張志祥 (寧波市惠貞書院 浙江寧波 315016)
趙沛榮*(寧波市鄞州中學(xué) 浙江寧波 315105)
“植物激素調(diào)節(jié)”是浙科版高中生物學(xué)教材《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第一章“植物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)”的第一節(jié),其主要內(nèi)容包括達(dá)爾文父子、波森·詹森、溫特等生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素的過程以及生長(zhǎng)素的產(chǎn)生、運(yùn)輸和分布兩個(gè)部分。其中,生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過程是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn);生長(zhǎng)素運(yùn)輸機(jī)制及與向光性的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性分析則是這一節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)。
本節(jié)內(nèi)容是高中生物教材中最適合開展探究性教學(xué)的內(nèi)容之一。教師要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)體驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)模擬生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過程實(shí)驗(yàn),讓他們領(lǐng)悟生物學(xué)家在科學(xué)探究過程中所持有的觀點(diǎn)及解決問題的思路和方法。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中更能感悟科學(xué)探究的精神,逐步發(fā)展科學(xué)思維,從而形成正確的生命觀。本節(jié)內(nèi)容與生活、生產(chǎn)實(shí)踐緊密相關(guān),教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物學(xué)的社會(huì)議題——陽光房植物種植出現(xiàn)向光性問題;課后組織學(xué)生討論,并作出理性解釋和判斷,并設(shè)計(jì)半自動(dòng)補(bǔ)光器解決問題,這有利于提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí),正確樹立社會(huì)主義核心價(jià)值觀。
(1)說出植物向光性的內(nèi)、外因,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。
(2)解釋生長(zhǎng)素運(yùn)輸機(jī)制及與向光性的關(guān)系,構(gòu)建穩(wěn)態(tài)與平衡觀。
(1)體驗(yàn)并模擬生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)過程的實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論,訓(xùn)練邏輯思維的嚴(yán)密性。
(2)學(xué)會(huì)基于生物學(xué)事實(shí)和實(shí)驗(yàn)證據(jù),運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型建構(gòu)等方法,探討、闡釋植物的向光性。
(1)完成實(shí)驗(yàn)——模擬波森·詹森的實(shí)驗(yàn),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施及結(jié)果討論,并學(xué)會(huì)與人合作。
(2)熟悉科學(xué)探究的基本環(huán)節(jié)和方法,關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則的把握和變量控制,提升分析問題、解決問題的能力。
(1)參與陽光房植物向光性的討論。作出理性解釋和判斷,嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題。
(2)基于生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)過程實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià),感知科學(xué)探究的曲折,認(rèn)同生物學(xué)家的貢獻(xiàn)和價(jià)值。
觀察法、實(shí)驗(yàn)探究法、對(duì)比分析法、總結(jié)歸納法、問題討論法。
