“生长素的发现”一节的翻转教学尝试

吴志强　郭兰兰

摘 要 叙述了“生长素的发现”一节涉及科学史中多个经典实验，借助微视频下的翻转课堂教学，重整课内外时间，辅以逻辑严密的问题串，全体学生共同完成对实验结果的分析和思维的建构，高效完成学习任务。

关键词 生长素的发现 微视频 翻转课堂 教学尝试

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

教师借助微视频翻转课堂教学的实施，可以重整课内外时间，使学生更加专注于思考、讨论、交流和合作学习。该模式有利于解决教育资源分配不均匀的问题，将学生从单调而枯燥的文本中解放出来，以更为生动、开放的方式去学习，具有可重复性，有利于落实STS的教学目标。为此，笔者结合“生长素的发现”一节的教学，尝试微视频下的翻转课堂教学。

1 教与学的分析

生长素的发现过程历经半个世纪，科学家们拍案叫绝的实验设计令人钦佩，然而仅仅通过“读课文、看图片、记结论”的方式来学习是难以实现培养生物科学素养和思維能力的教学目标的。高中学生已经掌握了科学探究的一般过程和方法，但是面对复杂的、珠串式的课题仍然会手足无措；生长素发现的相关实验耗时长，课内几乎不可能完成这项实验；同时，部分学生对于动手实验心生胆怯或是不屑，导致对动手实验的兴致不高。如何链接科学史上的经典实验，分解和改编复杂的实验是教师备课中的重点和难点。

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。为了解决这一难题，笔者对科学史上的经典实验进行了适当的改编、优化，重组实施课外实验，为学生创造探究生物知识的机会，引导其沿着科学家的足迹走出自己的思维之路。具体做法是：对愿意参加课外实验的学生进行分组，让他们自由组建实验小组，自由选取部分实验课题进行实验。教师将整个实验过程和现象制作成视频。课堂上借助经过剪辑的实验视频，辅以逻辑严密的问题串，由全体学生共同完成对实验结果的分析和思维的建构。学生理解了实验的原理和实验思路，实验结论的得出便会水到渠成。

2 微视频的内容

2.1 导入微视频

教师从网上下载国外大型科普纪录片《植物私生活》，剪辑其中种子萌发、鲜花吐蕊等鲜活的生命现象的视频片段，时长15 s。

2.2 达尔文的向光性实验微视频

2.2.1 植物向光性外因探究实验的微视频

教师依据学生实验录制的视频，剪辑了控制实验自变量和实验结果两部分。在视频中，学生将生长状况相同的玉米胚芽鞘幼苗均分为A、B、C三组。A组置于黑暗的密封纸盒内，B组放置在一侧有开口的相同纸盒内，C组不处理。同时将三组材料放置于恒温光照培养箱中。实验17 h后（视屏处理为快进）发现，虽然光下和黑暗中玉米胚芽鞘幼苗生长情况不完全相同，但都表现为直立生长，处于单侧光下的胚芽鞘幼苗表现为弯向光源生长。该微视频时长65 s。

2.2.2 感光部位的探索实验微视频

学生设置4组实验，1、2两组玉米胚芽鞘的尖端和尖端下面的伸长区分别罩上锡箔小帽，第三组玉米胚芽鞘的尖端去掉，第四组不处理。然后将4组实验材料置于一侧有开口的同一纸盒中。再将纸盒放入恒温光照培养箱中培养20 h后，（视屏处理为快进）观察到：第一组的玉米胚芽鞘表现为直立生长，第二组和第四组的玉米胚芽鞘表现为弯向光源生长，第三组玉米胚芽鞘不弯曲不生长。该微视频时长40 s。

2.2.3 生长不均匀的探索实验微视频

学生依据达尔文的假说——伸长区背光面比向光面生长快增设一组实验。学生用记号笔对玉米胚芽鞘涂色，将其置于单侧光下，观察向光侧和背光侧的生长情况，植物生长20 h后（视屏处理为快进），背光侧的断线长，向光侧的断线短。该微视频时长40 s。

2.3 模拟鲍森·詹森实验微视频

设置三组实验：第一组将玉米胚芽鞘的尖端切断，将琼脂块放置于尖端下面一段再在琼脂块上放上尖端；第二组玉米胚芽鞘相同位置插入云母片；第三组切去尖端，尖端下面一段仅放置琼脂块。三组均置于一侧开口的纸盒中，移至恒温光照培养箱中18 h后（视屏处理为快进）。第一组表现为弯曲生长，第二组、第三组表现为不弯曲，没有明显的生长现象。该微视频时长40 s。

2.4 模拟拜尔实验微视频

视频剪辑内容两组实验，将玉米胚芽鞘尖端剪去一半，保留一半，其中一组剪掉左边，另一组剪掉右边，均置于黑暗条件下生长14 h（视屏处理为快进），表现为弯向对侧生长。该微视频时长20 s。

2.5 模拟温特实验微视频

学生设置两组实验，接触过胚芽鞘尖端的琼脂块和未接触过胚芽鞘尖端的空白琼脂块分别置于切去尖端的胚芽鞘的一侧，放在黑暗盒子中，置于恒温培养箱中生长18 h（视频处理为快进），两组幼苗均表现为弯向对侧生长。该微视频时长30 s。

3 基于微视频翻转教学过程

3.1 课前准备

教师精选资料制成导学案，学案中既有相关历史背景，又包含了实验的原理、材料和步骤。学生依据兴趣自主领取实验任务，设计实验并观察记录实验结果，录制视频。教师将视频剪辑成微视频，链接于课件中。

