“植物生长素的发现” 一节基于问题体验式的教学策略

官修行 陈秋来

(福建省光泽县第一中学 354100)

“植物生长素的发现” 是人教版必修3第3章第1节内容，其中隐含着科学研究的方法与过程，以及设计实验时所要遵循的“单一变量原则”“对照原则”，是培养学生探究能力的好材料，在整个必修课本中处于相当重要的地位，对学生实验设计能力、提出问题、分析问题、解决问题等能力的培养是一个很好的素材。本文以“植物生长素的发现”一节为例，谈谈运用“问题体验式”教学方法设计的做法。

1 从生活现象创设问题情境，激发学生进行自主探究的欲望

如果学生的求知欲望被一节课成功的激发，那么这节课就成功了一半。教师用PPT呈现楼道栏杆上花盆植物生长状况的照片，然后将现实中的情景呈现给学生：引入长期放置在楼道栏杆上久未移动的花盆坠楼事件，由学生来“追查”花盆坠楼的“元凶”，通过一番讨论，最后达成较一致的意见：花盆坠楼的“元凶”可能是植物向光生长运动。进而提出问题：植物表现向光生长运动的原因是什么呢？并以此作为“锚”，在问题背景中产生学习的需要，引发学生急于要探究植物为什么具有向光性的兴趣，然后直接告诉学生植物生长素的发现就是在探究植物向光性原因的过程中被发现的，进而引入本节课的课题：植物生长素的发现。

2 回顾探究实验的基本知识，为学生自主探究做铺垫

2.1 选材的原则 引导学生回顾必修二孟德尔选用豌豆做实验的巧妙之处，引导学生思考：达尔文为什么要选用金丝雀虉草来做植物向光运动原因的探究实验？通过指导学生观察用PPT呈现的胚芽鞘结构(图略)和阅读教材中“相关信息”的内容，并通过学生之间的讨论，归纳禾本科植物胚芽鞘具有：经济、易得；形态特征明显，便于观察；生长周期短，有利于短期内得出实验结果等特点，是做植物向光运动原因探究实验的好材料。

2.2 设计探究实验需要遵循的基本原则 引导学生回顾必修一“比较过氧化氢在不同条件下分解”的实验，提出问题让学生思考：设计探究实验需要遵循哪些基本原则？通过学生讨论和教师点拨归纳得出：设计探究实验需要遵循的基本原则是科学性原则(含选材的科学性)、单一变量原则、对照原则和平行复重原则。

2.3 科学探究的基本过程 引导学生回忆必修一“植物细胞的吸水和失水”实验，提出问题让学生思考：科学探究的基本过程是什么？最后归纳出科学探究的基本过程(图1)。

图1 科学探究的基本过程

3 创设问题情境，引导学生探究实验

教师在做好上述铺垫后，可以像剥笋壳一样，引导学生层层剥开植物向光运动的原因了。问题串的具体设计思路如图2所示。

图2 植物向光运动原因的探究历程

3.1 植物感光部位是在胚芽鞘的尖端还是尖端下面的一段(达尔文实验) 为了让学生对探究实验的设计从自变量和无关变量的控制入手，以及对确定因变量的观测指标等知识大致的了解，也为学生对本节课后续要学习的内容探究实验的设计做好铺垫，对“植物感光部位在胚芽鞘的尖端还是尖端下面的一段？”的教学没有采用让学生设计探究实验的方法进行教学，而是采用与人的神经调节相比较的方法引入本环节的问题探究，然后指导学生思考与讨论问题串来进行教学。

(过渡)人在运动时是用眼睛观察周围环境的，那植物在向光运动时是用胚芽鞘的尖端还是尖端下面的一段来感受单侧光的刺激的呢？

接着，请同学们观察教材中图3-1的实验，并在教材中把4组实验标上序号：甲(弯向光源生长的实验)、乙(去掉胚芽鞘尖端的实验)、丙(用锡箔罩子把尖端罩着的实验)、丁(用锡箔罩子把尖端下面一段罩着的实验)。并由生物学科研究性学习小组成员代表介绍用玉米胚芽鞘模拟达尔文实验的实验成果(图3，该实验在学期初就提前布置)，介绍的目的在于拉近达尔文实验与学生的距离，让学生不会觉得这样的实验离我们很遥远，为学生积极参与进一步探究做铺垫。最后再用PPT逐步呈现以下思考题，由学生思考与讨论。

