官修行 陳秋來(lái)

(福建省光澤縣第一中學(xué) 354100)

“植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)” 是人教版必修3第3章第1節(jié)內(nèi)容，其中隱含著科學(xué)研究的方法與過(guò)程，以及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)所要遵循的“單一變量原則”“對(duì)照原則”，是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的好材料，在整個(gè)必修課本中處于相當(dāng)重要的地位，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題等能力的培養(yǎng)是一個(gè)很好的素材。本文以“植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)為例，談?wù)勥\(yùn)用“問(wèn)題體驗(yàn)式”教學(xué)方法設(shè)計(jì)的做法。

1 從生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主探究的欲望

如果學(xué)生的求知欲望被一節(jié)課成功的激發(fā)，那么這節(jié)課就成功了一半。教師用PPT呈現(xiàn)樓道欄桿上花盆植物生長(zhǎng)狀況的照片，然后將現(xiàn)實(shí)中的情景呈現(xiàn)給學(xué)生：引入長(zhǎng)期放置在樓道欄桿上久未移動(dòng)的花盆墜樓事件，由學(xué)生來(lái)“追查”花盆墜樓的“元兇”，通過(guò)一番討論，最后達(dá)成較一致的意見(jiàn)：花盆墜樓的“元兇”可能是植物向光生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而提出問(wèn)題：植物表現(xiàn)向光生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的原因是什么呢？并以此作為“錨”，在問(wèn)題背景中產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要，引發(fā)學(xué)生急于要探究植物為什么具有向光性的興趣，然后直接告訴學(xué)生植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)就是在探究植物向光性原因的過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)的，進(jìn)而引入本節(jié)課的課題：植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)。

2 回顧探究實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)，為學(xué)生自主探究做鋪墊

2.1 選材的原則 引導(dǎo)學(xué)生回顧必修二孟德?tīng)栠x用豌豆做實(shí)驗(yàn)的巧妙之處，引導(dǎo)學(xué)生思考：達(dá)爾文為什么要選用金絲雀虉草來(lái)做植物向光運(yùn)動(dòng)原因的探究實(shí)驗(yàn)？通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生觀察用PPT呈現(xiàn)的胚芽鞘結(jié)構(gòu)(圖略)和閱讀教材中“相關(guān)信息”的內(nèi)容，并通過(guò)學(xué)生之間的討論，歸納禾本科植物胚芽鞘具有：經(jīng)濟(jì)、易得；形態(tài)特征明顯，便于觀察；生長(zhǎng)周期短，有利于短期內(nèi)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果等特點(diǎn)，是做植物向光運(yùn)動(dòng)原因探究實(shí)驗(yàn)的好材料。

2.2 設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)需要遵循的基本原則 引導(dǎo)學(xué)生回顧必修一“比較過(guò)氧化氫在不同條件下分解”的實(shí)驗(yàn)，提出問(wèn)題讓學(xué)生思考：設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)需要遵循哪些基本原則？通過(guò)學(xué)生討論和教師點(diǎn)撥歸納得出：設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)需要遵循的基本原則是科學(xué)性原則(含選材的科學(xué)性)、單一變量原則、對(duì)照原則和平行復(fù)重原則。

2.3 科學(xué)探究的基本過(guò)程 引導(dǎo)學(xué)生回憶必修一“植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)，提出問(wèn)題讓學(xué)生思考：科學(xué)探究的基本過(guò)程是什么？最后歸納出科學(xué)探究的基本過(guò)程(圖1)。

圖1 科學(xué)探究的基本過(guò)程

3 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)

教師在做好上述鋪墊后，可以像剝筍殼一樣，引導(dǎo)學(xué)生層層剝開(kāi)植物向光運(yùn)動(dòng)的原因了。問(wèn)題串的具體設(shè)計(jì)思路如圖2所示。

