“莖與運輸作用”一節(jié)的實驗教學(xué)設(shè)計與實施?

周 密 黃薛蓉 王愉鑫

（1成都金蘋果錦城第一中學(xué) 四川成都 610041 2四川省教育科學(xué)研究院 四川成都 610225）

生物學(xué)是一門基于實驗的自然學(xué)科，每一個概念和規(guī)律的構(gòu)建都離不開對事實的觀察與分析。因此，在生物學(xué)教學(xué)中，可通過開展實驗教學(xué)，借助對實驗現(xiàn)象的深度分析，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，幫助學(xué)生構(gòu)建概念系統(tǒng)，促進學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

1 設(shè)計思路

本節(jié)選自北師大版義務(wù)教育生物學(xué)7年級上冊第3單元第5章第5節(jié)“運輸作用”。教材設(shè)置“生物圈中的綠色植物”單元，其中第5章“綠色植物的生活方式”主要闡述綠色植物的代謝活動，包括光合作用、呼吸作用、吸收作用、蒸騰作用和運輸作用等[1]。植物通過吸收作用獲得的水和無機鹽、通過光合作用制造的有機物，需要通過導(dǎo)管和篩管運輸?shù)较鄳?yīng)的部位。植物蒸騰作用、呼吸作用也需要借助運輸作用才能正常進行。因此，遍布植物體的輸導(dǎo)組織，可將整個植物體聯(lián)系起來，使得植物體各器官的分工與協(xié)作能更好地進行。因此，在學(xué)習了光合作用、呼吸作用、吸收作用和蒸騰作用之后，學(xué)生通過對“運輸作用”的學(xué)習，可系統(tǒng)地構(gòu)建“植物是一個統(tǒng)一的整體”的概念。

本節(jié)課，希望學(xué)生通過有意義的觀察和探究活動，構(gòu)建“植物體內(nèi)的輸導(dǎo)組織彼此連接和貫通，形成一個完整的管道系統(tǒng)，運輸水分、無機鹽和有機物養(yǎng)料”這一重要概念，并在學(xué)習過程中感受美、運用美。

基于此，對教材設(shè)置的2個實驗：“觀察莖對水和無機鹽的運輸”和“觀察枝瘤”進行了改進和創(chuàng)新：

1）增設(shè)“制作炫彩鮮花，送給要感謝的人”前置活動。該活動既可作為教學(xué)導(dǎo)入，也可作為幫助學(xué)生構(gòu)建“植物體內(nèi)的輸導(dǎo)組織彼此連接和貫通”的觀察素材，還能滲透情感教育。

2）改進“觀察莖對水和無機鹽的運輸”實驗。設(shè)置了2個分組和1個演示實驗。學(xué)生通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析與總結(jié)，可構(gòu)建“根吸收的水和無機鹽是通過木質(zhì)部的導(dǎo)管運輸?shù)摹钡拇挝桓拍睢?/p>

3）引導(dǎo)學(xué)生對“枝瘤”的形成進行推理，遷移學(xué)習“葉片合成的有機物是通過韌皮部中的篩管運輸?shù)摹边@一次位概念。

2 教學(xué)目標

1）解剖觀察植物莖，辨認莖的主要結(jié)構(gòu)。

2）闡述植物體中水、無機鹽、有機物的運輸途徑。

3）簡述植物輸導(dǎo)組織在植物體中的作用。

4）運用所學(xué)知識解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。

3 教學(xué)重、難點

1）重點：通過解剖觀察植物莖等實驗，闡述植物體中物質(zhì)的運輸途徑。

2）難點：簡述植物體內(nèi)輸導(dǎo)組織彼此連接貫通，形成一個完整的管道系統(tǒng)。

4 教學(xué)過程

4.1 回顧炫彩鮮花制作過程，提問質(zhì)疑 炫彩鮮花是指利用納米染料對白色鮮花進行染色后制作出的花朵。白色的百合、玫瑰、康乃馨、菊花等鮮切花均可作為實驗材料。利用小刀將鮮花的莖從下至上縱剖平分或分為3部分，分別插入不同顏色的染料中，即可制作出多色炫彩鮮花。平分鮮切花的部分莖相對易操作，將平分后的2部分莖分別插入2種顏色的納米染料，可得到雙色花；如果將莖縱剖為3部分，并將3部分分別插入3種顏色的納米染料，則可得到3色花。但僅用小刀將莖三等分不太容易，因為體積越大的部分莖所浸泡的染料沿導(dǎo)管到達花瓣的量會越大，這樣得到的花，3種顏色的分布面積會有差異，并會產(chǎn)生一定的交叉。如果想進行更均衡的等分，可使用專業(yè)的分枝器完成。課前，要求學(xué)生分組制作炫彩鮮花，并拍攝制作視頻及照片備用（圖1）。

