梁瑋
1問題的提出
生長素是一類重要的植物激素,能從產(chǎn)生部位運(yùn)送到作用部位而發(fā)揮作用。研究表明,在胚芽鞘、芽、幼葉和幼根中,生長素只能從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端,而不能反過來運(yùn)輸,也就是只能單方向地運(yùn)輸,稱為極性運(yùn)輸。如何證明生長素的極性運(yùn)輸呢?人教版教材必修三第三章第一節(jié)的技能訓(xùn)練側(cè)重于訓(xùn)練學(xué)生依據(jù)科學(xué)實(shí)驗的要素分析其實(shí)驗設(shè)計的嚴(yán)密性,提出改進(jìn)意見。同時,它也有助于學(xué)生理解生長素的極性運(yùn)輸。
[例]取一段玉米胚芽鞘,切去頂端2mm,使胚芽鞘不再產(chǎn)生生長素。在上端放一塊有生長素的瓊脂,下端放一塊不含有生長素的瓊脂(圖1A,胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝上)。過一段時間檢測,發(fā)現(xiàn)下端的瓊脂塊逐漸有了生長素(圖1B)。
結(jié)論:
①下端瓊脂塊上的生長素來自上端的瓊脂塊。
②生長素在胚芽鞘內(nèi)只能從形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)的下端。
討論:
①這個實(shí)驗的設(shè)計是否嚴(yán)密?
②從實(shí)驗結(jié)果到結(jié)論之間的邏輯推理是否嚴(yán)謹(jǐn)?
③如果要驗證上述結(jié)論是否正確,應(yīng)該對實(shí)驗方案如何進(jìn)行改進(jìn)?
2探究討論,得出結(jié)論
在“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”這一節(jié)的內(nèi)容中,除了要求學(xué)生概述植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程,體驗發(fā)現(xiàn)生長素的過程和方法之外,另一個重要的教學(xué)目標(biāo)就是評價實(shí)驗設(shè)計和結(jié)論,訓(xùn)練邏輯思維的嚴(yán)密性。在課堂教學(xué)過程中,采用的教學(xué)方式是先組織學(xué)生思考、討論,找出實(shí)驗設(shè)計中的問題和不足,然后由其他學(xué)生和教師共同評價、修正并完善。大多數(shù)學(xué)生可以從實(shí)驗結(jié)果推出結(jié)論①下端瓊脂塊上的生長素來自上端的瓊脂塊,而結(jié)論②的邏輯推理不嚴(yán)謹(jǐn),即不能夠證明生長素在胚芽鞘內(nèi)“只能”由形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)的下端。學(xué)生能夠提出實(shí)驗的改進(jìn)意見:增加一組胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝下的實(shí)驗,來研究生長素能否從形態(tài)學(xué)下端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)上端,如果位于形態(tài)學(xué)上端的空白瓊脂塊中沒有收集到生長素,即可證明生長素的極性運(yùn)輸是單方向的。
上述實(shí)驗方案的改進(jìn)似乎非常合理,并且教師教學(xué)用書上也是這個改進(jìn)方案。通常課堂上,學(xué)生討論出這個結(jié)果之后,教師就會結(jié)束對這個實(shí)驗設(shè)計的探究。但是,根據(jù)這兩個實(shí)驗就可以完全得出這兩個結(jié)論了嗎?有沒有什么問題?還有沒有其他的實(shí)驗設(shè)計思路?在學(xué)生繼續(xù)討論后,有學(xué)生提出結(jié)論①也不能得出,因為將胚芽鞘尖端切除之后,尖端以下部位還會有殘留的生長素,而這部分生長素也可能運(yùn)輸?shù)较露说沫傊瑝K。所以下端瓊脂塊上的生長素來源可能有兩方面:①來自外源性生長素(上端的瓊脂塊);②來自內(nèi)源性生長素(尖端以下部位殘留的)。
3實(shí)驗再探究,提出改進(jìn)方案
