“生长素的发现过程”的研究思路分析及教学建议

王修建

(江苏省无锡市第一中学 214031)

植物生长素的发现过程历时长久，凝聚着许多科学家的智慧与劳动汗水，堪称生物科学研究的典范。遗憾的是，教材因篇幅所限，对其研究过程的编排过于简略。因此，有必要对其研究思路进行深入的分析，对其蕴含着的科学内涵与逻辑联系进行充分的发掘，在此基础上进行活动化教学设计，才能更好地组织教学并达成教学目标。本文结合人教版高中生物学教材的相关内容探讨如下。

1 研究思路分析

生长素的发现源于对植物向光性的观察，主要涉及达尔文、詹森、拜耳和温特四位科学家的研究。最早进行研究的是达尔文。教材在介绍达尔文的研究时，只是展现了几幅实验示意图(胚芽鞘在单侧光照射下的向光弯曲生长、切去尖端的胚芽鞘在单侧光照射下不弯曲、用锡箔小帽罩住尖端的胚芽鞘在单侧光照射下直立生长及用锡箔小套套在尖端下段的胚芽鞘在单侧光照射下的向光弯曲生长)，以及简短的文字说明，然后直接给出了达尔文根据实验所作出的猜(推)测及解释。这里的主要问题是：达尔文为何要做切去胚芽鞘尖端及使用锡箔的实验？实验用意(意图)是什么？查阅资料都没有提及。据分析，达尔文在观察到植物的向光性特别是做了单侧光照射胚芽鞘并观察到向光弯曲生长的实验后，就产生了这样的问题：胚芽鞘为什么会生长？为什么在单侧光照下会弯曲生长？通过思考，他认为胚芽鞘无论生长还是弯曲都离不开胚芽鞘(胚芽)自身，和萌发种子的其他结构关系不大(因为埋在泥土里)。而胚芽鞘无非是由尖端与尖端下段组成。由此进一步明确了研究问题：胚芽鞘的生长是由其尖端决定还是由尖端下段决定的？单侧光照是作用于胚芽鞘尖端还是尖端下段才导致弯曲生长的？为研究这两个问题，达尔文分别设计了切去尖端的实验，以及使用锡箔所做的实验。

对于詹森的研究，教材只提供了两幅示意图：①切去尖端的胚芽鞘在单侧光照下不弯曲；②切去胚芽鞘尖端，在其切面上放一块薄的琼脂片，再把尖端放在琼脂片上，在单侧光照下的结果是向光弯曲生长。然后直接给出实验结论。对于詹森的实验，显然缺少对照实验，因为琼脂片本身也许含有达尔文所提出的某种“刺激”。因此，需要再设置一个实验，在切去尖端的胚芽鞘的切面上只放同样的琼脂片，以排除琼脂本身的影响。

对于拜耳的研究，教材也提供了两幅图片(在黑暗条件下切去胚芽鞘尖端，然后再放在其切面的左侧及右侧)，并直接给出结论。当然，拜耳实验不再去研究单侧光照的作用，只是研究胚芽鞘的尖端是否产生某种“刺激”，也可以说构成了对照(尖端放在切面的左右侧)。其实，拜耳的实验还潜藏着一个更大的发现：生长素在尖端下段只能向下(极性)运输(当然，这最好是在学习了后面内容之后，再回过头来揭示)。

对温特的研究，教材提供了实验示意图及相关文字说明，并给出了实验结论。应当说，温特的实验设计与过程无懈可击，但问题是，该研究有无必要？它与詹森和拜耳的研究有何联系？这两个问题关乎教学中对温特研究内容的引入。有些教师认为，詹森和拜耳的实验都已经证明了达尔文的猜测，即胚芽鞘尖端能产生某种“刺激”(并且强调这种“刺激”是某种化学物质，甚至对于达尔文所提出的“刺激”都说成了“刺激物”)，所以，温特的研究只是重复而已。这种看法是不妥的。首先，达尔文的猜测是“刺激”而非“刺激物”。“刺激”既包括物质方面，也包括非物质方面，而“刺激物”只是物质的范畴；其次，詹森和拜耳的实验都只能证明胚芽鞘尖端能产生某种“刺激”，而温特的实验才能证明尖端产生了某种“刺激物”。为什么说詹森和拜耳的实验都只能证明尖端产生了某种“刺激”而非“刺激物”呢？原因就在于胚芽鞘的尖端虽然都被切下来，但都还在接触或接近去掉尖端的胚芽鞘(切面)，这就不能排除非物质因素(如电、磁、力等)的影响(当然这种影响是物质因素造成的可能性更大)。而温特的实验因为切下的胚芽鞘尖端是远离去掉尖端的胚芽鞘(切面)的，故能完全排除非物质因素的影响。所以，温特的研究是在詹森和拜耳研究的基础上的深化和完善，是十分必要的。