圖2 植物向光運(yùn)動(dòng)原因的探究歷程

3.1 植物感光部位是在胚芽鞘的尖端還是尖端下面的一段(達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)) 為了讓學(xué)生對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)從自變量和無(wú)關(guān)變量的控制入手，以及對(duì)確定因變量的觀測(cè)指標(biāo)等知識(shí)大致的了解，也為學(xué)生對(duì)本節(jié)課后續(xù)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)做好鋪墊，對(duì)“植物感光部位在胚芽鞘的尖端還是尖端下面的一段？”的教學(xué)沒(méi)有采用讓學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行教學(xué)，而是采用與人的神經(jīng)調(diào)節(jié)相比較的方法引入本環(huán)節(jié)的問(wèn)題探究，然后指導(dǎo)學(xué)生思考與討論問(wèn)題串來(lái)進(jìn)行教學(xué)。

(過(guò)渡)人在運(yùn)動(dòng)時(shí)是用眼睛觀察周圍環(huán)境的，那植物在向光運(yùn)動(dòng)時(shí)是用胚芽鞘的尖端還是尖端下面的一段來(lái)感受單側(cè)光的刺激的呢？

接著，請(qǐng)同學(xué)們觀察教材中圖3-1的實(shí)驗(yàn)，并在教材中把4組實(shí)驗(yàn)標(biāo)上序號(hào)：甲(彎向光源生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn))、乙(去掉胚芽鞘尖端的實(shí)驗(yàn))、丙(用錫箔罩子把尖端罩著的實(shí)驗(yàn))、丁(用錫箔罩子把尖端下面一段罩著的實(shí)驗(yàn))。并由生物學(xué)科研究性學(xué)習(xí)小組成員代表介紹用玉米胚芽鞘模擬達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)成果(圖3，該實(shí)驗(yàn)在學(xué)期初就提前布置)，介紹的目的在于拉近達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)與學(xué)生的距離，讓學(xué)生不會(huì)覺(jué)得這樣的實(shí)驗(yàn)離我們很遙遠(yuǎn)，為學(xué)生積極參與進(jìn)一步探究做鋪墊。最后再用PPT逐步呈現(xiàn)以下思考題，由學(xué)生思考與討論。

圖3 學(xué)生用玉米胚芽鞘探究向光運(yùn)動(dòng)原因的實(shí)驗(yàn)照片

問(wèn)題探究：①甲組和乙組實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量分別是什么？甲組和乙組實(shí)驗(yàn)比較可以得出什么結(jié)論？ (自變量是胚芽鞘尖端的有無(wú)；因變量是胚芽鞘是否彎向光源生長(zhǎng)。結(jié)論是胚芽鞘彎向光源生長(zhǎng)與尖端有關(guān)) ②丙組和丁組實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量分別是什么？丙組和丁組實(shí)驗(yàn)比較可以得出什么結(jié)論？ (自變量是遮光部位的不同；因變量是胚芽鞘是否彎向光源生長(zhǎng)。結(jié)論是胚芽鞘彎向光源生長(zhǎng)的感光部位在尖端，不是在胚芽鞘尖端下面的一段) ③如果你是達(dá)爾文，你能提出什么假說(shuō)來(lái)解釋上述4組實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象呢？(單側(cè)光照射使胚芽鞘的尖端產(chǎn)生某種刺激，當(dāng)這種刺激傳遞到下部的伸長(zhǎng)區(qū)時(shí)，會(huì)造成背光側(cè)比向光側(cè)生長(zhǎng)快，因而出現(xiàn)向光彎曲)

3.2 植物胚芽鞘生長(zhǎng)部位是在尖端還是尖端下面的一段呢 采用PPT呈現(xiàn)可以提供的材料用具，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)教學(xué)。

設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)：選用萌發(fā)的玉米種子和胚芽鞘若干、刀片、記號(hào)筆、針和線若干，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究胚芽鞘生長(zhǎng)的部位是在胚芽鞘的尖端還是在尖端下面的一段。