图3 学生用玉米胚芽鞘探究向光运动原因的实验照片

问题探究：①甲组和乙组实验的自变量和因变量分别是什么？甲组和乙组实验比较可以得出什么结论？ (自变量是胚芽鞘尖端的有无；因变量是胚芽鞘是否弯向光源生长。结论是胚芽鞘弯向光源生长与尖端有关) ②丙组和丁组实验的自变量和因变量分别是什么？丙组和丁组实验比较可以得出什么结论？ (自变量是遮光部位的不同；因变量是胚芽鞘是否弯向光源生长。结论是胚芽鞘弯向光源生长的感光部位在尖端，不是在胚芽鞘尖端下面的一段) ③如果你是达尔文，你能提出什么假说来解释上述4组实验的现象呢？(单侧光照射使胚芽鞘的尖端产生某种刺激，当这种刺激传递到下部的伸长区时，会造成背光侧比向光侧生长快，因而出现向光弯曲)

3.2 植物胚芽鞘生长部位是在尖端还是尖端下面的一段呢 采用PPT呈现可以提供的材料用具，指导学生设计探究实验的方法来教学。

设计探究实验：选用萌发的玉米种子和胚芽鞘若干、刀片、记号笔、针和线若干，要求设计实验探究胚芽鞘生长的部位是在胚芽鞘的尖端还是在尖端下面的一段。

讨论与评价：多数学生的设计思路是采用画横线的方法来设计的，其中①用刀片在玉米胚芽鞘上划等距的刻度做记号；②用扎针方法在玉米胚芽鞘上做等距的刻度做记号；③用线在玉米胚芽鞘上绑出等距的刻度做记号；④用记号笔在玉米胚芽鞘上画出等距的刻度做记号，一段时间后，观察玉米胚芽鞘上所做的等距记号是在什么部位间距明显变长。

教师指导学生交流自己的设计思路，并组织学生进行交流和评价，然后结合图示(图略)指出方法①和②设计思路会对胚芽鞘造成损伤，方法③可能会影响胚芽鞘的生长，并说明方法④是最优方案。同时指出还可以采用记号笔画竖线法或把胚芽鞘纵切后用显微镜观察的方法。

3.3 尖端感受到单侧光产生某种刺激会传递到下部吗(詹森实验) (过渡)人运动时用眼感受到周围环境的信息传导到神经中枢后，神经中枢发出的信号会传导到有关的运动系统产生运动。那么，植物没有神经系统，胚芽鞘尖端感受到单侧光后产生的某种刺激会传递到尖端下面一段吗？如何设计实验来探究呢? PPT呈现可以提供的材料用具。

材料用具包括：萌发的玉米种子和胚芽鞘若干、刀片、琼脂片和云母片若干。设计实验探究：尖端感受到单侧光产生某种刺激会传递到下部吗？请画出实验方案示意图,并用文字简要说明。

讨论与评价：教师先引导学生找出该实验的自变量是尖端与尖端下部的联系是否被阻断，因变量是胚芽鞘是否弯向光源生长，然后让学生分析琼脂片和云母片的分子排列的特点，得出分子排列致密的云母片或玻璃片能阻断胚芽鞘尖端和尖端下部的联系，而因琼脂片分子排列疏松，不会阻断胚芽鞘尖端和尖端下部的联系，可以用云母片和琼脂片来控制自变量。接着教师指导学生到讲台上用实物投影仪展示自己的实验方案示意图，并组织学生进行交流和评价，最后结合图4进行归纳总结。

图4 胚芽鞘尖端感受到单侧光后产生的某种刺激是

3.4 尖端感受到单侧光产生某种刺激在尖端下面一段分布不均吗(拜耳实验) 教师先指导学生观察教材图3-3，然后用PPT逐步呈现以下思考题，让学生思考与讨论，提高学生设计对照实验的能力：

问题探究：①拜耳实验为什么要在黑暗中进行？(排除光对弯曲生长的影响)②如何排除拜耳实验中胚芽鞘被割一刀后刀伤对实验结果的影响？(增加一组实验，把胚芽鞘尖端切下后放回原处)

3.5 如何设计实验同时证明尖端感受到单侧光产生某种刺激会传递到尖端下面一段，并在下部分布不均(温特实验) (评价与完善温特实验)由前后2桌4位学生组成一个学习小组，根据教材图3-4所给材料讨论如何对温特实验进行改进：①比较教材图3-3与图3-4，温特与拜耳实验的不同点是什么？(温特实验缺乏对照)②从实验对照、实验变量角度分析如何改进，请画出实验方案示意图,并用文字简要说明。

