段寅佳 唐贇 楊在君 周裕志

摘要 以“其他植物激素”為例，通過對相關(guān)科研素材的分析，讓學(xué)生逐步掌握赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸、乙烯等植物激素的生理作用，理解植物激素間的協(xié)同和拮抗等關(guān)系，并運(yùn)用所學(xué)知識解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題，從而構(gòu)建生物學(xué)概念，培養(yǎng)科學(xué)思維等學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞高中生物學(xué) 植物激素 科研素材 科學(xué)思維

中圖分類號 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）》指出，科學(xué)思維是高中生物學(xué)四大學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是學(xué)生適應(yīng)未來社會發(fā)展和個人生活的基礎(chǔ)。在高中生物學(xué)教學(xué)中，充分運(yùn)用科研素材，讓學(xué)生在科研素材的分析中獲取知識，完善生物學(xué)知識體系，可較好地實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維的培養(yǎng)。下面以“其他植物激素”為例，介紹科研素材在科學(xué)思維培養(yǎng)中的運(yùn)用。

1 教材分析

“其他植物激素”是人教版《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第五章第二節(jié)的內(nèi)容，包含赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸、乙烯等植物激素的生理作用，以及植物激素間的協(xié)同和拮抗關(guān)系等，是構(gòu)建“舉例說明幾種主要植物激素的作用，這些激素可通過協(xié)同、拮抗等方式共同實(shí)現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)”和“舉例說明生長素、細(xì)胞分裂素、赤霉素、脫落酸和乙烯等植物激素在生產(chǎn)上得到了廣泛應(yīng)用”兩個次位概念，最終構(gòu)建大概念“生命個體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜生命活動，并通過一定的調(diào)節(jié)機(jī)制保持穩(wěn)態(tài)”的基礎(chǔ)。理解植物激素之間的拮抗作用和協(xié)同作用是教學(xué)難點(diǎn)。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）明確細(xì)胞分裂素、赤霉素、脫落酸和乙烯的主要作用，認(rèn)同植物的生長發(fā)育受植物體內(nèi)多種激素共同調(diào)節(jié)。

（2）通過科研素材的分析，了解赤霉素的發(fā)現(xiàn)過程，分析植物激素的變化規(guī)律和相互之間的作用關(guān)系，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維。

（3）通過理論與實(shí)例的結(jié)合，關(guān)注植物激素在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，嘗試解決生產(chǎn)實(shí)踐問題，樹立社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

3 教學(xué)過程

3.1情境創(chuàng)設(shè)，問題導(dǎo)入

情境素材：研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯有休眠期，收獲的馬鈴薯度過休眠期后才能萌發(fā)，但大棚種植中，用赤霉素處理馬鈴薯塊莖，能使馬鈴薯提前萌發(fā)、提前上市，增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。

情境問題：（1）為什么要用赤霉素處理馬鈴薯塊莖？（2）用赤霉素處理馬鈴薯塊莖說明赤霉素有什么生理作用？（3）赤霉素還有其它生理作用嗎？（4）農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，除了赤霉素還有其它嗎？

設(shè)計(jì)意圖：以科研素材“赤霉素處理馬鈴薯塊莖，實(shí)現(xiàn)大棚提前種植馬鈴薯”為切入點(diǎn)，讓學(xué)生了解生物學(xué)知識在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；促進(jìn)學(xué)生積極思考，訓(xùn)練科學(xué)思維；初步了解赤霉素的生理作用，為進(jìn)一步掌握赤霉素的生理作用以及細(xì)胞分裂素等植物激素的生理作用打基礎(chǔ)。

3.2分析素材，掌握赤霉素

3.2.1赤霉素的發(fā)現(xiàn)史

科研素材：①1926年，科學(xué)家觀察到，當(dāng)水稻感染了赤霉菌后，會出現(xiàn)植株瘋長的現(xiàn)象，病株往往比正常植株高50%以上，并且結(jié)實(shí)率大大降低，因而稱為惡苗病。②研究者將赤霉菌培養(yǎng)基的濾液噴施到水稻幼苗上，發(fā)現(xiàn)這些幼苗雖然沒有感染赤霉菌，但也出現(xiàn)惡苗病的癥狀。③1935年，科學(xué)家從培養(yǎng)基濾液中分離出致使水稻患惡苗病的物質(zhì)，稱之為赤霉素。④20世紀(jì)50年代，科學(xué)家從未受赤霉菌感染的植物體內(nèi)分離出赤霉素，發(fā)現(xiàn)赤霉素在植物中普遍存在，而且知道了植物體內(nèi)的赤霉素包括許多種。

思考討論：（1）由素材①推測，水稻患惡苗病的直接原因可能是什么？怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明？（2）素材②支持水稻惡苗病的病因是什么？（3）素材③和④誰支持赤霉素是植物激素？為什么？（4）素材①-③證明赤霉素具有什么樣的生理作用？（5）為什么在濾液中分離提取出赤霉素的20多年后，才從植物體內(nèi)分離出赤霉素？由此說明科學(xué)探究是一個什么樣的過程？