討論與評(píng)價(jià)：多數(shù)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路是采用畫橫線的方法來(lái)設(shè)計(jì)的，其中①用刀片在玉米胚芽鞘上劃等距的刻度做記號(hào)；②用扎針?lè)椒ㄔ谟衩着哐壳噬献龅染嗟目潭茸鲇浱?hào)；③用線在玉米胚芽鞘上綁出等距的刻度做記號(hào)；④用記號(hào)筆在玉米胚芽鞘上畫出等距的刻度做記號(hào)，一段時(shí)間后，觀察玉米胚芽鞘上所做的等距記號(hào)是在什么部位間距明顯變長(zhǎng)。

教師指導(dǎo)學(xué)生交流自己的設(shè)計(jì)思路，并組織學(xué)生進(jìn)行交流和評(píng)價(jià)，然后結(jié)合圖示(圖略)指出方法①和②設(shè)計(jì)思路會(huì)對(duì)胚芽鞘造成損傷，方法③可能會(huì)影響胚芽鞘的生長(zhǎng)，并說(shuō)明方法④是最優(yōu)方案。同時(shí)指出還可以采用記號(hào)筆畫豎線法或把胚芽鞘縱切后用顯微鏡觀察的方法。

3.3 尖端感受到單側(cè)光產(chǎn)生某種刺激會(huì)傳遞到下部嗎(詹森實(shí)驗(yàn)) (過(guò)渡)人運(yùn)動(dòng)時(shí)用眼感受到周圍環(huán)境的信息傳導(dǎo)到神經(jīng)中樞后，神經(jīng)中樞發(fā)出的信號(hào)會(huì)傳導(dǎo)到有關(guān)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。那么，植物沒(méi)有神經(jīng)系統(tǒng)，胚芽鞘尖端感受到單側(cè)光后產(chǎn)生的某種刺激會(huì)傳遞到尖端下面一段嗎？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究呢? PPT呈現(xiàn)可以提供的材料用具。

材料用具包括：萌發(fā)的玉米種子和胚芽鞘若干、刀片、瓊脂片和云母片若干。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究：尖端感受到單側(cè)光產(chǎn)生某種刺激會(huì)傳遞到下部嗎？請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)方案示意圖,并用文字簡(jiǎn)要說(shuō)明。

討論與評(píng)價(jià)：教師先引導(dǎo)學(xué)生找出該實(shí)驗(yàn)的自變量是尖端與尖端下部的聯(lián)系是否被阻斷，因變量是胚芽鞘是否彎向光源生長(zhǎng)，然后讓學(xué)生分析瓊脂片和云母片的分子排列的特點(diǎn)，得出分子排列致密的云母片或玻璃片能阻斷胚芽鞘尖端和尖端下部的聯(lián)系，而因瓊脂片分子排列疏松，不會(huì)阻斷胚芽鞘尖端和尖端下部的聯(lián)系，可以用云母片和瓊脂片來(lái)控制自變量。接著教師指導(dǎo)學(xué)生到講臺(tái)上用實(shí)物投影儀展示自己的實(shí)驗(yàn)方案示意圖，并組織學(xué)生進(jìn)行交流和評(píng)價(jià)，最后結(jié)合圖4進(jìn)行歸納總結(jié)。

圖4 胚芽鞘尖端感受到單側(cè)光后產(chǎn)生的某種刺激是

3.4 尖端感受到單側(cè)光產(chǎn)生某種刺激在尖端下面一段分布不均嗎(拜耳實(shí)驗(yàn)) 教師先指導(dǎo)學(xué)生觀察教材圖3-3，然后用PPT逐步呈現(xiàn)以下思考題，讓學(xué)生思考與討論，提高學(xué)生設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的能力：

