(huán)節(jié)2：設計實驗，訓練關鍵能力。利用任務1鞏固基礎知識后，教師提問：你認為哪些植物激素參與種子萌發(fā)的調(diào)控？學生在認同生長素、細胞分裂素、赤霉素參與種子萌發(fā)調(diào)控的同時，疑惑乙烯和脫落酸是否也參與了種子萌發(fā)的調(diào)控。教師適時提出任務2：聚焦脫落酸（ABA），以小組為單位設計實驗，探究ABA 是否參與種子萌發(fā)的調(diào)控（寫出實驗思路，預期實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論）。學生通過討論，從檢測內(nèi)源（圖3 方案1）和改變外源（圖3 方案2）2 個角度設計了探究實驗。

圖3 學生設計方案

教師引導學生從設計思路、組別設置、變量控制、檢測指標選擇、預期結(jié)果分析等角度，對設計的探究實驗進行評價與完善。師生達成共識后，教師出示真實檢測結(jié)果及培養(yǎng)皿乙、丙（圖4）。

圖4 ABA 對擬南芥種子萌發(fā)的影響

學生基于事實和證據(jù)說出：ABA 參與種子調(diào)節(jié)過程，且對種子萌發(fā)起抑制作用。教師追問：種子萌發(fā)是植物周而復始延續(xù)生命的基礎，種子中為何會存在抑制種子萌發(fā)的激素？學生闡述：像ABA 這樣促進種子休眠的激素，利于植物在惡劣環(huán)境下不萌發(fā)，是植物適應性的體現(xiàn)，是植物長期進化的結(jié)果。

科研人員對每一植物生理過程的調(diào)控機理研究，都需要通過實驗的設計、實施、分析等一系列科學探究過程。因此，引導學生設計實驗，既是希望學生從思維層面“親歷科研”，理解科學的本質(zhì)和科學研究方法，又力爭訓練學生的科學探究能力，培養(yǎng)學生的思辨能力和創(chuàng)新能力等科學思維能力。同時，師生共同對學生設計的實驗方案進行評價，既實現(xiàn)了對學生的過程性評價，又調(diào)動了學生的參與度，激發(fā)了學生學習的積極性和熱情。

環(huán)節(jié)3：任務驅(qū)動，落實生命觀念。在學生明確ABA 抑制種子萌發(fā)后，教師進一步提問：ABA是否直接抑制種子萌發(fā)？怎樣進一步研究ABA 是如何調(diào)控種子萌發(fā)過程的？學生提出：尋找ABA合成異常的突變體或萌發(fā)時對外源ABA“感受”異常的突變體開展研究，探究ABA 調(diào)控種子萌發(fā)的信號通路。此時，教師介紹擬南芥缺失突變體pyr1和abi1［3］，并展示相關種子萌發(fā)實驗（圖5），要求學生“用準確語言描述培養(yǎng)皿丁、戊中野生型、突變體pyr1、突變體abi1種子的萌發(fā)情況?！?/p>

圖5 擬南芥突變體abi1 和pyr1 種子萌發(fā)對ABA 的響應情況

學生基于對實驗結(jié)果的觀察，描述實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果，推測并解釋相關生命現(xiàn)象：PYR1蛋白和ABI1 蛋白缺失，會導致2 類突變體的種子無法“感受”到外源高濃度ABA 而正常萌發(fā)，即PYR1 和ABI1 是ABA 調(diào)控種子萌發(fā)信號通路中的重要信號因子。在此基礎上，教師出示資料1、資料2［4-7］及任務3、任務4。

資料1：已有研究表明：脫落酸（ABA）抑制種子的萌發(fā)起始于ABA 受體對ABA 信號的感知，PYR1 蛋白是一種細胞質(zhì)內(nèi)ABA 受體。在有ABA存在的情況下，PYR1 與ABA 結(jié)合，并通過與ABI1 蛋白的直接相互作用，抑制ABI1 的活性，從而解除ABI1 對其下游SnRK 蛋白的抑制，使SnRk 發(fā)生磷酸化，進一步磷酸化細胞核內(nèi)的蛋白質(zhì)ABI5、RAV1，激活的RAV1 直接結(jié)合在ABI3基因的啟動子上，并抑制該基因的表達。胚發(fā)育相關基因FUS3 的表達，可調(diào)控ABI3 的表達，抑制種子萌發(fā)。

任務3：嘗試繪制種子萌發(fā)過程中ABI1、PYR1等蛋白因子參與的脫落酸調(diào)控路徑。

圖6 脫落酸調(diào)控種子萌發(fā)路徑圖

資料2：研究表明，低溫和光均可提高細胞內(nèi)赤霉素的濃度，促進種子萌發(fā)；胚發(fā)育相關基因FUS3的表達抑制赤霉素合成。生長素調(diào)控ARF蛋白的表達，進而促進ABI3 的轉(zhuǎn)錄，促進種子萌發(fā)。乙烯可通過降低細胞內(nèi)部分ABA 信號通路促進種子萌發(fā)。細胞分裂素可影響胚中赤霉素的釋放，促進種子萌發(fā)。

任務4：結(jié)合資料2，進一步完善任務3 中的路徑。學生借助自繪的信號通路圖（圖7）總結(jié)概括：①植物的生長發(fā)育和對環(huán)境變化的適應，是多種激素共同調(diào)節(jié)的結(jié)果；②激素可通過協(xié)同、拮抗等方式共同實現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)；③植物的生長發(fā)育過程，在根本上是基因組在一定時間和空間上程序性表達的結(jié)果；④其他因素（例如光、溫度等）也參與植物生命活動的調(diào)節(jié)；⑤植物激素調(diào)節(jié)貫穿整個植物的生命過程。

圖7 學生繪制的信號通路圖

本環(huán)節(jié)通過引導學生對實驗現(xiàn)象觀察和分析、文本資料閱讀和提煉、信號通路繪制和完善，促使其對認知結(jié)構(gòu)中的知識進行主動綜合和延伸，進而形成清晰的知識脈絡，最終自主揭示“植物的激素調(diào)節(jié)”的本質(zhì)。

3.3 應用于實踐激發(fā)責任 教師提供真實生產(chǎn)實踐所面臨的問題“2017年8月，長江上游地區(qū)雨水偏多，特別是晚上下雨、白天晴天，導致高溫、高濕，很多即將成熟的品種在稻穗上發(fā)芽了”，引導學生應用知識，解決問題，激發(fā)其社會責任意識。

4 教學反思

本教學設計以學生為主體，以擬南芥種子萌發(fā)實驗為素材支持，在夯實基礎知識的同時，利用學習任務引導學生對知識進行重組，并通過設計實驗和實驗結(jié)果分析，培養(yǎng)學生結(jié)合所學知識設計實驗、分析問題、推知結(jié)論的科學思維和科學探究能力，同時關注學生相關生命觀念的形成和社會責任意識的樹立。此外，作為復習課，從嚴謹、科學、簡短、規(guī)范等角度規(guī)范學生的語言表述和書面表述，對學生的閱讀理解和表述能力進行有效訓練，充分提高復習效率。最終促使學生記得住、說得準、寫得出、理得清、思得深、用得上，發(fā)展學生生物學學科核心素養(yǎng)。