李佩寧

植物朝著有陽光的方向生長(zhǎng)，看起來是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事實(shí)，但其所蘊(yùn)含的科學(xué)道理卻不能用一句簡(jiǎn)單的“植物就是要向著有陽光的方向生長(zhǎng)”向?qū)W生解釋。因?yàn)檫@樣做會(huì)使學(xué)生僅僅死記硬背了這個(gè)事實(shí)，卻錯(cuò)失了理解更重要的科學(xué)規(guī)律：科學(xué)是通過觀察事實(shí)，從事實(shí)中抽象出規(guī)律，再回到事實(shí)中進(jìn)行證明的過程。

一、課程重點(diǎn)

本節(jié)課旨在讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)置對(duì)照組、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并嘗試證明植物具有趨光性這一現(xiàn)象，體會(huì)如何完成一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)為何植物具有趨光性做出猜想和推斷。通過本節(jié)課，學(xué)生不但可以學(xué)習(xí)到植物的向性運(yùn)動(dòng)，更重要的是建立科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思維和批判性思維，從而在今后面臨復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題時(shí)，能夠抓住問題的關(guān)鍵點(diǎn)，提出解決方案并迅速整理思路和做法，提高解決實(shí)際問題的能力。

【涉及領(lǐng)域】生物、科學(xué)、工程

【建議年級(jí)】小學(xué)中年級(jí)

【建議時(shí)間】110分鐘（除植物生長(zhǎng)時(shí)間）

【材料】紙板、剪刀、種子（蘿卜、黃豆或小麥種子）、鞋盒、膠帶、花盆和土壤（或者培養(yǎng)皿和棉花）、光源（LED臺(tái)燈）

二、課程任務(wù)

將學(xué)生們分為幾個(gè)小組，讓學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)一組能夠證明植物趨光性的實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)運(yùn)用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，嘗試從多種影響因素里面分離出需要研究的因素——光照，通過合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程、設(shè)立對(duì)照組等手段，來更好地證明植物具有趨光性。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（10分鐘）

教師可以給學(xué)生播放一段影片，或者預(yù)先制作一個(gè)植物暗盒（見圖1）。

如圖1所示，暗盒里的植物生長(zhǎng)過一段時(shí)間以后，會(huì)明顯地向著光源的方向彎曲。教師請(qǐng)學(xué)生進(jìn)行觀察，并用以下問題進(jìn)行引導(dǎo)式提問。

（1）猜測(cè)一下為什么盒子里的植物會(huì)向著有光的方向生長(zhǎng)？

（2）是否因?yàn)槠渌蛩兀斐闪撕凶永锏闹参锵蛑粋€(gè)方向生長(zhǎng)，而非光照？

（3）如果將盒子換一個(gè)方向進(jìn)行擺放，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否會(huì)不一樣？

（4）如果驅(qū)光生長(zhǎng)的假設(shè)是正確的，那么怎么解釋一些植物（如爬山虎）沿著墻壁生長(zhǎng)的特性？

（5）如何解釋室外的植物向上生長(zhǎng)的特性？

（6）總結(jié)一下，植物都有哪些生長(zhǎng)的特性？

（7）為什么植物體現(xiàn)出了以上特性？

2.宣布任務(wù)及評(píng)價(jià)量規(guī)（5分鐘）

【宣布任務(wù)】小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明植物具有趨光性。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見表1）。

3.提出假設(shè)（10分鐘）

教師整理前面學(xué)生對(duì)問題的解答，并組織各小組討論：植物體現(xiàn)出了哪幾種特性？為什么體現(xiàn)出了這幾種特性？教師可以將提出的所有猜想記錄在黑板上。影響因素包括但不限于光、重力、新鮮空氣、觸摸、濕度大的空氣、溫度、風(fēng)、聲音、震動(dòng)、顏色、細(xì)菌、氣壓、土壤，等等。

經(jīng)過小組的討論，教師應(yīng)當(dāng)再次宣布本課程的主要任務(wù)是驗(yàn)證一個(gè)假設(shè)：植物會(huì)向著有光的方向生長(zhǎng)，而不是受到其他因素的影響。教師要告知學(xué)生：在考慮如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)首先考慮怎樣證明植物朝某個(gè)方向生長(zhǎng)，并且只是受到了光而不是其他因素的影響。

4.“對(duì)照組”和“實(shí)驗(yàn)組”解惑（10分鐘）

教師向?qū)W生出示一組雙胞胎圖片（見圖2），對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問：她們生下來的時(shí)候長(zhǎng)相相同，是什么原因造成了她們現(xiàn)在有這么大的差異？

學(xué)生會(huì)做出各種各樣的預(yù)測(cè)。各種預(yù)測(cè)都是有可能性的，教師可以告知學(xué)生：左邊的是一位“老煙民”，右邊這位不吸煙，吸煙這個(gè)因素，造成了最大的差異。請(qǐng)學(xué)生思考：怎么能夠證明是因?yàn)槲鼰熯@個(gè)因素造成了雙胞胎的差異？在人身上做實(shí)驗(yàn)比較困難，時(shí)間會(huì)很漫長(zhǎng)，可以用植物實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行進(jìn)一步的思考。

