張罡 朱曉燕

摘 要 以“探索生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”為例，嘗試NOBOOK平臺(tái)虛擬實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，落實(shí)科學(xué)探究學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 NOBOOK平臺(tái) 虛擬實(shí)驗(yàn) 核心素養(yǎng) 生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑

中圖分類號(hào)G633. 91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）教學(xué)建議指出：信息技術(shù)的快速發(fā)展為生物學(xué)課堂提供了諸如圖片、視頻、模擬實(shí)驗(yàn)等豐富多樣的教學(xué)資源。教師充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”為代表的教育技術(shù)可在一定程度上減少主動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)耗材及相關(guān)場(chǎng)地條件的依賴。教師應(yīng)充分利用這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)提高教學(xué)效率。NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱NB實(shí)驗(yàn)）平臺(tái)正是一款實(shí)現(xiàn)《課程標(biāo)準(zhǔn)》這項(xiàng)教學(xué)建議的教學(xué)軟件，學(xué)生可用虛擬的實(shí)驗(yàn)器材、藥品、實(shí)驗(yàn)材料，在NB虛擬實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立思考、操作，完成實(shí)驗(yàn)即可觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。虛擬實(shí)驗(yàn)做為實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的輔助手段，提高生物實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效率，利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。現(xiàn)以“探索生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”為例，進(jìn)行闡述。

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“探索生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”是人教版（2020年版）高中生物《選擇性必修1.穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》（以下簡(jiǎn)稱“教材”）第五章第三節(jié)“植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用”的“探究實(shí)踐”中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。本章節(jié)學(xué)習(xí)了植物激素作用及在生產(chǎn)生活中應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生分析并嘗試探索生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑在生產(chǎn)實(shí)踐的應(yīng)用，有利于形成對(duì)植物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)方式的整體認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和探究方法。

本節(jié)課借助信息教室的學(xué)生個(gè)人計(jì)算機(jī)終端，以NB虛擬仿真實(shí)驗(yàn)輔助傳統(tǒng)教學(xué)。學(xué)生經(jīng)歷自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、虛擬實(shí)驗(yàn)、討論分析、歸納概括的過(guò)程，熟悉實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，提高了做生物實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣，培養(yǎng)了科學(xué)思維能力。最后，學(xué)生利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室真實(shí)情境中完成實(shí)驗(yàn)，落實(shí)科學(xué)探究核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 學(xué)情分析

學(xué)生己在本章第一節(jié)“植物生長(zhǎng)素”學(xué)習(xí)了生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)歷程，能解釋植物向光性的現(xiàn)象，掌握了生長(zhǎng)素的產(chǎn)生、運(yùn)輸和分布的特點(diǎn)。在必修1的“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法，如“控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)”;又如在“用過(guò)氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響”中學(xué)習(xí)過(guò)設(shè)定高、中、低3個(gè)pH，如何排除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響等，對(duì)確定該實(shí)驗(yàn)的預(yù)實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)素有效濃度范圍有啟發(fā)作用。

但是，學(xué)生對(duì)探究實(shí)驗(yàn)應(yīng)遵循的原則的理解不全面，實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)往往不完整，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不全面。因此，教師亟需提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。學(xué)生的好奇心會(huì)促使他們想方設(shè)法解決問(wèn)題，教師要充分發(fā)揮他們的求知欲，鼓勵(lì)他們完成實(shí)驗(yàn)的自主探究，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M真實(shí)情境的實(shí)驗(yàn)操作，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理的理解，熟悉該?shí)驗(yàn)的方法和操作步驟。

（2）通過(guò)插條生根實(shí)驗(yàn)，探究生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度，領(lǐng)悟生長(zhǎng)素的生理作用特點(diǎn)，樹(shù)立理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的思想。

（3）通過(guò)分組討論、合作交流，練習(xí)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)的一般方法;提升邏輯思維的嚴(yán)密性。

（4）通過(guò)真實(shí)實(shí)驗(yàn)，形成尊重客觀事實(shí)的思想觀念，養(yǎng)成認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

4 教學(xué)策略

教師引導(dǎo)學(xué)生激疑（提出問(wèn)題）、設(shè)計(jì)方案、分析原理、實(shí)施虛擬實(shí)驗(yàn)、真實(shí)實(shí)驗(yàn)探究、歸納總結(jié)、并形成知識(shí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生熟練掌握科學(xué)探究的過(guò)程和實(shí)驗(yàn)方法步驟，加深對(duì)知識(shí)的理解。教學(xué)流程設(shè)計(jì)如圖1所示。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 創(chuàng)設(shè)情境，激趣探究

教師展示學(xué)生用水培法培養(yǎng)的綠蘿和小葉桅子插條生根實(shí)物，引導(dǎo)學(xué)生思考：放在水培綠蘿瓶中的小葉桅子插條生根，而放在清水中的小葉桅子插條沒(méi)有生根。這是為什么呢？學(xué)生根據(jù)己學(xué)知識(shí)“生長(zhǎng)素相對(duì)集中分布在生長(zhǎng)旺盛的部位，如胚芽鞘、芽和根頂端的分生組織”，提出假設(shè)：可能有生長(zhǎng)素從綠蘿根尖細(xì)胞中出來(lái)，促進(jìn)小葉桅子插條生根？

教師利用學(xué)生親手水培綠蘿時(shí)的意外發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的注意力和好奇心，提出問(wèn)題，為虛擬實(shí)驗(yàn)的探究埋下伏筆。

