劉明

摘 要 以“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”為例，闡述了符合學(xué)生認(rèn)知水平的問題串為教學(xué)支架，重現(xiàn)科學(xué)家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的邏輯思維過程；在這一過程中幫助學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的、觀察現(xiàn)象、推導(dǎo)結(jié)論。

關(guān)鍵詞 建構(gòu)主義 支架式教學(xué) 問題設(shè)置 生長素

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

支架式教學(xué)是在建構(gòu)主義教學(xué)理念下，以“最近發(fā)展區(qū)”理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種教學(xué)模式?！盀閷W(xué)習(xí)者建構(gòu)知識提供合理有效的概念框架”是支架式教學(xué)的核心內(nèi)容。教師的首要任務(wù)是充分了解學(xué)習(xí)者已有知識水平、理解能力，然后把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，最終把學(xué)習(xí)者的理解逐步引向深入。概念框架即支架的設(shè)置是支架式教學(xué)的核心。支架既要符合授課學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的特征，又要能夠幫助學(xué)生自主構(gòu)建知識能力體系，以達(dá)到更高的潛在發(fā)展水平。支架具體的形式有范例支架、問題支架、建議支架、工具支架、圖表支架等。以高中生物“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”一課為例，淺析如何構(gòu)建合理有效的問題支架。

1 教材分析

“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”一課出自人教版生物必修三第三章第一節(jié)，主要教學(xué)內(nèi)容是生長素發(fā)現(xiàn)的4個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。隨著4個(gè)實(shí)驗(yàn)的依次推進(jìn)，逐步證明了植物激素生長素的存在，并解釋生長素的合成、運(yùn)輸、作用部位等一系列問題。學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)是充分理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的、準(zhǔn)確分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、合理推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。每個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)都凝聚著科學(xué)家的智慧和多年心血，學(xué)生要在40 min內(nèi)真正理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，體會實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性存在一定的困難。因此本節(jié)的授課形式采用支架式教學(xué)，由教師搭建合理的支架，幫助學(xué)生構(gòu)建新的知識、能力體系。本節(jié)課以問題支架形式為主，輔助以范例和圖表的支架。

2 學(xué)情分析

2.1 知識水平

通過學(xué)習(xí)第二章“動(dòng)物和人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)”，學(xué)生已經(jīng)明確生命活動(dòng)是需要調(diào)節(jié)的，并且動(dòng)物的調(diào)節(jié)方式有神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液（激素）調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)。這對學(xué)習(xí)植物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)有很好的參考和借鑒。結(jié)合初中生物知識和生活常識，學(xué)生知道植物沒有神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，因此很容易接受激素調(diào)節(jié)為植物生命活動(dòng)的主要調(diào)節(jié)方式。學(xué)生也都觀察過植物的向性運(yùn)動(dòng)，如向光性、根的向地性等，知道向性運(yùn)動(dòng)就是植物對外界環(huán)境的適應(yīng)性，即植物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)的具體表現(xiàn)，但卻不知道其內(nèi)在的原因。這也是激發(fā)學(xué)生求知欲，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的良好切入點(diǎn)。

2.2 能力水平

經(jīng)過高中必修一和必修二的學(xué)習(xí)，學(xué)生對“生物是實(shí)驗(yàn)學(xué)科”的認(rèn)知已經(jīng)根深蒂固。他們也學(xué)習(xí)過很多經(jīng)典的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，具備一定的觀察分析歸納能力。但是本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)有4個(gè)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)且巧妙，因此學(xué)生要在教師的引導(dǎo)下，準(zhǔn)確到位地分析實(shí)驗(yàn)、領(lǐng)悟到實(shí)驗(yàn)精髓。從這節(jié)課中學(xué)生學(xué)習(xí)到的實(shí)驗(yàn)方法、感悟到的科學(xué)思維過程，將會極大提升其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ閷?shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ倪M(jìn)一步發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識目標(biāo)

能概述生長素發(fā)現(xiàn)的過程；準(zhǔn)確說出植物向光生長的原因。

3.2 能力目標(biāo)

通過分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，學(xué)會分析、評價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

通過學(xué)習(xí)生長素的發(fā)現(xiàn)過程，能感受到科學(xué)探索的艱辛，體會科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

4 教學(xué)過程

4.1 導(dǎo)入

教師提出問題，以導(dǎo)入新課：動(dòng)物能對外界刺激發(fā)生反應(yīng)，植物也能對外界刺激發(fā)生反應(yīng)嗎？植物對外界刺激發(fā)生反應(yīng)的這種能力對其生存有意義嗎？

