基于培养学生“科学思维”的高三生物学复习课教学设计——以“生长素的发现、作用特性与应用”为例

殷亚妮

(江苏省南京师范大学附属中学 南京 210003)

1 教材分析

“生长素的发现、作用特性与应用”在《普通高中生物学课程标准(2017年版)》中属于选择性必修课程内容，课标要求能够“概述科学家经过不断探索发现生长素的过程，揭示生长素在调节植物生长时表现出的两重性；能举例说明生长素及其类似物在生产上的广泛应用；能概述其他因素(如光、重力等)参与植物生命活动的调节。”

其中生长素作用的两重性是重难点，而这一概念的形成正是依赖于科学事实和科学思维;此外，用曲线模型表现和解读两重性，利用生长素的作用及其两重性特点去解决实际生产问题，都是对学生科学思维核心素养的要求。

2 教学目标

基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生核心素养的要求，制订了如下教学目标：

(1) 通过对生长素相关实验的分析，提升学生的科学思维能力。

(2) 通过对生长素作用特点曲线图的解读以及绘制曲线图，提升学生的图表信息转换能力和用数学模型表示生命规律的能力。

(3) 通过回顾生长素类似物的作用，让学生关注生长素类似物在生长实践中的应用，并能够针对生产中的真实情境提出合理的建议。

3 教学过程

复习课不同于新授课，学生对相关生物学概念已知(至少部分已知)，无需重新讲解基础知识，而应提供相关的实验材料，让学生通过科学思维方法推理出相关生物学概念，进而基于相关概念，用科学思维方法去解释特定的生命现象，最后锻炼学生用恰当的方法和形式去表现或阐释生物学概念的能力。让学生真正做到由事实和证据，得出理论概念，然后用理论概念去解决实际问题，而这两个过程中沟通理论和事实的桥梁正是科学思维，也是本节课教学设计所要体现的核心素养。

3.1 借助综合题目，梳理知识要点 笔者以2014年江苏省高考生物学试题32题为基础编辑重组了一道综合性题目帮助学生搭建该课时的知识点框架。

综合题目： 植物体内调节生命活动的激素种类很多，其中发现最早且研究充分的激素当属生长素，我们将结合题目回顾并加深对生长素相关知识的理解和应用。

(1) 生长素发现过程中的几个经典实验操作如图所示，则下列相关实验结论错误的是( )

实验一 实验二实验三 实验四

A. 实验一证明了胚芽鞘的弯曲生长是生长素导致的

B. 实验二证明胚芽鞘尖端产生的影响可以透过琼脂片传递给下部

C. 实验三证明胚芽鞘弯曲生长是由尖端产生的影响在其下部分布不匀导致的

D. 实验四证明造成胚芽鞘弯曲生长的影响是一种化学物质

(2) 为研究生长素(IAA)的运输特点，用放射性同位素14C标记IAA开展如下图所示的实验。

① 若图中AB为茎尖切段，琼脂块①和②中出现较强放射性的是(填序号)；若先用某种呼吸作用抑制剂处理茎尖切段，再重复上述实验，结果琼脂块①和②中放射性均非常低，说明生长素运输方式是。

② 若图中AB为成熟茎切段，琼脂块①、②均出现较强放射性，说明IAA在成熟茎切段中的运输(填“是”或“不是”)极性运输。

(3) 适宜的激素水平是植物正常生长的保证。黄豆芽伸长胚轴的提取液，加入IAA溶液中可显著降解IAA，但提取液沸水浴处理冷却后，不再降解IAA，说明已伸长胚轴中含有。这条IAA降解途径，对于种子破土出芽后的健壮生长(填“有利”、“不利”或“无影响”)，为什么？

(4) 在实际生产中，农户常用一定浓度的生长素类似物除去与单子叶农作物混生的双子叶杂草。下图表示不同浓度的生长素类似物对单子叶植物和双子叶植物的影响，请据图分析回答：

① 图中代表单子叶农作物的曲线是(填序号)。

② 所用的生长素类似物的浓度最好在图中左右(用字母表示)，请说明原因。

分析： 题目(1)帮助学生回顾生长素的发现史，并借此引出生长素的产生和分布场所，体现了“科学思维”水平二，即能基于特定实验现象用归纳与概括、演绎与推理等方法得出植物向光性的原因。

题目(2)总结生长素运输方向和方式，体现了“科学思维”水平二，即基于对不同植物材料的不同处理方法得出实验结果，用科学思维方法分析得出生长素的运输特点。

题目(3)引出生长素的作用特点——两重性，体现了“科学思维”水平二，即能利用已知的生物学概念，结合给定事实，通过科学思维方法得出合理结论或做出判断。

题目(4)举例说明生长素及其类似物的应用，体现了“科学思维”水平四，即基于生长素作用及特点的生物学原理，用科学思维方法探讨并解决实际中的生物学问题。

3.2 构建数学模型，突破知识难点 对于本节课的重难点——生长素作用的两重性，主要通过解读模型和构建模型的方式进行难点突破。

3.2.1 借助曲线模型，解读两重性含义 生长素作用的两重性是指：“低浓度促进生长，高浓度抑制生长”，那么浓度的高低以何为界？

图1 生长素浓度与其作用效果的关系图

让学生根据图1的曲线总结生长素浓度与其对植物生长的作用之间的关系，理解两重性中的高、低浓度分界点位置，认识到存在促生长的最适生长素浓度，所以促生长的低浓度范围内浓度与促进作用效果非单调关系，存在浓度不同但促进作用相同的情况。并能将此图与“顶端优势”等体现生长素作用的实例结合起来，说出不同部位所对应的生长素浓度范围。