課前半個(gè)月,學(xué)生自愿報(bào)名成立4個(gè)興趣小組,分別在陽光房和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第一組:從集貿(mào)市場(chǎng)購(gòu)買辣椒和番茄幼苗種植在陽光房中,定期澆水,每天觀察幼苗生長(zhǎng)狀況,并拍攝視頻影像。其余三組學(xué)生課前10 d將玉米種子播下,萌發(fā)后進(jìn)行相關(guān)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。第二組:完整幼苗在均勻光和單側(cè)光下進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn);第三組:完整幼苗和去除尖端幼苗培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn);第四組:用錫箔紙將幼苗尖端罩住和用錫箔紙將幼苗基部包住培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)。各組每隔一段時(shí)間拍照留存,用于課堂展示。
設(shè)計(jì)意圖:受到課時(shí)安排和課堂時(shí)間的限制,所有探究實(shí)驗(yàn)均在課堂上完成是不現(xiàn)實(shí)的。因此,教師課前利用課余時(shí)間組織生物興趣小組來完成部分探究實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生自覺地去熟悉教材內(nèi)容,通過實(shí)驗(yàn),初步形成植物向光性的相關(guān)概念,為高效的課堂教學(xué)打下良好基礎(chǔ)。
4.2.1 生物學(xué)議題思考,創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)主動(dòng)探究
多媒體展示興趣小組拍攝的視頻“陽光房中辣椒和番茄的生長(zhǎng)”,由學(xué)生向其他同學(xué)提出問題:(1)視頻中植物的生長(zhǎng)有什么特點(diǎn)?(2)植物為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象?學(xué)生思考并回答可能的影響因素有土壤、水分、陽光、溫度及植物自身原因等。興趣小組展示陽光房照片(只能接受到單側(cè)光照)及對(duì)照組實(shí)驗(yàn)(正常生長(zhǎng)的辣椒和番茄),指出這是兩種植物的向光生長(zhǎng)現(xiàn)象,俗稱向光性。興趣小組追問:?jiǎn)蝹?cè)光是向光生長(zhǎng)的外界因素,如何影響植物向光生長(zhǎng)的呢?由此引入課堂探究主題,將學(xué)生帶入生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素的探究過程中。
設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過程錄制成視頻或拍攝照片,課上播放,設(shè)計(jì)問題引導(dǎo)同學(xué)關(guān)注身邊事物,創(chuàng)造問題情境,進(jìn)而分析問題緣由。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,從而帶動(dòng)班級(jí)的課堂學(xué)習(xí)氛圍。
4.2.2 重溫達(dá)爾文父子向光性實(shí)驗(yàn),以問導(dǎo)學(xué),開展問題探究
對(duì)于向光性,達(dá)爾文父子是最早的研究者,他們是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究植物的向光性的呢?教師展示達(dá)爾文父子的實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,用科學(xué)的語言講解了其中①②兩組實(shí)驗(yàn):取若干的幼苗隨機(jī)分成兩組,①組尖端完整,②組切除尖端,其他條件相同且適宜,并都給以單側(cè)光照射;一段時(shí)間后觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí),指導(dǎo)學(xué)生閱讀教科書中的實(shí)驗(yàn)(圖1),請(qǐng)學(xué)生分析并思考以下問題:(1)①②、①③、①④實(shí)驗(yàn)對(duì)照,實(shí)驗(yàn)的自變量各是什么?(2)①②、③④、③⑤對(duì)照實(shí)驗(yàn)分別說明什么?學(xué)生通過老師的講解,初步學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論的方法,然后觀察達(dá)爾文父子的實(shí)驗(yàn),得出結(jié)論:(1)幼苗向光性是由于受單側(cè)光刺激;(2)向光性與幼苗尖端有關(guān),幼苗尖端為感受光刺激的部位。興趣小組隨即展示課前玉米種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生觀察,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和達(dá)爾文父子實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度吻合,進(jìn)一步確認(rèn)向光性的產(chǎn)生和幼苗尖端有關(guān),彎曲部位是尖端下面的部位。
圖1 達(dá)爾文父子的實(shí)驗(yàn)
設(shè)計(jì)意圖:教師帶領(lǐng)學(xué)生重溫達(dá)爾文父子的實(shí)驗(yàn),學(xué)習(xí)生物學(xué)家們是如何提出問題、作出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)求證、得出結(jié)論的,教會(huì)學(xué)生正確理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)變量以及各變量之間的關(guān)系。通過設(shè)置一系列問題,培養(yǎng)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力。