2 教学处理及设计建议

对于达尔文的研究，在学生认识了植物向光性的现象后指出，是达尔文对此首先展开了研究，并出示达尔文研究实验示意图——用单侧光照射胚芽鞘(表现为向光弯曲生长)。然后提出问题：你认为胚芽鞘的生长是由萌发种子的哪一结构、哪一部位决定的？对于胚芽鞘的弯曲生长，单侧光照只是外因，内因还是萌发种子本身，那你认为是胚芽鞘的哪一部位受到单侧光照才导致弯曲生长的？然后组织学生思考讨论。实践表明，学生是能够猜测出是由胚芽鞘的尖端决定胚芽鞘的生长，同时也是由其接受单侧光照而引起弯曲生长的。接着继续提问：怎样设计实验来验证你的猜测是否正确呢？学生也不难发现，通过切去胚芽鞘的尖端，观察去掉尖端的胚芽鞘是否还能继续生长；设法将胚芽鞘的尖端及尖端下段分别遮光，观察哪部分还能弯曲生长。教师再结合达尔文的实验进行总结。当然，为降低教学难度，也可以先直接介绍达尔文的几个研究实验，然后再提出问题：达尔文设置去掉尖端的实验，以及利用锡箔所做的实验的意图各是什么？并组织学生讨论。

对于詹森和拜耳的研究，同样可以采取两种教学策略：①先不展示两人的研究实验，而是针对达尔文所提出的猜测“胚芽鞘的尖端产生某种刺激”，要求学生自主设计实验方案，通过实验途径加以验证，然后再介绍詹森和拜耳是怎样设计实验来验证达尔文的猜测的；②分别直接展示詹森和拜耳的研究实验，然后提出问题并组织学生分析讨论：詹森、拜耳的实验结论各是什么(或两人的实验结果能证明达尔文的猜测吗)？你认为詹森的实验设计严谨吗？如不严谨，该怎样进一步完善才能使结论更加准确可靠？一般情况下，学生能发现詹森实验设计的不足之处——缺少对照实验，即需要设置一个对照实验以排除琼脂本身含“某种刺激”。

对于温特的研究，也可以不直接引出，而要进一步引导学生分析讨论詹森、拜耳的实验，进而发现其共同不足之处——胚芽鞘的尖端始终是接近甚至接触去掉尖端的胚芽鞘的切面的，故虽然胚芽鞘尖端产生的某种“刺激”更可能是某种化学物质，但仍不能排除是非物质的可能。进而引导学生自主设计实验，以证明某种“刺激”是化学物质，排除其是非物质的可能。当然，也可以在学生发现了詹森和拜耳的研究实验的共同不足之处以后，直接展示温特的实验，然后结合温特实验进行提问和总结。

3 讨论及反思

精心设计课堂教学应突出两点：①在分析、理解的基础上重视对教材内容的发掘；②在理解、发掘的基础上重视对教材内容进行创新性处理以及活动化设计。

对教材内容的发掘，主要包括：一是对教材中一些知识内容的来龙去脉及科学内涵进行深入地发掘。例如，达尔文、詹森、拜耳及温特的研究实验的背景各是什么？在各自的背景下他们分别提出了哪些研究问题？为解决这些问题他们分别设计了怎样的实验？二是对教材中的相关知识内容之间的逻辑联系或关系进行发掘。例如，达尔文的几个研究实验之间有何逻辑联系，詹森、拜耳的研究实验与达尔文的研究实验之间有何逻辑关系，以及温特的研究实验与詹森、拜耳的研究实验之间又有着怎样的逻辑关系。

目前，课堂教学中照本宣科的现象已不常见，但仍有一些教师在“教教材”而不是“用教材教”。他们认为，教材是教学和考试的依据，因而在教学中往往视教材为“权威”，不敢越雷池半步，只能分析、理解，不能改变。实际上，教材是课程(教学)资源(当然是主要资源)之一，教学与考试依据的是课程标准与考试说明(考试大纲)而非教材，教材不但要分析理解，更要处理和完善。那么怎样才能由“教教材”转变为“用教材教”呢？首先，需要对教材观念上的转变。其次，还要注意把教材内容转化为教学内容。教材内容并非就是教学内容，因为教材内容大多是静态的、结论性的描述，虽然编写时也要遵循认知规律，但更要考虑教材编写自身的特点；而教学内容的设计组织不但要重视“过程”，更要符合学生的认知规律与特点。

有效教学的主要措施之一就是教学的过程化或活动化。狭义地说，对教学活动的设计就是指对教学进行活动化或过程化设计。因此，仅仅重视对教材内容的发掘是远远不够的，更重要的是要在对教材内容的发掘的基础上，设计适宜的教学活动，进而组织并达成有效教学。例如，在对“生长素的发现过程”的内容进行发掘的基础上，教师提出问题(或让学生自己发现并提出问题)让学生思考并组织讨论交流，为解决问题让学生进行探究并自主设计实验等活动。