課前展示炫彩鮮花，并播放制作視頻。提出問題：為什么插入染料中的是莖，形成的卻是炫彩鮮花？這個問題可引發(fā)學(xué)生的認知沖突，當然，學(xué)生也可能會想到“莖具有運輸作用”。繼續(xù)提問：莖為什么能將染料運到花里？學(xué)生并不能很好地解釋這個問題，但能推測是因為莖里有相應(yīng)的管道承擔運輸作用。這就需要利用實驗提供證據(jù)。

4.2 解剖觀察植物莖，探索水和無機鹽的運輸途徑 本環(huán)節(jié)設(shè)置了2個分組實驗和1個演示實驗：分組解剖并觀察玫瑰莖，分組觀察芹菜中的導(dǎo)管，演示解剖染色后的玫瑰莖并觀察。

首先，學(xué)生可通過對玫瑰莖進行橫切和縱切，辨認玫瑰莖的組成。在實際教學(xué)過程中，學(xué)生能觀察到玫瑰的橫切面由3個部分組成，并能遷移辨認縱切面。借助數(shù)碼顯微鏡，學(xué)生能更好地進行交流。教師可根據(jù)需要補充這3個部分結(jié)構(gòu)的名稱，并強調(diào)樹皮中具有韌皮部。

當學(xué)生構(gòu)建了木本植物莖結(jié)構(gòu)的次位概念后，提出問題：莖的什么結(jié)構(gòu)能運輸染料？學(xué)生會作出各種推測，認為是髓、樹皮的韌皮部或木質(zhì)部。這就需要進行演示實驗：解剖觀察染色后的玫瑰莖。利用平板電腦的投屏功能，學(xué)生能全程觀察實驗操作過程；借助數(shù)碼顯微鏡，學(xué)生能很清晰地觀察到莖內(nèi)的木質(zhì)部被染料染色（圖2），因此，明確運輸染料的是木質(zhì)部。

此時要求學(xué)生觀察導(dǎo)管的模型和顯微照片，介紹導(dǎo)管形成過程：組成導(dǎo)管的細胞是死細胞，這些細胞首尾相連，細胞橫壁和內(nèi)容物消失，形成中空的管道；導(dǎo)管外壁往往有橫紋。在實驗中觀察到染料通過木質(zhì)部的導(dǎo)管運輸，自然界中通過木質(zhì)部導(dǎo)管運輸?shù)氖撬蜔o機鹽。

繼續(xù)提問：植物體中是否只有莖才有導(dǎo)管？

學(xué)生通過觀察“炫彩鮮花”和染色后的芹菜等（圖3）不難發(fā)現(xiàn)，染料通過莖運輸至葉、花等器官；結(jié)合之前所做的解剖觀察果實、種子等實驗，可歸納得出“導(dǎo)管遍布植物體各器官”的結(jié)論。

初步構(gòu)建“木質(zhì)部的導(dǎo)管運輸水和無機鹽”的概念后，進行下一個分組實驗：觀察芹菜中的導(dǎo)管（圖4）。學(xué)生能直接觀察到紅墨水在芹菜導(dǎo)管中的運輸情況。同時，對芹菜的葉柄或莖進行橫切，在數(shù)碼體視顯微鏡下觀察芹菜中導(dǎo)管的分布特點。

對比玫瑰莖的橫切和縱切圖，得出結(jié)論：不同種植物的導(dǎo)管分布存在差異，但都具有運輸水和無機鹽的功能。進一步強化“導(dǎo)管運輸水和無機鹽”的概念。

結(jié)合前期所學(xué)，學(xué)生還能歸納得出導(dǎo)管運輸水和無機鹽的方向通常是從下至上，運輸?shù)膭恿碜杂谡趄v拉力。

通過2次分組和1次演示實驗，學(xué)生能構(gòu)建“根吸收的水和無機鹽是通過木質(zhì)部的導(dǎo)管運輸?shù)摹边@一次位概念。結(jié)合“炫彩鮮花”觀察活動和前期所學(xué)，學(xué)生能歸納總結(jié)“植物體通過導(dǎo)管聯(lián)系在一起”的次位概念。為幫助學(xué)習構(gòu)建“植物是一個整體”的概念作好鋪墊。