4.2.3 課堂模擬波森·詹森的實(shí)驗(yàn),強(qiáng)化操作,實(shí)施合作探究
幼苗的感光部位在尖端,發(fā)生彎曲的部位在尖端下面的部位,兩者之間是否存在某種聯(lián)系?教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題:某種物質(zhì)是否由幼苗尖端傳遞到了尖端以下部分,并發(fā)揮了作用。并提出假設(shè):幼苗的尖端可能產(chǎn)生某種物質(zhì),由幼苗尖端傳遞到了下面。學(xué)生的好奇心被吸引后,分組討論試著設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。隨后,教師分發(fā)實(shí)驗(yàn)材料,請(qǐng)學(xué)生用黃瓜幼苗、瓊脂塊、云母片等材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)達(dá)爾文的化學(xué)物質(zhì)假說——有一種化學(xué)物質(zhì)由幼苗尖端向下傳遞。
學(xué)生利用已給材料,小組合作設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。組長(zhǎng)對(duì)本組成員進(jìn)行合理分工,動(dòng)手能力強(qiáng)的操作員負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)操作,包括黃瓜幼苗去除尖端、插入并固定云母片或瓊脂塊、制作單側(cè)光紙箱等。發(fā)言員負(fù)責(zé)闡述小組實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、主要過程和結(jié)論。評(píng)價(jià)員負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)的分析、并對(duì)其他組進(jìn)行評(píng)價(jià)(人員分工、合作參與、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等)。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中,教師全程用手機(jī)拍攝并通過希沃教學(xué)助手上傳至多媒體端,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)評(píng)分析。小組成員通過閱讀教材先自主分析實(shí)驗(yàn)過程,分析本組實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問題,最后派代表展示小組實(shí)驗(yàn),結(jié)合波森·詹森的實(shí)驗(yàn),得出結(jié)論:的確有一種化學(xué)物質(zhì)由幼苗尖端向下傳遞。教師設(shè)疑:這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是否嚴(yán)密?該如何改進(jìn)?學(xué)生討論后,得出:(1)缺少空白對(duì)照組,需排除瓊脂片、云母片對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響;(2)本實(shí)驗(yàn)只能得出物質(zhì)是否向下傳遞,但不能得出這種物質(zhì)是如何使尖端下部彎曲生長(zhǎng)的。
設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生小組分工,合作設(shè)計(jì)并進(jìn)行波森·詹森模擬實(shí)驗(yàn),提升了提出問題、分析問題、解決問題的能力及科學(xué)創(chuàng)新能力。各小組闡述實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、過程和結(jié)論,對(duì)其他組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià),培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和合作探究能力,幫助學(xué)生們逐步提升生物實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。
4.2.4 分析評(píng)價(jià)總結(jié)溫特實(shí)驗(yàn),激疑啟思,發(fā)掘自主探究
如果尖端確實(shí)通過產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)來影響下面部位的生長(zhǎng),那么這種物質(zhì)應(yīng)該可以轉(zhuǎn)移到瓊脂塊里面,從而使瓊脂塊具有與尖端同樣的效力,故溫特對(duì)波森·詹森實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。教師引導(dǎo)學(xué)生首先自主閱讀教材中的溫特實(shí)驗(yàn),并思考:(1)瓊脂塊在本實(shí)驗(yàn)中起什么作用?(2)設(shè)置無生長(zhǎng)素的瓊脂塊的兩組實(shí)驗(yàn)的目的是什么?(3)瓊脂塊放置位置不同的實(shí)驗(yàn)說明彎曲生長(zhǎng)的原因是什么?