基于“假说—演绎法”的“植物生长素的发现”教学设计

吴金花

摘 要：文章以“植物生长素的发现”探究历程为主线，创设问题情境，引导学生运用“假说-演绎法”，分组合作设计实验自主探究，层层深入地揭示植物向光性的原因;进而提高学生的探究能力和合作意识，让学生感悟科学方法，发展科学思维。

关键词：问题情境;假说—演绎法;教学设计;科学思维

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 收稿日期：2019-06-09 文章编号：1674-120X（2019）36-0088-02

一、教学目标

一是生命观念方面：在探究植物向光性原因的过程中，体会生命是通过调节实现稳态和平衡的。

二是科学思维方面：在学习植物生长素发现这一内容的过程中，体验科学家的思维历程，理解科学思维方法，形成科学思维习惯。

三是科学探究方面：运用“假说—演绎法”自主探究植物向光性原因，尝试提出问题并做出假设，设计实验并演绎推理，进一步体验科学探究的方法。通过小组合作，合理评价探究实验设计的科学性和严谨性，发展探究能力。

四是社会责任方面：在学习植物生长素发现过程的科学史中，体会科学家的科学品质与科学精神，[1]并且学会承担社会责任。

二、教学重难点

重点在于植物生长素的发现过程;运用“假说—演绎法”探究实验设计的科学性以及严谨性。难点在于植物向光性的原因。

三、基于“假说—演绎法”的教学过程设计

（一）创设情境，确定问题

教师播放绿豆幼苗向光弯曲生长的视频，引导学生观察幼苗生长环境，引导学生尝试提出各种可能的问题，最后确定要探究的问题：引起幼苗向光生长的外因是什么？

设计意图：提出有价值的问题是重要的科学素养，创设情境引入，启发思维，提出问题，激发探究欲望。

（二） 引发观点，提出假说

教师通过多媒体介绍达尔文实验材料金丝雀虉草的胚芽鞘（以下简称“胚芽鞘”），展示胚芽鞘在单侧光照射下向光弯曲生长的图片。引导学生提出问题：“胚芽鞘向光弯曲生长需要什么环境条件？胚芽鞘感受单侧光刺激的是哪一部分？向光性与尖端有何关系？胚芽鞘弯曲生长的是哪一部分？”

教师进一步引导学生思考：要弄清上述问题，需要设计怎样的实验进行探究？

1.分四个小组讨论，分别设计上述四个问题的探究方案

教师提醒学生科学实验设计时应遵循的原则，各小组画出实验设计示意图后，由小组代表展示并解说设计思路，其他小组同学给出评价和补充，教师小结。其中第四个问题的探究难度较大，可通过类比生活现象进行启发：如何确定头发生长部位在基部而非发尾？——染发标记;通过测量什么数据可确定人长高主要是下肢长长？——分别测量衣长和裤长变化量。

由此可确定方案：通过标记法在胚芽鞘间隔等长距离处画横线标记，一段时间后观察各横线段的长度变化情况。紧接着，教师用多媒体展示实际实验结果：横线标记段伸长的部位均在距离尖端2毫米以下的部位。由此可以确定：弯曲生长部位在尖端的下面一段。

2.利用多媒体展示达尔文实验

教师提出问题：“达尔文的实验结果说明了什么？”学生讨论回答：“向光生长需要单侧光，胚芽鞘生长离不开尖端，感光部位在尖端。”教师引导学生思考：由此现象能做出胚芽鞘向光性可能原因的推测吗？学生尝试推测，分析推测的科学性，教师及时评价。最后，教师介绍达尔文的推测一：尖端产生某种“影响”并传到下部。推测二：尖端产生的某种“影响”在下部分布不均，导致弯曲生长。

设计意图：“需要什么条件”的探究属自变量未知的条件探究，留有较大的探索空间，利于发挥学生自主性和创造性;“哪一部分”“在哪里”“有什么关系”均属尚未聚焦自变量的探索探究，利于发展学生的发散思维，[2]从而为学生进一步做出推测打下基础。通过小组讨论设计探究方案，然后由小组代表解说，可培养学生的合作意识和训练表达能力。通过介绍达尔文实验结果，进而引出观念，提出假说。

（三）学习历史，实验验证

教师设置问题情境：植物没有神经系统，尖端感光后对下部产生的“影响”不可能是神经起作用。动物激素是由产生部位运输到作用部位后起作用的，尖端产生的某种“影响”会是类似动物激素一样的物质吗？要如何设计实验证明呢？