導(dǎo)入分析：學(xué)生剛學(xué)完動(dòng)物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)，已明確面對外界的刺激，動(dòng)物有神經(jīng)-體液-免疫的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。同樣，面對外界的刺激，植物自然也會有反應(yīng)，調(diào)節(jié)自身的生命活動(dòng)以保證正常的生存。導(dǎo)入過程中使用的兩個(gè)問題，學(xué)生都能輕松得答出，設(shè)置目的是幫助學(xué)生領(lǐng)悟生命調(diào)節(jié)的意義，更有助于學(xué)生理解各種生命活動(dòng)調(diào)節(jié)的方式。同時(shí)，在思考第一個(gè)問題時(shí)，學(xué)生必須充分調(diào)動(dòng)已有知識和經(jīng)驗(yàn)，對向性運(yùn)動(dòng)的意義和原因加以思考，過程中會產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知和探索的欲求。

4.2 達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程

4.2.1 植物向光生長

教師提出問題：① 植物在單側(cè)光照射下彎向光源，是向光側(cè)和背光側(cè)的什么不同造成的？

② 兩側(cè)一起生長，向光側(cè)表面積為什么小，背光側(cè)表面積為什么大？

分析：達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)起源于對植物向光生長的研究。學(xué)生對向光性的認(rèn)知僅僅停留在知道這一現(xiàn)象的層次。明確向光性與植物兩側(cè)生長的關(guān)系是首先必須解決的問題。教師通過問題①幫助學(xué)生將向光生長的直接原因落到“向光側(cè)”和“背光側(cè)”的不同上；通過問題②，使學(xué)生明確彎曲的直接原因，引出以下所有科學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的——找出兩側(cè)不均勻生長的原因。同時(shí)教師借助圖片信息，幫助學(xué)生了解達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的材料——胚芽鞘。

4.2.2 達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的具體過程

教師展示1880達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的示意圖（圖1），并提出問題：

① 對比1、2組，尖端和生長可能會有什么關(guān)系？

② 胚芽鞘生長部位在哪里？（給出事實(shí)：胚芽鞘上畫垂直的豎線，若干小時(shí)后，尖端下部直線的顏色變淺，但尖端上的直線依然保持原狀）

③ 尖端和生長有什么關(guān)系？

④ 分析3、4組，錫箔紙分別罩上尖端和下部的目的是什么？

⑤ 描述單側(cè)光、胚芽鞘尖端、尖端下部與向光生長的關(guān)系。

分析：達(dá)爾文的向光性實(shí)驗(yàn)有4組，學(xué)生不容易找到不同組之間的單一變量，不能確定進(jìn)行比較的組別。問題①指引學(xué)生將分析重點(diǎn)放在1組和2組，學(xué)生通過觀察兩組的設(shè)置，很容易就能確定單一變量，進(jìn)而得出答案。但此時(shí)學(xué)生的困惑是2組破壞了胚芽鞘結(jié)構(gòu)的完整性，胚芽鞘自然不會生長。因此，教師通過圖片展示畫線胚芽鞘生長情況的事實(shí)，旨在明確植物生長的部位。此時(shí)通過問題①和問題②的引導(dǎo)，學(xué)生的邏輯思維是“尖端不直接生長，但切除尖端整個(gè)胚芽鞘不生長，說明尖端和生長有關(guān)系，那這個(gè)關(guān)系只能是促進(jìn)生長”。因此，問題③的答案就已呼之欲出。問題④指引學(xué)生將分析重點(diǎn)放在3組和4組，找出感光的部位。問題⑤是對達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的總結(jié)。此時(shí)學(xué)生已能理解達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)，但很難理解4組實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系，也不能準(zhǔn)確說出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。通過問題⑤中關(guān)鍵詞的引領(lǐng)，學(xué)生均能在自己理解的基礎(chǔ)上主動(dòng)歸納出達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。

4.3 詹森實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程

教師展示1910年的詹森實(shí)驗(yàn)的示意圖（圖2），并提出問題：

① 胚芽鞘結(jié)構(gòu)的完整性是否是生長必需？

② 用能透過物質(zhì)的瓊脂塊隔開尖端和尖端下部的目的是什么？

③ 切口上僅放瓊脂塊的目的是什么？

④ 用不能透過物質(zhì)的云母隔開尖端和下部的目的是什么？

⑤ 對比3組實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論？

分析：達(dá)爾文根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出了自己對向光性的解釋，但卻沒說明“影響”是什么。詹森實(shí)驗(yàn)的目的即探究這一“影響”是否為“物質(zhì)”。詹森實(shí)驗(yàn)中第一組的結(jié)果徹底消除了部分學(xué)生對于胚芽鞘結(jié)構(gòu)完整性與生長的困惑。問題①幫助學(xué)生明確“切除尖端，但只要尖端對下部的影響在，胚芽鞘依然能夠生長”。接下來問題②和問題④幫助學(xué)生從瓊脂和云母片的區(qū)別去思考設(shè)置第1組和第三組的目的。問題③則幫助學(xué)生分析設(shè)置空白實(shí)驗(yàn)的目的。問題⑤是對詹森實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和歸納。綜上，通過這些問題，學(xué)生不僅能理解詹森實(shí)驗(yàn)，明確這種影響很可能就是物質(zhì)，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生對空白實(shí)驗(yàn)、對比實(shí)驗(yàn)的分析能力。