学生通过思考与讨论能够知道需要设置空白的琼脂块和放过尖端的琼脂块形成对照。教师引导学生用实物投影仪展示自己所画的示意图，其他同学进行评价。最后，教师点评和归纳设计思路。

小结：温特实验说明这种“影响”肯定是化学物质，而非场类、波类。因为如果是磁场、电场的话，温特实验不可能成功。而这种“影响”有促进植物生长作用，于是温特把这种物质称为“生长素”。

3.6 “刺激”的属性是一种化学物质吗(郭葛实验) (过渡)生长素是哪类化学物质呢？其分子式如何呢？郭葛从一个园丁偶然发现用人的尿液浇灌葡萄苗床，葡萄插枝容易生根成活的事例获得启发，首先从人尿中提取到植物生长素——吲哚乙酸。

思考与讨论：你认为从人尿中为什么可以提取植物生长素？(人以某些植物性食物为食，人体内也没有分解生长素的酶，所以生长素在体内不能被人类所分解利用而随尿液排出)

3.7 如何设计实验证明在单侧光照射下，尖端产生的生长素在尖端发生了从向光侧向背光侧的横向运输，还是在尖端向光侧的生长素被分解了 (设计探究实验)PPT呈现可以提供的材料用具，包括玉米胚芽鞘尖端、云母片、琼脂、光源和带一小孔的暗箱，设计实验证明在单侧光的照射下，尖端产生的生长素在尖端发生了从向光侧向背光侧的横向运输，还是在尖端向光侧的生长素被分解了？请画出实验方案示意图,并用文字简要说明。

讨论与评价：教师指导学生在学习小组内交流设计思路，确定最优方案后派代表用实物投影仪展示实验方案示意图，教师组织其他同学进行评价，最后归纳出设计思路。

3.8 植物向光运动的解释 (试一试)通过今天的学习，现在你能结合图示(图5)对植物的向光运动的原因作出科学、合理的解释了吗？

图5 向光运动原因解释的图解

先由学生在学习小组内进行交流讨论，然后选代表在全班层面交流成果，学习小组之间进行评价，教师归纳总结并提供记忆口诀：背多快(背光侧生长素多，生长得快)。

3.9 创设问题情境，进行情感价值观教育 进一步思考：达尔文注意到植物的向光生长现象，设计了实验解释向光性的原因。后来詹森、拜尔、温特等科学家通过实验更加完整科学地解释了植物向光运动的原因，请学生讨论：用三四个词语概括，如果你长大成为一名科学家,你认为在从事科学研究时应该具有哪些品质？(要有敏锐的观察力、大胆的想象力和严密的逻辑推理能力)

3.10 设置练习突破难点知识 (考考你)图6表示对燕麦胚芽鞘进行不同处理的情况，其中，A、B、C、D采用不透水的云母片，E、F采用未经任何处理的琼脂块，G、H采用不透光的锡箔纸，它们的生长状况将会怎样？(A.直立生长 B.向右弯曲生长 C.弯向光源生长 D.不生长 E.弯向光源生长 F.不生长 G.直立生长 H.弯向光源生长)

图6 对燕麦胚芽鞘进行不同处理的示意图

先由学生独立完成，然后学习小组交流讨论确定本组的最终答案，选代表展示成果，学习小组之间进行评价，教师归纳总结并提供记忆口诀：感尖弯尖下(感光部位在胚芽鞘尖端，弯曲部位在胚芽鞘尖端下面的一段)。

4 引导学生参与课后探究，为学习后续内容做铺垫

由于课堂时间有限，可以让学生带着问题走出课堂，利用网络、图书馆等资源任选以下3个问题中自己感兴趣的问题进行探究：

(1)20世纪80年代，有的学者用向日葵、萝卜为实验材料进行实验，结果发现，因单侧光照射而弯曲生长时，向光侧和背光侧的生长素含量基本相同，而向光侧的生长抑制物却多于背光侧。请上网或到图书馆查询相关的资料，并设计实验，探讨玉米的向光生长支持哪一种观点。

(2)一棵植物始终是要长大的，不可能永远有胚芽鞘。长大后的植物没有了胚芽鞘，也还需要生长素，除了胚芽鞘的尖端能产生生长素外，其他部位能不能产生呢？如果能产生的话，请你设计实验来证明。

(3)从一系列实验可以看出生长素在胚芽鞘的尖端产生，却是在胚芽鞘的尖端下部起作用，应该有一个运输的过程，是如何运输的呢？请你设计实验来证明。