例题： 生长素对植物某器官生长的影响如图曲线所示，据图回答下列问题。

(1) 顶端优势现象中，若该曲线表示生长素对芽的作用效果，且顶芽生长素浓度为B，则紧邻顶芽的侧芽生长素浓度范围是？

(2) 水平放置的植株，一段时间后茎端背地生长，而根端向地生长。若图表示生长素对根的作用，且根的远地侧生长素浓度为A，则相应近地侧生长素浓度为？若图表示生长素对茎的作用，且茎的远地侧生长素浓度为A，则茎的近地侧生长素浓度范围是？

结合例题，用曲线图帮助学生理解“顶端优势”“根的向地性”等体现生长素作用两重性的实例，学生能说出生长素的浓度范围，并对比(2)中茎和根不同生长方向，得出不同器官对生长素敏感性不同的结论。

3.2.2 变换模型形式 理解两重性由来 图1是对生长素浓度与其作用的定性分析，但在实际研究中必须用一个可以观测的指标来表示生长素的作用效果，如生根的数量、根或离体茎段的伸长量。

例题： 某同学探究生长素浓度对某植物离体茎段伸长生长的影响，预实验得到结果如下图所示。

(1) 蒸馏水组的作用是什么？实验结果能否体现两重性？请解释原因。

(2) 结合图所示的预实验结果，若要进一步确定促进茎伸长生长的生长素最适范围，实验设计思路是？

例题(1)问题环环相扣，首先理解蒸馏水组在实验中起对照作用，帮助学生认识到某浓度生长素的作用性质，不是由该浓度下生长量的绝对值决定的，而由其与空白对照组(即“蒸馏水组”)时生长量之间的差值决定的。因此生长素的两重性就体现在与蒸馏水组的茎伸长量相比，低浓度生长素组的茎伸长量更大，而高浓度生长素组的伸长量较小。(2)考查学生对于图中促生长的低浓度范围内生长素作用效果与浓度之间非单调性关系的理解和应用，学生据图判断预实验已经将生长素的适宜浓度范围缩小到10-7mol/L～10-5mol/L之间。

3.2.3 据实建构模型，分析解决问题 2017版课标中对科学思维方法的最高要求是能够进行建模，并能据此探讨、审视和论证与生物学相关的新问题情境。

例题： 将燕麦胚芽鞘去顶静置一段时间后，用4种含不同浓度生长素的琼脂块分别放置在4个相同的去顶胚芽销的一侧，一段时间后，测量并记录胚芽鞘弯曲角度(如图)，其中α1>α2>α3>α4，下列对此实验的有关叙述正确的是

A. 生长素浓度大小关系是m1

B. 该实验可以说明生长素作用具有两重性

C. 若α1和α2相同，则琼脂块中的m1与m2也相同

D. 促进胚芽鞘生长的最适浓度可能位于m1、m2之间

为更好地解决上述例题，教师可先要求学生用曲线表示出琼脂块中生长素浓度与α角度之间的关系(图2)。这提高了学生依据已知的生物学概念，将实际情境模型化，然后再用模型去分析和解决问题的能力，属于科学思维水平四层次。

图2 生长素浓度与弯曲角度α之间的关系

3.3 联系生产实践，体现知识价值 讲解生长素及其类似物在生产实践中的应用，首先由生长素的两重性解释生产中用适宜浓度的生长素类似物溶液来促进扦插枝条生根、疏花疏果或防止落花落果；然后以传粉失败引起的蔬菜粮食减产为例说明生长素可促进果实发育。

例题： 下图中A、 B表示某植物两枚子房生长曲线，其中A正常传粉受精，B未受粉。

(1) 请指出A、 B曲线差异的原因。

(2) 若给另一枚未受粉的子房喷洒适宜浓度的生长素溶液，得到曲线C，说明生长素能。

(3) A、 C果实的区别是。

(4) 因气候等影响，下列作物在花期未能成功传粉，某同学想借用生长素类似物帮助农民减轻损失，则可达目的的是

A. 玉米 B. 油菜

C. 花生 D. 西瓜

启发学生思考并理解传粉受精影响果实发育的根本原因，即受精后胚珠发育成种子的过程中产生的生长素促进了子房的发育，故可施用外源生长素类似物得到无子果实。最后要求学生将分析所得的相关原理运用于生产实践中，解决实际问题，这正是我们生物学教学所要达到的最终目的。

4 教学反思

利用综合题目回顾相关知识点，帮助学生构建起整体知识框架，兼顾了不同水平层次的学生，并通过解读曲线模型和建构新的曲线模型来突破“生长素两重性”这个难点。美中不足的是本节课内容过多，笔者在讲授时为了追求课程知识框架的完整性，没有给学生充分思考的时间，在一定程度上影响了部分学生对难点的理解，若是将课程内容缩减为“生长素作用特点及其应用”，应该能更深入透彻，效果更好。