從實(shí)驗的嚴(yán)謹(jǐn)性出發(fā),教師進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生思考改進(jìn)實(shí)驗。學(xué)生提出方案,在教材中所給的實(shí)驗組的基礎(chǔ)上,應(yīng)該增加一組空白對照(圖2):在切去尖端的胚芽鞘的上下兩端都放置空白瓊脂塊,一段時間之后檢測兩個瓊脂塊中的生長素。形態(tài)學(xué)下端的瓊脂塊可以放在切去尖端的胚芽鞘上來檢測(圖3),如果胚芽鞘幾乎不生長,或者下端的瓊脂塊中生長素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)驗組,那么內(nèi)源性生長素的含量可以忽略不計。還有學(xué)生提出,可以用同位素標(biāo)記實(shí)驗組上端瓊脂塊中的生長素,然后檢測下端瓊脂塊中生長素帶標(biāo)記和不帶標(biāo)記的含量之比。此時,要驗證結(jié)論②的正確性,應(yīng)該再增加一組實(shí)驗:將胚芽鞘倒過來放置,如果在形態(tài)學(xué)上端的瓊脂塊中檢測不到生長素,就可以說明在胚芽鞘中生長素的極性運(yùn)輸只能從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)较露恕?/p>
4大膽質(zhì)疑,實(shí)驗優(yōu)化設(shè)計
如果胚芽鞘不顛倒,而把上下兩塊瓊脂塊顛倒,這樣的實(shí)驗設(shè)計是否可行呢?有學(xué)生課堂上提出了不同的實(shí)驗設(shè)計,當(dāng)出現(xiàn)“意外”的設(shè)計方案,學(xué)生的思維和興趣會被激發(fā)。因為本實(shí)驗探究生長素的極性運(yùn)輸,并不清楚極性運(yùn)輸?shù)膯畏较蛐允欠衽c重力有關(guān),所以在設(shè)計實(shí)驗時應(yīng)盡可能排除重力的影響,而如圖4的實(shí)驗組與教材中的實(shí)驗組,兩組實(shí)驗的結(jié)果均可能有兩方面的因素:①重力的原因;②生長素單方向極性運(yùn)輸?shù)脑?,仍然不能排除重力的作用,因此這個實(shí)驗設(shè)計不妥。
那么,在這個實(shí)驗設(shè)計的基礎(chǔ)上如何進(jìn)行改進(jìn)呢?此時,教師可以再加一組胚芽鞘形態(tài)學(xué)下端朝上的實(shí)驗(圖5),如果位于形態(tài)學(xué)上端的瓊脂塊沒有生長素(圖5a),而形態(tài)學(xué)下端的瓊脂塊中收集到生長素(圖5b),即可以證明生長素的極性運(yùn)輸不受重力的影響,能夠逆重力從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)较露硕荒艿怪谩?/p>
為了排除重力對極性運(yùn)輸?shù)挠绊?,還能怎樣設(shè)計實(shí)驗?zāi)??教師可以選擇兩組水平放置的胚芽鞘(圖6):第一組,帶有生長素的瓊脂塊放在胚芽鞘形態(tài)學(xué)下端,無生長素的瓊脂塊放在形態(tài)學(xué)上端;第二組,帶有生長素的瓊脂塊放在胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端,無生長素的瓊脂塊放在形態(tài)學(xué)下端。過一段時間檢測,發(fā)現(xiàn)第一組未接收到生長素,第二組接收到生長素,說明生長素只能由形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端,而不能顛倒,即證明極性運(yùn)輸?shù)膯畏较蛐?,因為該?shí)驗中重力的方向與生長素極性運(yùn)輸?shù)姆较虼怪保粗亓]有發(fā)揮作用,同時也排除了重力對極性運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>
5總結(jié)與啟示
在高中生物課堂教學(xué)中,教師要充分挖掘教材中的探究性素材,激發(fā)學(xué)生的探究欲望,放手讓學(xué)生主動思考、充分討論,營造一個積極鉆研的課堂氛圍,發(fā)掘?qū)W生思維的閃光點(diǎn),捕捉課堂的生成性資源,從而有意識地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)條理的思維習(xí)慣,以及理性思維能力和創(chuàng)新意識。