3.2 以微视频导入，创设情境

播放视频短片《植物的私生活》，以种子萌发、鲜花吐蕊等鲜活的生命现象吸引学生的注意力，并提出问题：动物生命活动的调节机制是什么？植物生命活动的调节会有类似的机制吗？教师引导学生进行知识温习的同时，使学生进行思维的比较和迁移，巧妙过渡到植物生命活动调节方式的探索活动中来。

3.3 达尔文的向光性实验的分解

关于取材和分组，鉴于文献资料和本地的实际情况，笔者为学生选择了另一种禾本科植物——玉米做实验材料。为了分解难点，将达尔文的实验改编后分别从引起向光性的外界因素、感受单侧光刺激的部位、弯曲生长的直接原因是尖端下面一段生长不均匀等三个角度进行实验设计。

第一组实验：视频展示生长状况相同的三组玉米胚芽鞘分别在黑暗、均匀光照、单侧光下的生长情况。教师提出问题：引起玉米胚芽鞘弯向光源生长的外界因素是什么？学生通过回答此问题，感受达尔文敏锐的观察力。

第二组实验：视频展示生长状况相同的四组玉米胚芽鞘分别在不处理、切除尖端、用锡箔小帽遮住尖端、用锡箔小帽遮住尖端下面一段的生长情况。教师提出问题：感受单侧光刺激的是玉米胚芽鞘的哪一部位？达尔文用锡箔小帽分别遮住尖端和尖端下面一段体现了怎样的科学思维方法？教师引导学生理解和掌握排除法。达尔文通过细致的观察，发现弯曲部位在尖端下面的伸长区，据此达尔文提出了：胚芽鞘尖端产生的影响向下传递，对在其下面的伸长区产生影响，造成背光侧生长速度比向光侧的快，出现向光性，你能设计更为直观的实验来探究是否是背光侧生长快于向光侧吗？

第三组实验：用记号笔对玉米胚芽鞘涂色，将其置于单侧光下，观察向光侧和背光侧的生长情况。视频展示实验结果，背光侧的断线长，向光侧的断线短，直观的表明背光侧生长比向光侧快。

3.4 鲍森·詹森实验的补充

根据达尔文的假说，鲍森·詹森想到“这种影响真的能传到下部的伸长区，并决定向光性吗？”教师依据教材插图3-2，要求学生依据对照实验的原则，对鲍森·詹森的实验设计进行评价：这个实验设计是否严谨？如果学生不能发现，教师可直接提出：怎样才能排除琼脂块对实验造成的影响？学生讨论之后增设两组实验，分别在玉米胚芽鞘尖端相同位置插入云母片，在切去尖端下面的一段放置空白琼脂块。视频展示第四组的实验结果——尖端产生的某种影响可以透过琼脂块传递给尖端下部。

3.5 拜尔实验的改进

依据鲍森·詹森实验的实验结论，教师进一步追问：既然尖端产生的某种影响可以传递给尖端下部，为什么伸长区两侧会出现生长不均匀的现象呢？以此引导学生提出假说：可能是尖端产生的影响在尖端下面的伸长区发生了不均匀的分布。如何来证明假说的正确与否呢？引导学生运用实验来验证。

通过阅读教材插图3-3，教师继续提问：拜尔的实验条件为什么与达尔文和鲍森·詹森不同？为什么是处在黑暗条件下呢？以此引导学生将向光性产生的原因由外界原因转移至对内因的思考。学生讨论实验设计方案，由于玉米胚芽鞘尖端细长，對学生而言在操作上较为困难，经过讨论将实验改为等效的实验即将玉米胚芽鞘尖端剪去一半，保留一半，置于黑暗条件下生长。

展示视频第五组实验结果与拜尔实验高度吻合，得出实验结论：胚芽鞘的弯曲生长，是因为尖端产生的影响在下部分布不均造成的。

3.6 探究温特的实验

综合以上实验，科学家进一步推测尖端产生的影响可能是一种化学物质，由于它的分布不均匀导致了生长不均匀，从而弯曲生长。此时学生会产生困惑：要想证明是某种化学物质分布不均匀导致了弯曲生长，首要任务是收集该物质，依据前人的实验如何收集这种化学物质？教师引导学生借鉴鲍森·詹森的实验，用琼脂块收集生长素，并提出问题借鉴前人的方法如何使琼脂块中的化学物质实现不均匀分布呢？以此引导学生借鉴拜尔的实验。当学生整合了这两个实验之后，惊奇地发现自己已经在不知不觉中设计出温特实验，真切感受科学思维的继承性、逻辑推理所带来的美感。

为了更好强调教材对该实验的严密性问题，教师继续引导学生设置实验对照：接触过胚芽鞘尖端的琼脂块和未接触过胚芽鞘尖端的空白琼脂块。再以微视频展示第六组实验结果，得出实验结论：胚芽鞘尖端确实产生某种促进植物生长的化学物质并向下运输。最终人类发现并命名此物质为生长素。

4 教学反思

面对素质教育和课程改革的双重考验，微视频教学的前景看好。基于微视频的现代教学模式将原本一堂课无法完成的实验，让部分学生课前动手实验，再通过微视频在课堂上展示。一方面，将节省出的时间组织学生进行有效的探究活动，将生物科学史融会其中，引导学生在解决问题中得出真知。另一方面，这些微视频激发了学生的学习兴趣和动机。在课堂教学时，那些没有参加实验的学生通过视频了解实验的步骤和看到真实的实验结果，更愿意加入到动手实验的队伍中来。

这种教学模式重视培养学生的思考分析能力，在提高学生的科学素养方面可以发挥巨大作用。因此，教师在备课和教学中借用微视频掌控课堂、做好充分的预设，可以打造出更高效的生物课堂。