問(wèn)題探究：①拜耳實(shí)驗(yàn)為什么要在黑暗中進(jìn)行？(排除光對(duì)彎曲生長(zhǎng)的影響)②如何排除拜耳實(shí)驗(yàn)中胚芽鞘被割一刀后刀傷對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響？(增加一組實(shí)驗(yàn)，把胚芽鞘尖端切下后放回原處)

3.5 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)同時(shí)證明尖端感受到單側(cè)光產(chǎn)生某種刺激會(huì)傳遞到尖端下面一段，并在下部分布不均(溫特實(shí)驗(yàn)) (評(píng)價(jià)與完善溫特實(shí)驗(yàn))由前后2桌4位學(xué)生組成一個(gè)學(xué)習(xí)小組，根據(jù)教材圖3-4所給材料討論如何對(duì)溫特實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)：①比較教材圖3-3與圖3-4，溫特與拜耳實(shí)驗(yàn)的不同點(diǎn)是什么？(溫特實(shí)驗(yàn)缺乏對(duì)照)②從實(shí)驗(yàn)對(duì)照、實(shí)驗(yàn)變量角度分析如何改進(jìn)，請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)方案示意圖,并用文字簡(jiǎn)要說(shuō)明。

學(xué)生通過(guò)思考與討論能夠知道需要設(shè)置空白的瓊脂塊和放過(guò)尖端的瓊脂塊形成對(duì)照。教師引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)物投影儀展示自己所畫的示意圖，其他同學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后，教師點(diǎn)評(píng)和歸納設(shè)計(jì)思路。

小結(jié)：溫特實(shí)驗(yàn)說(shuō)明這種“影響”肯定是化學(xué)物質(zhì)，而非場(chǎng)類、波類。因?yàn)槿绻谴艌?chǎng)、電場(chǎng)的話，溫特實(shí)驗(yàn)不可能成功。而這種“影響”有促進(jìn)植物生長(zhǎng)作用，于是溫特把這種物質(zhì)稱為“生長(zhǎng)素”。

3.6 “刺激”的屬性是一種化學(xué)物質(zhì)嗎(郭葛實(shí)驗(yàn)) (過(guò)渡)生長(zhǎng)素是哪類化學(xué)物質(zhì)呢？其分子式如何呢？郭葛從一個(gè)園丁偶然發(fā)現(xiàn)用人的尿液澆灌葡萄苗床，葡萄插枝容易生根成活的事例獲得啟發(fā)，首先從人尿中提取到植物生長(zhǎng)素——吲哚乙酸。

思考與討論：你認(rèn)為從人尿中為什么可以提取植物生長(zhǎng)素？(人以某些植物性食物為食，人體內(nèi)也沒(méi)有分解生長(zhǎng)素的酶，所以生長(zhǎng)素在體內(nèi)不能被人類所分解利用而隨尿液排出)

3.7 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明在單側(cè)光照射下，尖端產(chǎn)生的生長(zhǎng)素在尖端發(fā)生了從向光側(cè)向背光側(cè)的橫向運(yùn)輸，還是在尖端向光側(cè)的生長(zhǎng)素被分解了 (設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn))PPT呈現(xiàn)可以提供的材料用具，包括玉米胚芽鞘尖端、云母片、瓊脂、光源和帶一小孔的暗箱，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明在單側(cè)光的照射下，尖端產(chǎn)生的生長(zhǎng)素在尖端發(fā)生了從向光側(cè)向背光側(cè)的橫向運(yùn)輸，還是在尖端向光側(cè)的生長(zhǎng)素被分解了？請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)方案示意圖,并用文字簡(jiǎn)要說(shuō)明。

討論與評(píng)價(jià)：教師指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)交流設(shè)計(jì)思路，確定最優(yōu)方案后派代表用實(shí)物投影儀展示實(shí)驗(yàn)方案示意圖，教師組織其他同學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后歸納出設(shè)計(jì)思路。