學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn):(1)對(duì)照組均不生長(zhǎng)、不彎曲,可排除瓊脂塊本身的影響;(2)瓊脂塊放在切面正上方,則幼苗直立生長(zhǎng);(3)瓊脂塊放在切面的一側(cè),則幼苗彎向?qū)?cè)生長(zhǎng)。對(duì)溫特實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析后,學(xué)生得出結(jié)論:幼苗尖端確實(shí)存在一種能夠促進(jìn)生長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì),并可向下傳遞。教師介紹其他生化學(xué)家的研究成果,指出:幼苗尖端合成的促進(jìn)生長(zhǎng)的物質(zhì)化學(xué)本質(zhì)是吲哚乙酸,是一種小分子有機(jī)物,在細(xì)胞內(nèi)由色氨酸合成,被命名為生長(zhǎng)素。
至此,生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過程完美結(jié)束,教師板書總結(jié)生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)探究框架,請(qǐng)學(xué)生用科學(xué)、規(guī)范的語言對(duì)整個(gè)探究過程進(jìn)行闡述,并再次總結(jié)科學(xué)研究的一般過程和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本原則。
設(shè)計(jì)意圖:教師采用啟發(fā)學(xué)生自主分析和小組討論分析相結(jié)合的方式來分析評(píng)價(jià)總結(jié)溫特實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生分析評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的能力。教師利用問題使學(xué)生科學(xué)思考、主動(dòng)參與和闡述探究過程,提升學(xué)生在探究中獲取新知識(shí)的能力、正確表達(dá)的能力。
4.2.5 解釋幼苗向光生長(zhǎng)的原因,建構(gòu)模型,進(jìn)行思維探究
學(xué)習(xí)了生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過程后,教師設(shè)疑:通過以上實(shí)驗(yàn)過程,現(xiàn)在你能從生長(zhǎng)素角度對(duì)植物的向光性作出解釋嗎?學(xué)生參考溫特實(shí)驗(yàn)后,回答:由于生長(zhǎng)素在幼苗尖端下面部位分布不均,造成了彎曲生長(zhǎng)。那么對(duì)植物的向光性,單側(cè)光所起的作用是什么?單側(cè)光如何影響生長(zhǎng)素分布不均呢?學(xué)生分析可能的原因有:(1)單側(cè)光將生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)移了;(2)單側(cè)光將生長(zhǎng)素分解了;(3)單側(cè)光引起抑制生長(zhǎng)的物質(zhì)分布不均影響彎曲生長(zhǎng)。教師展示模型——瓊脂塊生長(zhǎng)素收集實(shí)驗(yàn):1和2是幼苗尖端,其中尖端1置于黑暗環(huán)境中,尖端2置于單側(cè)光環(huán)境中;ABCD是4個(gè)瓊脂塊,如圖2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:生長(zhǎng)素濃度A=B,C>A>D。學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題:為什么C和D瓊脂塊的濃度會(huì)出現(xiàn)差異?是由于生長(zhǎng)素在光下分解了,還是運(yùn)輸了?學(xué)生針對(duì)問題展開討論,得出結(jié)論:背光側(cè)生長(zhǎng)素濃度高于向光側(cè)是由于向光側(cè)的生長(zhǎng)素向背光側(cè)運(yùn)輸導(dǎo)致。生長(zhǎng)素能促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng),背光側(cè)比向光側(cè)生長(zhǎng)得快,從而造成向光彎曲生長(zhǎng)。
圖2 瓊脂塊生長(zhǎng)素收集實(shí)驗(yàn)?zāi)P?/p>
最后教師要求學(xué)生畫出生長(zhǎng)素的運(yùn)輸方向模型圖,并解釋原因,并挑選模型建構(gòu)較好的組別上臺(tái)展示。
教師體展示2017年《植物生理學(xué)報(bào)》刊登的科學(xué)家用玉米、向日葵、蘿卜作實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行的實(shí)驗(yàn):向光側(cè)和背光側(cè)的生長(zhǎng)素含量基本相同,而向光側(cè)的生長(zhǎng)抑制物質(zhì)卻多于背光側(cè)。研究發(fā)現(xiàn),植物的向光性是由于單側(cè)光照射引起某些抑制生長(zhǎng)的物質(zhì)不均勻造成的。教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同:科學(xué)往往就在類似這樣的爭(zhēng)議中不斷發(fā)展……