設(shè)計(jì)意圖：以發(fā)現(xiàn)赤霉素的科研素材為基礎(chǔ)，在問題串的引導(dǎo)下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析問題，深入了解赤霉素的發(fā)現(xiàn)過程，明確赤霉素的部分生理作用，訓(xùn)練科學(xué)思維能力，知道科學(xué)研究是漫長而艱辛的過程。 3.2.2赤霉素的生理功能

科研素材：科研工作者用不同濃度的赤霉素處理棉花種子和葡萄幼果，觀察種子的發(fā)芽情況和葡萄幼果的生長情況，得表1和表2所示數(shù)據(jù)。

思考討論：（1）分析表1數(shù)據(jù)推知赤霉素的生理功能是什么？（2）分析表2數(shù)據(jù)推知赤霉素的生理功能是什么？（3）赤霉素還有什么功能？能否在教材中尋找到答案？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生以科研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析得出赤霉素促進(jìn)種子萌發(fā)和果實(shí)生長的生理作用；以問題驅(qū)動獲知赤霉素的其它生理作用，結(jié)合前文的導(dǎo)入和“素材分析”，讓學(xué)生全面掌握赤霉素的生理作用、訓(xùn)練邏輯分析等科學(xué)思維能力。

3.2.3推測赤霉素分布，概括赤霉素知識

討論問題：（1）赤霉素體現(xiàn)“促進(jìn)細(xì)胞伸長，從而引起植株增高”等生理功能的部位分別是哪里？（2）赤霉素發(fā)揮功能的部位有什么共性特點(diǎn)？（3）能否推測出赤霉素的合成部位并用一句話概括？（4）能否用表格概括赤霉素的相關(guān)知識？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生從赤霉素功能部位出發(fā)，總結(jié)出赤霉素發(fā)揮功能的部位具有生長旺盛的共性，由此推測赤霉素的合成部位是生長旺盛的幼芽、幼根、幼果和未成熟的種子等；學(xué)生通過概括赤霉素知識，形成如表3所示知識表單；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和生命觀念等學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.3分析科研素材，掌握細(xì)胞分裂素、乙烯和脫落酸

科研素材：①1948年，研究者發(fā)現(xiàn)一些物質(zhì)能誘導(dǎo)組織培養(yǎng)中煙草切段的細(xì)胞分裂，且能促進(jìn)芽的形成，后命名為激動素。此后，又發(fā)現(xiàn)了多種天然的和人工合成的具有激動素生理活性的化合物。當(dāng)前，把從玉米或其他植物中分離或人工合成的具有激動素相同生理活性的化合物，統(tǒng)稱為細(xì)胞分裂素。細(xì)胞分裂素可用于果樹和蔬菜上，主要用于促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)大，提高坐果率，延緩葉片衰老。在進(jìn)行組織培養(yǎng)時，向培養(yǎng)基中加入細(xì)胞分裂素會促進(jìn)細(xì)胞的分裂、生長和發(fā)育。細(xì)胞分裂素能延遲花和果實(shí)的衰老，給切花噴灑細(xì)胞分裂素有利于其保鮮。②1864年，法國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)煤氣燈旁樹木比正常樹木更容易脫落，鑒定出導(dǎo)致脫落的活性物質(zhì)是乙烯。1901年，俄國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)豌豆苗呈現(xiàn)出三重反應(yīng)，莖伸長減少，橫向生長增加，不正常的水平生長。但是如果給豌豆苗通風(fēng)，豌豆呈現(xiàn)出正常生長。后來在實(shí)驗(yàn)中證明是乙烯發(fā)揮的作用。1910年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)發(fā)霉的橘子可以催熟香蕉，大量的青霉菌可以產(chǎn)生乙烯。在葉片脫落過程中，乙烯能促進(jìn)離層形成。③1961年研究者從成熟棉鈴里分離出一種能使葉柄脫落加速的物質(zhì)結(jié)晶，稱為脫落素Ⅰ。1963年從棉花幼鈴中分離出另一種加速脫落的物質(zhì)結(jié)晶，叫做脫落素Ⅱ。同年從槭樹將要脫落的葉子里分離出一種抑制物質(zhì)，能使生長中的幼苗和芽休眠，命名為休眠素。1965年，科學(xué)家證明休眠素和脫落素Ⅱ是同一物質(zhì)。1967年在第六屆國際植物生長物質(zhì)會議上，統(tǒng)一稱為脫落酸（ABA）。

思考討論：（1）科研素材①-③分別呈現(xiàn)了什么植物激素的發(fā)現(xiàn)過程？（2）從激素的發(fā)現(xiàn)過程中，可推測出相應(yīng)激素的具體功能嗎？（3）你能結(jié)合教材，用學(xué)習(xí)赤霉素的方式，以表3形式總結(jié)出細(xì)胞分裂素、乙烯和脫落酸的合成部位和主要作用嗎？