5.2 激疑導(dǎo)入，設(shè)計(jì)方案

教師創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)活動(dòng)：為探究小葉桅子與綠蘿一起水培更易生根，是否與生長(zhǎng)素有關(guān)，我們先學(xué)習(xí)探究的方法，設(shè)計(jì)一個(gè)“探索生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”預(yù)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生獨(dú)立思考實(shí)驗(yàn)方案后，分小組討論，如實(shí)驗(yàn)材料的選擇、預(yù)實(shí)驗(yàn)濃度梯度的確定、單一變量和無(wú)關(guān)變量的控制、減少誤差的措施。各小組在討論、展示和評(píng)價(jià)的過(guò)程中修正、相互糾錯(cuò)，加深理解。

5.3 虛擬操作，掌握方法

每位學(xué)生登錄NB虛擬平臺(tái)，依照修改好的預(yù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作。虛擬實(shí)驗(yàn)中將探究的生長(zhǎng)素類似物a-萘乙酸濃度范圍定為2-10 ppm，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：①將新剪下的植物枝條分成6組，插入到不同濃度的a-萘乙酸溶液中浸泡24 h;②將浸泡后的枝條取出，置于濾紙上晾干4 h;③將枝條分別插入蒸餾水中，在適宜的環(huán)境中培養(yǎng)，4d后觀察生根情況。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖2所示。

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，學(xué)生發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素濃度范圍為2-6 ppm時(shí)，生根最多且長(zhǎng)。各小組在這個(gè)范圍設(shè)計(jì)以1 ppm為濃度梯度的正式實(shí)驗(yàn)方案，相互討論、展示和評(píng)價(jià)，點(diǎn)擊NB虛擬平臺(tái)中正式實(shí)驗(yàn)按鈕，進(jìn)行虛擬操作。實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果如圖3所示。

學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，理解實(shí)驗(yàn)原理、方法步驟;理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的單一變量、等量原則和設(shè)置對(duì)照的意義;學(xué)會(huì)觀察記錄生根情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理的方法，在結(jié)果中尋找進(jìn)一步正式實(shí)驗(yàn)的濃度范圍。小組的討論和評(píng)價(jià)可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法和操作步驟的理解和熟練程度，提高實(shí)驗(yàn)探究能力，激發(fā)學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)熱情。

5.4 分析現(xiàn)象，得出結(jié)論

通過(guò)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)中插條生根長(zhǎng)度和生根數(shù)量的數(shù)據(jù)分析，學(xué)生都可以得出：本次實(shí)驗(yàn)中促進(jìn)插條生根的生長(zhǎng)素濃度為5 ppm，生長(zhǎng)素濃度對(duì)促進(jìn)插條生根具有兩重性。學(xué)生體驗(yàn)了在正式實(shí)驗(yàn)前先做預(yù)實(shí)驗(yàn)，不僅可以為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)摸索條件，也可以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性。

教師提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和分析方法：根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究的目的，如何收集有說(shuō)服力的數(shù)據(jù)？怎樣測(cè)量統(tǒng)計(jì)插條生根長(zhǎng)度更準(zhǔn)確？除了測(cè)量生根長(zhǎng)度和數(shù)量，還有哪些因素也能反映生長(zhǎng)素促進(jìn)生根？

5.5 真實(shí)情境拓展探究

在虛擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室提供“2-4滴鈉鹽”粉劑，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，到實(shí)驗(yàn)室分別進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)和正式實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作，設(shè)計(jì)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表，將結(jié)果繪制成曲線圖，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行分析、比較。

學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)自己的實(shí)驗(yàn)探究方案，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中思考、體驗(yàn)控制變量的具體處理，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，培養(yǎng)了科學(xué)探究能力。真實(shí)實(shí)驗(yàn)中枝條生根需要較長(zhǎng)的時(shí)間，學(xué)生認(rèn)真、嚴(yán)格地配制不同濃度梯度的生長(zhǎng)素類似物的濃度，堅(jiān)持每天換水，定時(shí)觀察記錄生根情況，培養(yǎng)了科學(xué)態(tài)度。

6 評(píng)價(jià)與反思

虛擬實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的原理、方法與步驟，熟練操作過(guò)程，為真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程順利達(dá)成教學(xué)目標(biāo)起到積極作用，有利于落實(shí)科學(xué)思維和科學(xué)探究核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。學(xué)生提出為了避免偶然性，在虛擬實(shí)驗(yàn)中各種濃度下的枝條應(yīng)該設(shè)置若干枝，大部分學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中選擇每組5-10枝，取平均值以減少實(shí)驗(yàn)誤差;控制變量時(shí)，還要考慮適宜生根季節(jié)、氣溫、陽(yáng)光等因素;除了枝條的長(zhǎng)勢(shì)、帶芽的數(shù)量要基本相同外，在生長(zhǎng)素溶液中浸泡時(shí)，水分蒸發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)素溶液的濃度上升等;對(duì)生根情況的觀察記錄，除了記錄相同時(shí)間內(nèi)生根的條數(shù)、生根的長(zhǎng)度，還可以增加一個(gè)記錄指標(biāo)，記錄最先出根的時(shí)間，也能說(shuō)明促進(jìn)生根的情況。真實(shí)的操作反映出，學(xué)生對(duì)等量原則、單一變量原則、無(wú)關(guān)變量控制有更進(jìn)一步的理解;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的能力都有明顯提高。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題集中在如何配制不同濃度梯度的生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑溶液，通過(guò)討論，能最后運(yùn)用化學(xué)濃度計(jì)算方法解決問(wèn)題。對(duì)個(gè)別小組的實(shí)驗(yàn)中生根異常的現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生分析原因，又回到實(shí)驗(yàn)室重新做，真正激發(fā)學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)探究的興趣和信心，培養(yǎng)了學(xué)生一絲不茍的科學(xué)探究態(tài)度和科學(xué)探究素養(yǎng)。

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