設(shè)計(jì)意圖:教師引導(dǎo)學(xué)生解釋幼苗向光生長(zhǎng)的原因,分析植物生長(zhǎng)素分布不均與單側(cè)光的相互關(guān)系,促使學(xué)生學(xué)會(huì)用準(zhǔn)確的圖表、術(shù)語來表達(dá)自己的觀點(diǎn);構(gòu)建生長(zhǎng)素收集實(shí)驗(yàn)?zāi)P秃蜕L(zhǎng)素的運(yùn)輸方向模型,使學(xué)生形成比較與歸納的邏輯思維能力;展示植物向光性的最新研究成果,引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的觀點(diǎn),理解科學(xué)在不斷發(fā)展中前進(jìn)的科學(xué)思維觀。
教師設(shè)問:根據(jù)本節(jié)課所學(xué)知識(shí),能否幫忙解決學(xué)校陽光房番茄和辣椒向光生長(zhǎng)?全體學(xué)生討論得出改進(jìn)措施:(1)改變陽光房外部結(jié)構(gòu),使單側(cè)光照變?yōu)槿庹?;?)設(shè)置半自動(dòng)補(bǔ)光器,在弱光一側(cè)定時(shí)補(bǔ)充光源;(3)向植物導(dǎo)入向光素,促使植物彎向光源,確保其以最佳取向捕獲光源。教師肯定學(xué)生的想法,并鼓勵(lì)學(xué)生在現(xiàn)階段努力學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí),以后學(xué)以致用,去嘗試解決生活中的問題。興趣小組學(xué)生經(jīng)過一個(gè)多月的探索,自我設(shè)計(jì)了半自動(dòng)補(bǔ)光器在陽光房中進(jìn)行安裝與調(diào)試,引起了全校學(xué)生廣泛的關(guān)注。
設(shè)計(jì)意圖:本節(jié)課緊扣探究主題,促使學(xué)生學(xué)到知識(shí)后真正學(xué)以致用。課后,教師引導(dǎo)學(xué)生解決植物向光生長(zhǎng)問題,并設(shè)計(jì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究,使學(xué)生能將理論和實(shí)踐結(jié)合起來,嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題,有助于學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)和社會(huì)主義核心價(jià)值觀的提升。
本節(jié)課以生長(zhǎng)素探究發(fā)現(xiàn)的過程為核心,采用探究式教學(xué)模式,通過模擬生物學(xué)家實(shí)驗(yàn)探究法、對(duì)比分析法、總結(jié)歸納法、問題討論法等教學(xué)方法,輔以多媒體教學(xué)(ppt和希沃教學(xué)助手),引導(dǎo)學(xué)生再現(xiàn)生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過程,從而使學(xué)生獲得向光性與生長(zhǎng)素的相關(guān)知識(shí)以及探究實(shí)驗(yàn)的基本技能和思維能力。
新課程標(biāo)準(zhǔn)指出:為了讓學(xué)生更好地理解與掌握教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)中要高度重視學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié),力求為學(xué)生提供更多的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。本節(jié)課的教學(xué)是,課前進(jìn)行生物興趣小組實(shí)驗(yàn)、課上模擬波森·詹森的實(shí)驗(yàn)就是按照新課程標(biāo)準(zhǔn)要求制定的。同時(shí),教師結(jié)合重溫達(dá)爾文父子實(shí)驗(yàn)和分析評(píng)價(jià)溫特實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的方法和過程。課后,又給學(xué)生布置進(jìn)一步的探究課題,實(shí)現(xiàn)使學(xué)生帶著問題進(jìn)入課堂,又帶著更多的問題走出課堂的教學(xué)效果。
生物課程的價(jià)值是要讓學(xué)生在形成生物學(xué)核心素養(yǎng)的同時(shí),能用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法,面對(duì)或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問題。本節(jié)課中,學(xué)生通過探究類學(xué)習(xí)活動(dòng)——生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)和完成工程學(xué)任務(wù)——幫助解決陽光房中植物向光生長(zhǎng)問題,加深了對(duì)生物學(xué)概念的理解,提升應(yīng)用知識(shí)的能力。將科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)整合到實(shí)踐活動(dòng)中,也能更好地培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念、科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任等生物學(xué)核心素養(yǎng)。