3.8 植物向光運(yùn)動(dòng)的解釋 (試一試)通過(guò)今天的學(xué)習(xí)，現(xiàn)在你能結(jié)合圖示(圖5)對(duì)植物的向光運(yùn)動(dòng)的原因作出科學(xué)、合理的解釋了嗎？

圖5 向光運(yùn)動(dòng)原因解釋的圖解

先由學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)進(jìn)行交流討論，然后選代表在全班層面交流成果，學(xué)習(xí)小組之間進(jìn)行評(píng)價(jià)，教師歸納總結(jié)并提供記憶口訣：背多快(背光側(cè)生長(zhǎng)素多，生長(zhǎng)得快)。

3.9 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，進(jìn)行情感價(jià)值觀教育 進(jìn)一步思考：達(dá)爾文注意到植物的向光生長(zhǎng)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)解釋向光性的原因。后來(lái)詹森、拜爾、溫特等科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)更加完整科學(xué)地解釋了植物向光運(yùn)動(dòng)的原因，請(qǐng)學(xué)生討論：用三四個(gè)詞語(yǔ)概括，如果你長(zhǎng)大成為一名科學(xué)家,你認(rèn)為在從事科學(xué)研究時(shí)應(yīng)該具有哪些品質(zhì)？(要有敏銳的觀察力、大膽的想象力和嚴(yán)密的邏輯推理能力)

3.10 設(shè)置練習(xí)突破難點(diǎn)知識(shí) (考考你)圖6表示對(duì)燕麥胚芽鞘進(jìn)行不同處理的情況，其中，A、B、C、D采用不透水的云母片，E、F采用未經(jīng)任何處理的瓊脂塊，G、H采用不透光的錫箔紙，它們的生長(zhǎng)狀況將會(huì)怎樣？(A.直立生長(zhǎng) B.向右彎曲生長(zhǎng) C.彎向光源生長(zhǎng) D.不生長(zhǎng) E.彎向光源生長(zhǎng) F.不生長(zhǎng) G.直立生長(zhǎng) H.彎向光源生長(zhǎng))

圖6 對(duì)燕麥胚芽鞘進(jìn)行不同處理的示意圖

先由學(xué)生獨(dú)立完成，然后學(xué)習(xí)小組交流討論確定本組的最終答案，選代表展示成果，學(xué)習(xí)小組之間進(jìn)行評(píng)價(jià)，教師歸納總結(jié)并提供記憶口訣：感尖彎尖下(感光部位在胚芽鞘尖端，彎曲部位在胚芽鞘尖端下面的一段)。

4 引導(dǎo)學(xué)生參與課后探究，為學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容做鋪墊

由于課堂時(shí)間有限，可以讓學(xué)生帶著問(wèn)題走出課堂，利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館等資源任選以下3個(gè)問(wèn)題中自己感興趣的問(wèn)題進(jìn)行探究：

(1)20世紀(jì)80年代，有的學(xué)者用向日葵、蘿卜為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因單側(cè)光照射而彎曲生長(zhǎng)時(shí)，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)抑制物卻多于背光側(cè)。請(qǐng)上網(wǎng)或到圖書館查詢相關(guān)的資料，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探討玉米的向光生長(zhǎng)支持哪一種觀點(diǎn)。

(2)一棵植物始終是要長(zhǎng)大的，不可能永遠(yuǎn)有胚芽鞘。長(zhǎng)大后的植物沒(méi)有了胚芽鞘，也還需要生長(zhǎng)素，除了胚芽鞘的尖端能產(chǎn)生生長(zhǎng)素外，其他部位能不能產(chǎn)生呢？如果能產(chǎn)生的話，請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。

(3)從一系列實(shí)驗(yàn)可以看出生長(zhǎng)素在胚芽鞘的尖端產(chǎn)生，卻是在胚芽鞘的尖端下部起作用，應(yīng)該有一個(gè)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程，是如何運(yùn)輸?shù)哪兀空?qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。