設(shè)計(jì)意圖：以科研素材為基礎(chǔ)，讓學(xué)生了解細(xì)胞分裂素、乙烯和脫落酸的發(fā)現(xiàn)過程并分析其功能、推測其合成部位；學(xué)生能舉例說明幾種主要植物激素的作用，為構(gòu)建大概念打基礎(chǔ)，訓(xùn)練科學(xué)思維能力。

3.2.4植物激素的協(xié)同作用

科研素材：科研工作者以豌豆為材料，研究生長素（IAA）和赤霉素（GA）對植物節(jié)間伸長的影響，其結(jié)果如圖1所示。

思考討論：（1）能用自己的話描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果嗎？（2）生長素和赤霉素的生理作用具有共性嗎？（3）分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果能得出什么結(jié)論？

設(shè)計(jì)意圖：以科研素材為基礎(chǔ)，讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，明確IAA和GA均具有促進(jìn)植物生長的作用，但 IAA 的促進(jìn)效應(yīng)較 GA 明顯；IAA 和 GA 兩種激素同時存在時，具有明顯的增效作用；學(xué)生認(rèn)同生長素和赤霉素能協(xié)同促進(jìn)莖段的伸長，理解植物激素的協(xié)同作用，明確概念“植物激素能通過協(xié)同實(shí)現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)”；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)以及信息獲取與加工能力。

3.2.5植物激素的拮抗作用

科研素材：某科研人員對白熟期草莓進(jìn)行不同激素注射處理，每隔一天取樣，探討脫落酸與生長素在草莓果實(shí)成熟過程中的相互作用，得表4數(shù)據(jù)。

思考討論：（1） A、B 與 D 對照能得什么結(jié)論？（2） C 與A、B、D對照能得什么結(jié)論？（3）本實(shí)驗(yàn)證明脫落酸與生長素具有什么關(guān)系？

設(shè)計(jì)意圖：以科研素材為基礎(chǔ)，讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，明確脫落酸促進(jìn)果實(shí)成熟、生長素抑制果實(shí)成熟，二者可相互抵消對方的作用，理解植物激素的拮抗作用；明確概念“植物激素能通過拮抗實(shí)現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)”；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)以及信息獲取與加工能力。

3.2.6植物激素的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)調(diào)控關(guān)系

科研素材：植物的生長發(fā)育受多種激素的共同作用，圖2為獼猴桃果實(shí)發(fā)育和成熟過程中相關(guān)激素的動態(tài)變化。

思考討論：（1）獼猴桃果實(shí)發(fā)育和成熟過程中每種激素的含量怎么變化？（2）激素含量達(dá)到高峰的時間有什么特點(diǎn)？由此說明植物激素調(diào)節(jié)具有什么性？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)分析，認(rèn)同在植物生長發(fā)育過程中，各種激素的含量都是動態(tài)變化的，不同激素的調(diào)節(jié)還往往表現(xiàn)出一定的順序性，多種激素通過協(xié)同與拮抗作用相互影響，形成植物激素調(diào)控網(wǎng)，同時訓(xùn)練邏輯分析等科學(xué)思維能力。

3.3解決情境問題，深化概念理解

問題情境：（1）果農(nóng)為了控制柑橘和葡萄柚的落果，使之在未采摘時不脫落，可以噴灑何種激素？在使用激素時需要注意什么？（2）同一塊地的漿果也會長勢不同，為了使?jié){果便于機(jī)械采收，又可以如何處理？

設(shè)計(jì)意圖：通過問題情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注植物激素在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，學(xué)生能舉例說明植物激素在生產(chǎn)上得到了廣泛應(yīng)用，深化概念的理解，助力生物學(xué)大概念構(gòu)建；提高學(xué)生分析解決問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

4 教學(xué)反思

在“其他植物激素”一節(jié)教學(xué)過程中，以科研素材為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維，分析掌握赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸、乙烯等植物激素單獨(dú)的生理作用和分布，理解植物激素的協(xié)同、拮抗關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，解決生產(chǎn)生活問題。在此過程中，學(xué)生構(gòu)建

了上述兩個次位概念，為學(xué)科大概念的構(gòu)建打下基礎(chǔ)，學(xué)生發(fā)展了科學(xué)思維等學(xué)科核心素養(yǎng)，將有助力學(xué)生全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]盧媛.試析生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要素及其關(guān)系[J].中學(xué)生物學(xué)，2019，35（08）：55-57.

[3]祝義蘭.基于核心素養(yǎng)下的以關(guān)鍵問題作引導(dǎo)的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“其他植物激素的調(diào)節(jié)”為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2019，35（04）：41-42+67.

[4]吳相鈺，陳守良，葛明德.陳閱增普通生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2014.

[5]鄧美英.“其他植物激素”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2018，43（04）：38-39.

[6]盧文靜.脫落酸和生長素調(diào)控香蕉及草莓果實(shí)成熟的作用機(jī)理[D].浙江大學(xué)，2018.