基于NOBOOK平臺的“探索生長素類調(diào)節(jié)劑促進插條生根的最適濃度”教學(xué)設(shè)計

張罡 朱曉燕

摘 要 以“探索生長素類調(diào)節(jié)劑促進插條生根的最適濃度”為例，嘗試NOBOOK平臺虛擬實驗輔助教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，落實科學(xué)探究學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 NOBOOK平臺 虛擬實驗 核心素養(yǎng) 生長素類調(diào)節(jié)劑

中圖分類號G633. 91

文獻標(biāo)志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）教學(xué)建議指出：信息技術(shù)的快速發(fā)展為生物學(xué)課堂提供了諸如圖片、視頻、模擬實驗等豐富多樣的教學(xué)資源。教師充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”為代表的教育技術(shù)可在一定程度上減少主動學(xué)習(xí)活動對實驗耗材及相關(guān)場地條件的依賴。教師應(yīng)充分利用這一技術(shù)優(yōu)勢提高教學(xué)效率。NOBOOK虛擬仿真實驗（簡稱NB實驗）平臺正是一款實現(xiàn)《課程標(biāo)準(zhǔn)》這項教學(xué)建議的教學(xué)軟件，學(xué)生可用虛擬的實驗器材、藥品、實驗材料，在NB虛擬實驗室獨立思考、操作，完成實驗即可觀察到實驗結(jié)果。虛擬實驗做為實驗室教學(xué)的輔助手段，提高生物實驗課的教學(xué)效率，利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)?，F(xiàn)以“探索生長素類調(diào)節(jié)劑促進插條生根的最適濃度”為例，進行闡述。

1 教材分析及設(shè)計思路

“探索生長素類調(diào)節(jié)劑促進插條生根的最適濃度”是人教版（2020年版）高中生物《選擇性必修1.穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》（以下簡稱“教材”）第五章第三節(jié)“植物生長調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用”的“探究實踐”中的一個實驗。本章節(jié)學(xué)習(xí)了植物激素作用及在生產(chǎn)生活中應(yīng)用的相關(guān)知識，讓學(xué)生分析并嘗試探索生長素類調(diào)節(jié)劑在生產(chǎn)實踐的應(yīng)用，有利于形成對植物生命活動調(diào)節(jié)方式的整體認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和探究方法。

本節(jié)課借助信息教室的學(xué)生個人計算機終端，以NB虛擬仿真實驗輔助傳統(tǒng)教學(xué)。學(xué)生經(jīng)歷自主設(shè)計實驗、推測實驗結(jié)果、虛擬實驗、討論分析、歸納概括的過程，熟悉實驗操作過程，提高了做生物實驗的熱情和興趣，培養(yǎng)了科學(xué)思維能力。最后，學(xué)生利用課余時間到實驗室真實情境中完成實驗，落實科學(xué)探究核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 學(xué)情分析

學(xué)生己在本章第一節(jié)“植物生長素”學(xué)習(xí)了生長素的發(fā)現(xiàn)歷程，能解釋植物向光性的現(xiàn)象，掌握了生長素的產(chǎn)生、運輸和分布的特點。在必修1的“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗探究中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過設(shè)計實驗的科學(xué)方法，如“控制變量和設(shè)計對照實驗”;又如在“用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響”中學(xué)習(xí)過設(shè)定高、中、低3個pH，如何排除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響等，對確定該實驗的預(yù)實驗生長素有效濃度范圍有啟發(fā)作用。

但是，學(xué)生對探究實驗應(yīng)遵循的原則的理解不全面，實驗過程設(shè)計往往不完整，實驗結(jié)果分析不全面。因此，教師亟需提高學(xué)生實驗操作和探究實驗設(shè)計能力。學(xué)生的好奇心會促使他們想方設(shè)法解決問題，教師要充分發(fā)揮他們的求知欲，鼓勵他們完成實驗的自主探究，得出實驗結(jié)論。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過虛擬實驗?zāi)M真實情境的實驗操作，加深對實驗?zāi)康?、原理的理解，熟悉該實驗的方法和操作步驟。