4.3 分析枝瘤現(xiàn)象，探析有機物的運輸途徑 繼續(xù)提問：葉光合作用產(chǎn)生的淀粉通過什么結(jié)構(gòu)運輸？學(xué)生可結(jié)合莖的結(jié)構(gòu)進行猜測。

教師進一步介紹科學(xué)家環(huán)剝樹皮實驗，并展示枝瘤實物或圖片，要求學(xué)生基于實證進行分析。學(xué)生根據(jù)切口上方出現(xiàn)膨大的現(xiàn)象推理得出“樹皮能自上而下運輸有機物”。

教師展示樹皮中篩管的圖片，并指出篩管的主要特點：組成篩管的細胞是活細胞，這些細胞首尾相連，細胞與細胞之間有很多孔，稱為篩孔。進而精準地構(gòu)建“葉片合成的有機物是通過韌皮部中的篩管運輸?shù)摹边@一次位概念。

4.4 巧用拓展環(huán)節(jié)，建立概念系統(tǒng) 增加拓展環(huán)節(jié)，展示紅薯、馬鈴薯等植物的營養(yǎng)器官，請學(xué)生辨認它們屬于植物的何種器官，并追問其所儲存的有機物從何而來？學(xué)生能表述這些營養(yǎng)主要是通過葉制造，再通過植物體內(nèi)的篩管運輸?shù)角o、根等器官存儲。此項活動既強化了學(xué)生對“植物體內(nèi)的輸導(dǎo)組織彼此連接和貫通”的理解，又是學(xué)生對剛才所學(xué)知識的一次運用。最后，借助板書進行可視化的歸納概括，幫助學(xué)生進一步構(gòu)建“植物是一個整體”的概念（圖5）。

新課結(jié)束后，開展“炫彩鮮花表感恩”活動，請學(xué)生將制作的炫彩鮮花送給想要感謝的人，既合理處置了實驗材料，又滲透了情感教育。

5 教學(xué)反思

本次課堂教學(xué)實踐，是通過實驗教學(xué)促進概念系統(tǒng)構(gòu)建的一次有意義的探索。

5.1 充分運用實驗教學(xué)實現(xiàn)概念的系統(tǒng)化構(gòu)建，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維 炫彩鮮花制作活動，既鍛煉了學(xué)生的動手能力，又提供了教學(xué)素材。3次觀察實驗，很好地引導(dǎo)學(xué)生在觀察中歸納、從現(xiàn)象中推理和比較，逐步構(gòu)建“莖由樹皮、木質(zhì)部和髓等結(jié)構(gòu)組成”“木質(zhì)部中的導(dǎo)管運輸水和無機鹽”等次位概念。學(xué)生運用相似的學(xué)習方法，借助“枝瘤”現(xiàn)象的實例，遷移推理出“樹皮的韌皮部中的篩管運輸有機物”的次位概念。最后，運用拓展環(huán)節(jié)和板書，促進學(xué)生構(gòu)建“輸導(dǎo)組織遍布植物體”“植物體是一個整體”的概念系統(tǒng)。

這樣的教學(xué)方式，有利于學(xué)生在實驗中充分感知事實，自主思考體悟，并進行深度交流分析，得出結(jié)論，構(gòu)建概念，最終實現(xiàn)融通；也有利于學(xué)生基于實證進行系列思維活動，從而促進科學(xué)思維的發(fā)展。

5.2 在實驗教學(xué)過程中滲透美育，充分發(fā)揮學(xué)科育人功能 本節(jié)課包含了前置活動和后續(xù)活動。通過前置活動制作出的炫彩鮮花非常漂亮，讓學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習過程充分感受學(xué)科之美；在后續(xù)“炫彩鮮花表感恩”活動中，學(xué)生將鮮花贈與家人、教師和學(xué)生，還有學(xué)生在婦女節(jié)，運用所學(xué)再次制作炫彩花感謝母親和教師，達到了潤物無聲滲透感恩教育的效果。

5.3 現(xiàn)代信息技術(shù)的合理運用，確保實驗教學(xué)效果 本次實驗教學(xué)過程中，演示實驗運用了平板電腦的無線投屏技術(shù)，可很好地幫助全體學(xué)生觀察實驗過程；數(shù)碼體視顯微鏡的運用，幫助學(xué)生更清晰地觀察到植物莖的組成結(jié)構(gòu)。切實實現(xiàn)了信息技術(shù)與實驗教學(xué)的深度融合。