4.4 拜爾實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程

教師展示1914年的拜爾實(shí)驗(yàn)的示意圖（圖3），并提出問題：

① 尖端放在切口左側(cè)，理論上胚芽鞘哪一側(cè)分布的物質(zhì)多？

② 光有沒有可能影響物質(zhì)分布？

③ 為了排除無關(guān)變量的干擾，實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在什么環(huán)境下進(jìn)行？

④ 胚芽鞘彎向右側(cè)生長，說明哪一側(cè)生長快？

⑤ 胚芽鞘左側(cè)有某種物質(zhì)，長得快；右側(cè)沒有物質(zhì)，長得慢，說明這種物質(zhì)的作用是什么？

⑥ 怎么用以上實(shí)驗(yàn)的結(jié)論來解釋胚芽鞘向光彎曲生長？

分析：拜爾實(shí)驗(yàn)的核心是把外因單側(cè)光轉(zhuǎn)化為內(nèi)因即“物質(zhì)的不均勻分布”。學(xué)生理解該實(shí)驗(yàn)有以下困難：① 尖端放在左側(cè)和右側(cè)究竟給胚芽鞘帶來的影響是什么？② 實(shí)驗(yàn)為什么在黑暗環(huán)境下進(jìn)行？教師設(shè)置的上述6個(gè)問題依據(jù)學(xué)生的思維能力，逐漸引導(dǎo)學(xué)生突破理解的瓶頸。問題①引導(dǎo)學(xué)生把放置尖端的位置與物質(zhì)多少聯(lián)系在一起；問題②是問題③的鋪墊，搭建支架幫助學(xué)生分析設(shè)置黑暗環(huán)境的原因；問題④和問題⑤是該實(shí)驗(yàn)的核心，幫助學(xué)生理清物質(zhì)（多、少）與生長（快、慢）的關(guān)系，理順“尖端放置位置→下部物質(zhì)多少→下部生長快慢”的邏輯關(guān)系；問題⑥回歸實(shí)驗(yàn)的目的“植物向光性生長的原因”，明確了單側(cè)光給胚芽鞘的直接影響及這個(gè)影響導(dǎo)致植物向光生長的過程。如此，利用這六個(gè)問題學(xué)生不僅突破了實(shí)驗(yàn)設(shè)置的兩大難題，同時(shí)也理解了該實(shí)驗(yàn)和研究植物向光生長之間的聯(lián)系。

4.5 溫特實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程

教師展示1928年的溫特實(shí)驗(yàn)的示意圖（圖4），并提出問題：

① 瓊脂塊在本組實(shí)驗(yàn)中起到什么作用？

② 設(shè)置第一組實(shí)驗(yàn)的目的？

③ 設(shè)置第二組實(shí)驗(yàn)的目的？

④ 第三組實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)的作用是什么？

⑤ 3、4、5組實(shí)驗(yàn)說明彎曲生長的原因是什么？

⑥ 試著說出植物在單側(cè)光照射下向光生長的原因。

分析：溫特實(shí)驗(yàn)的核心是通過瓊脂塊把胚芽鞘尖端這一“結(jié)構(gòu)”和“物質(zhì)”聯(lián)系在一起，把對胚芽鞘尖端的關(guān)注轉(zhuǎn)化為對瓊脂塊的研究。教師首先要幫助學(xué)生理清這一點(diǎn)。接著對該組實(shí)驗(yàn)的分析主要側(cè)重于明確各組在實(shí)驗(yàn)中的作用。問題②和③強(qiáng)調(diào)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的對照原則、控制變量原則；問題④是問題⑤的鋪墊；問題⑥要求學(xué)生能用該實(shí)驗(yàn)的結(jié)論解釋植物向光生長，幫助梳理本堂課最終所解決的問題，包括胚芽鞘感受單側(cè)光的部位、生長素產(chǎn)生的部位、生長素在尖端和尖端下部運(yùn)輸?shù)姆较?、兩?cè)不均勻生長的原因等。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課以問題串為教學(xué)的重要支架，每個(gè)問題的設(shè)置都以教學(xué)需要為目的，充分考慮到學(xué)生真實(shí)的認(rèn)知水平。在具體的教學(xué)過程中，學(xué)生都能積極思考問題，通過討論最終給出準(zhǔn)確答案。5個(gè)問題串層層遞進(jìn)，依次承擔(dān)導(dǎo)入和分析4個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的任務(wù)。學(xué)生在問題的引導(dǎo)下，一步步分析實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、推導(dǎo)結(jié)論，最終自主構(gòu)建出植物向光生長的原因，并揭開植物生長素的神秘面紗。通過這節(jié)課，學(xué)生不僅能解釋植物向光生長，同時(shí)也鍛煉了科學(xué)思維能力。

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