（2）通過插條生根實驗，探究生長素類調(diào)節(jié)劑促進插條生根的最適濃度，領(lǐng)悟生長素的生理作用特點，樹立理論聯(lián)系實際、學(xué)以致用的思想。

（3）通過分組討論、合作交流，練習(xí)設(shè)計探究實驗的一般方法;提升邏輯思維的嚴(yán)密性。

（4）通過真實實驗，形成尊重客觀事實的思想觀念，養(yǎng)成認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

4 教學(xué)策略

教師引導(dǎo)學(xué)生激疑（提出問題）、設(shè)計方案、分析原理、實施虛擬實驗、真實實驗探究、歸納總結(jié)、并形成知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生熟練掌握科學(xué)探究的過程和實驗方法步驟，加深對知識的理解。教學(xué)流程設(shè)計如圖1所示。

5 教學(xué)過程

5.1 創(chuàng)設(shè)情境，激趣探究

教師展示學(xué)生用水培法培養(yǎng)的綠蘿和小葉桅子插條生根實物，引導(dǎo)學(xué)生思考：放在水培綠蘿瓶中的小葉桅子插條生根，而放在清水中的小葉桅子插條沒有生根。這是為什么呢？學(xué)生根據(jù)己學(xué)知識“生長素相對集中分布在生長旺盛的部位，如胚芽鞘、芽和根頂端的分生組織”，提出假設(shè)：可能有生長素從綠蘿根尖細(xì)胞中出來，促進小葉桅子插條生根？

教師利用學(xué)生親手水培綠蘿時的意外發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的注意力和好奇心，提出問題，為虛擬實驗的探究埋下伏筆。

5.2 激疑導(dǎo)入，設(shè)計方案

教師創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入實驗方案的設(shè)計活動：為探究小葉桅子與綠蘿一起水培更易生根，是否與生長素有關(guān)，我們先學(xué)習(xí)探究的方法，設(shè)計一個“探索生長素類調(diào)節(jié)劑促進插條生根的最適濃度”預(yù)實驗方案。學(xué)生獨立思考實驗方案后，分小組討論，如實驗材料的選擇、預(yù)實驗濃度梯度的確定、單一變量和無關(guān)變量的控制、減少誤差的措施。各小組在討論、展示和評價的過程中修正、相互糾錯，加深理解。

5.3 虛擬操作，掌握方法

每位學(xué)生登錄NB虛擬平臺，依照修改好的預(yù)實驗方案進行虛擬實驗操作。虛擬實驗中將探究的生長素類似物a-萘乙酸濃度范圍定為2-10 ppm，實驗過程如下：①將新剪下的植物枝條分成6組，插入到不同濃度的a-萘乙酸溶液中浸泡24 h;②將浸泡后的枝條取出，置于濾紙上晾干4 h;③將枝條分別插入蒸餾水中，在適宜的環(huán)境中培養(yǎng)，4d后觀察生根情況。實驗過程如圖2所示。

根據(jù)預(yù)實驗的結(jié)果，學(xué)生發(fā)現(xiàn)生長素濃度范圍為2-6 ppm時，生根最多且長。各小組在這個范圍設(shè)計以1 ppm為濃度梯度的正式實驗方案，相互討論、展示和評價，點擊NB虛擬平臺中正式實驗按鈕，進行虛擬操作。實驗過程和結(jié)果如圖3所示。

學(xué)生在虛擬實驗操作過程中，理解實驗原理、方法步驟;理解實驗設(shè)計應(yīng)遵循的單一變量、等量原則和設(shè)置對照的意義;學(xué)會觀察記錄生根情況，對實驗數(shù)據(jù)分析處理的方法，在結(jié)果中尋找進一步正式實驗的濃度范圍。小組的討論和評價可以加深學(xué)生對實驗?zāi)康摹⒃?、方法和操作步驟的理解和熟練程度，提高實驗探究能力，激發(fā)學(xué)生動手操作的實驗熱情。