教师尝试演绎推理：如果这种“影响”真的是一种化学物质，并且是从尖端运输到下部后起作用，那么阻断尖端与下部的运输通道后，这种“影响”将不能到达下部，下部将不生长。

同理，阻断通道后，如果能有某种介质让该“影响”运达下部，那就可以继续发挥影响功能。反过来，则可以说明这种“影响”是化学物质。

学生分组讨论，画实验探究设计示意图，并由小组代表展示并解说，教师对学生的实验思路进行评价。

教师引导学生观察詹森实验：琼脂透水，尖端物质仍可通过琼脂向下运输，云母片不透水，尖端物质不可通过云母片向下运输。分别用云母片和琼脂片插入尖端与下部之间，單侧光照下，插入云母片的胚芽鞘不生长，插入琼脂片的胚芽鞘仍然弯曲生长。

得出结论：尖端产生的“影响”是一种化学物质，并且能从尖端运往下部，促使下部生长。

教师提问：“单侧光引起胚芽鞘弯曲生长的机制是什么呢？”

教师引导学生对比分析向光弯曲生长实验和拜尔实验（如图一所示），拜尔实验切下胚芽鞘尖端放置在切面其中一侧，通过人为操作使尖端产生的物质在下部分布不均。向光弯曲生长是由单侧光这个外因导致的，而拜尔在暗室中进行的实验排除了单侧光这个外因的影响。但两者结果一样都出现了弯曲生长。

由类比推理得出初步结论：单侧光的作用是使某种物质分布不均，进而导致弯曲生长。

教师引导学生思考：参照詹森的实验技术手段和实验材料，应该要怎样设计实验才能排除尖端这个结构起作用，并进一步证明是尖端产生的某种化学物质起作用呢？

学生分组讨论，小组代表展示探究实验设计示意图，并解说设计思路，教师及时评价和鼓励。

演绎推理：如果达尔文推论是正确的，那么琼脂块这个介质在接触尖端后，尖端产生的化学物质就会传递到琼脂块中，放置琼脂块的一侧接收到该物质后，生长素就会弯向对侧生长。为排除琼脂块起作用，设置对照组，即放置未接触尖端的琼脂块时，胚芽鞘既不弯曲也不生长。

实验验证：教师引导学生观看温特实验结果（如图二所示），实验与预期相符。

得出结论：胚芽鞘尖端确实产生了一种能促使下部生长的化学物质，温特将其命名为“生长素”。

教师介绍1946年郭葛等科学家从高等植物中分离出生长素，并确认其化学本质是吲哚乙酸（IAA）。具有生长素效应的物质还有苯乙酸（PAA）、吲哚丁酸（IBA）等。

设计意图：创设问题情境，激发探究欲望。通过讨论并设计实验，掌握“假说—演绎法”的一般原理，培养科学探究能力;通过类比推理，进一步揭示植物生命活动的调节机制，同时培养逻辑推理能力;通过设计琼脂块对照实验，渗透科学探究实验设计原则，训练实验设计的科学性和严谨性，培养逻辑思维;通过学习科学史，总结经验、提升思维能力。

（四）归纳总结，得出结论

在单侧光照下，生长素在背光一侧比向光一侧分布多，使背光一侧的细胞纵向（伸长）生长得快，结果使得茎朝向生长慢的一侧弯曲，即向光彎曲生长。

设计意图：巩固知识，培养归纳总结能力。

（五）深化教学，拓展探究

单侧光引起生长素分布不均的原因是什么？

做出假说：①单侧光照射下，向光侧的生长素横向运输，向背光侧转移。②单侧光照射下，向光侧的生长素被分解。

小组讨论，由小组代表展示探究实验设计示意图并解说实验设计思路，教师评价并鼓励。

思路一（如图三所示）：通过四个去掉尖端的胚芽鞘的生长情况判断a、b、c、d四个琼脂块中生长素的含量，从而验证两种推测正确与否。

思路二（如图四所示）：通过去掉尖端的胚芽鞘的生长情况判断e和f两个琼脂块中生长素的含量，从而验证两种推测正确与否。

设计意图：深化教学，培养发散思维和探究能力。

四、教学反思

在引导学生分组设计探究实验展开演绎的过程中，教师要关注学生的参与度。在本节课中，平时成绩较差的学生也表现出了极大的学习热情和积极性，教师要及时给予肯定和表扬，还要关注学生探究实验的设计进程，要适时引导和给予提示，如进行类比提示，但不可代为设计。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]许桂芬.论证取向的实验教学尝试——“以植物生长素的发现”为例[J].中学生物教学，2014（12）：8-10.