比如，教師出示圖3所示的植物圖片，請(qǐng)學(xué)生猜測(cè)為什么這盆植物枯萎了。學(xué)生會(huì)做出各種各樣的猜測(cè)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合雙胞胎的案例進(jìn)行思考。有的學(xué)生會(huì)提出，在沒有得到進(jìn)一步信息之前，可能性有很多。

教師接下來展示下一張圖片：兩盆植物放在同樣的位置上，唯一的不同是一盆沒有澆水（見圖4）。向?qū)W生提問：為什么右邊的植物枯萎了？進(jìn)一步追問：為什么不是因?yàn)槠渌囊蛩卦斐闪酥参锏目菸?/p>

學(xué)生們會(huì)很快理解到，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，如果要判斷一個(gè)因素起到了決定性的作用，最好的辦法就是在其他條件都沒有改變的情況下，僅僅改變需要觀測(cè)的那個(gè)因素。用做參考的那一組就叫做“對(duì)照組”，參加實(shí)驗(yàn)的那一組叫做“實(shí)驗(yàn)組”。

5.思考實(shí)驗(yàn)（10分鐘）

教師向?qū)W生提問：在上面列舉出的諸多影響因素里面，怎樣設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案來進(jìn)行判斷？

水：一盆不澆水，一盆放在附近正常生長(zhǎng)；

風(fēng)：一盆放在電風(fēng)扇旁邊不斷地吹，另一盆正常；

溫度：一盆使用電暖氣進(jìn)行不間斷加溫，另一盆正常；

……

請(qǐng)學(xué)生們提出實(shí)驗(yàn)方案，由教師進(jìn)行補(bǔ)充，或是教師提出實(shí)驗(yàn)方案，由學(xué)生進(jìn)行評(píng)估，并預(yù)測(cè)會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生。

6.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（25分鐘）

科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)當(dāng)遵循一定的流程。在一個(gè)設(shè)計(jì)良好的實(shí)驗(yàn)中，所有會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素都應(yīng)該保持相同，而只變化需要驗(yàn)證假設(shè)中的那個(gè)因素。一種很好的辦法是設(shè)置對(duì)照組。這樣如果實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象產(chǎn)生了差異，那么就可以歸結(jié)為兩組實(shí)驗(yàn)中發(fā)生改變的那個(gè)因素產(chǎn)生了影響。

將學(xué)生們分組，各小組仔細(xì)考慮如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程才能夠分離“光照”這一因素，證明或者證偽這一假設(shè)。各小組應(yīng)當(dāng)進(jìn)行討論，然后畫出設(shè)計(jì)圖紙，交給教師進(jìn)行檢查。種子的發(fā)芽和生長(zhǎng)一般需要幾周的時(shí)間，可以請(qǐng)學(xué)生們查詢種子的發(fā)芽和生長(zhǎng)時(shí)間，然后安排好每天澆水和觀察的時(shí)間，并設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)報(bào)告（見表2）。

除了書面的實(shí)驗(yàn)記錄，如果有條件，還可以安排學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行照相記錄，最后可以附在實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告中。

7.分析數(shù)據(jù)（15分鐘）

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括觀察數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)告一段落時(shí)，應(yīng)該對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，看一看數(shù)據(jù)有什么規(guī)律，或者整理成為圖表，這樣常常可以更清晰地表現(xiàn)數(shù)據(jù)的規(guī)律。

在所有的數(shù)據(jù)收集完成以后，教師可用以下問題來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考。

（1）你收集的數(shù)據(jù)有什么規(guī)律？

（2）實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的因素有什么異同？這樣的異同是怎樣反映在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中的？

（3）實(shí)驗(yàn)的結(jié)果能不能證明預(yù)先提出的假設(shè)？

（4）是否避免了其他所有因素的影響，而單單證明了光照對(duì)植物的影響？

（5）如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能夠支持假設(shè)，那么實(shí)驗(yàn)還存在哪些缺陷？如何改進(jìn)？

通常，學(xué)生們會(huì)清楚地發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組的設(shè)立會(huì)有效地排除其他影響因素，而清晰地體現(xiàn)出植物的趨光性。如果實(shí)驗(yàn)沒有成功，教師要幫助學(xué)生分析是哪一個(gè)步驟出現(xiàn)了問題，并引導(dǎo)學(xué)生尋求改進(jìn)的方法以修正這些問題。而對(duì)于植物為什么具有趨光性，教師也應(yīng)當(dāng)要求各小組提出假設(shè)，并設(shè)想實(shí)驗(yàn)方案來驗(yàn)證假設(shè)。

數(shù)據(jù)分析完成以后，給各小組一段時(shí)間將實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程和數(shù)據(jù)分析整理為實(shí)驗(yàn)報(bào)告，用于展示和存檔。

8.總結(jié)和展示（25分鐘）

教師應(yīng)給每個(gè)小組至少五分鐘的時(shí)間，讓其在講臺(tái)上進(jìn)行展示。展示內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、分工情況、整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程和展示實(shí)驗(yàn)記錄，以及最后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。教師和其他學(xué)生可以向臺(tái)上展示的學(xué)生提出問題和建議，臺(tái)上的學(xué)生應(yīng)當(dāng)對(duì)問題進(jìn)行解答和分析。

（責(zé)任編輯 張慧籽）endprint