5.4 分析現(xiàn)象，得出結(jié)論

通過對虛擬實驗中插條生根長度和生根數(shù)量的數(shù)據(jù)分析，學(xué)生都可以得出：本次實驗中促進插條生根的生長素濃度為5 ppm，生長素濃度對促進插條生根具有兩重性。學(xué)生體驗了在正式實驗前先做預(yù)實驗，不僅可以為進一步的實驗摸索條件，也可以檢驗實驗設(shè)計的科學(xué)性和可行性。

教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考實驗數(shù)據(jù)的收集和分析方法：根據(jù)實驗探究的目的，如何收集有說服力的數(shù)據(jù)？怎樣測量統(tǒng)計插條生根長度更準(zhǔn)確？除了測量生根長度和數(shù)量，還有哪些因素也能反映生長素促進生根？

5.5 真實情境拓展探究

在虛擬實驗的基礎(chǔ)上，實驗室提供“2-4滴鈉鹽”粉劑，學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，到實驗室分別進行預(yù)實驗和正式實驗的實際操作，設(shè)計收集實驗數(shù)據(jù)的記錄表，將結(jié)果繪制成曲線圖，并對實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果進行分析、比較。

學(xué)生到實驗室檢驗自己的實驗探究方案，在真實實驗中思考、體驗控制變量的具體處理，對虛擬實驗進行改進，培養(yǎng)了科學(xué)探究能力。真實實驗中枝條生根需要較長的時間，學(xué)生認(rèn)真、嚴(yán)格地配制不同濃度梯度的生長素類似物的濃度，堅持每天換水，定時觀察記錄生根情況，培養(yǎng)了科學(xué)態(tài)度。

6 評價與反思

虛擬實驗幫助學(xué)生掌握實驗的原理、方法與步驟，熟練操作過程，為真實實驗操作過程順利達(dá)成教學(xué)目標(biāo)起到積極作用，有利于落實科學(xué)思維和科學(xué)探究核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。學(xué)生提出為了避免偶然性，在虛擬實驗中各種濃度下的枝條應(yīng)該設(shè)置若干枝，大部分學(xué)生在真實實驗中選擇每組5-10枝，取平均值以減少實驗誤差;控制變量時，還要考慮適宜生根季節(jié)、氣溫、陽光等因素;除了枝條的長勢、帶芽的數(shù)量要基本相同外，在生長素溶液中浸泡時，水分蒸發(fā)可能會導(dǎo)致生長素溶液的濃度上升等;對生根情況的觀察記錄，除了記錄相同時間內(nèi)生根的條數(shù)、生根的長度，還可以增加一個記錄指標(biāo)，記錄最先出根的時間，也能說明促進生根的情況。真實的操作反映出，學(xué)生對等量原則、單一變量原則、無關(guān)變量控制有更進一步的理解;實驗設(shè)計、實驗結(jié)果分析的能力都有明顯提高。學(xué)生在實驗過程中遇到的問題集中在如何配制不同濃度梯度的生長素類調(diào)節(jié)劑溶液，通過討論，能最后運用化學(xué)濃度計算方法解決問題。對個別小組的實驗中生根異常的現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生分析原因，又回到實驗室重新做，真正激發(fā)學(xué)生對生物實驗探究的興趣和信心，培養(yǎng)了學(xué)生一絲不茍的科學(xué)探究態(tài)度和科學(xué)探究素養(yǎng)。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]張小丹.基于NOBOOK虛擬仿真實驗的生物學(xué)教學(xué)[J].中國技術(shù)教育裝備，2019，（7）：46-48.

[3]朱正威，趙占良.普通高中教科書.生物學(xué).選擇性必修1：穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)[M].北京：人民教育出版社，2020.