“生長素的發現”一節的翻轉教學嘗試

吳志強　郭蘭蘭

摘 要 敘述了“生長素的發現”一節涉及科學史中多個經典實驗，借助微視頻下的翻轉課堂教學，重整課內外時間，輔以邏輯嚴密的問題串，全體學生共同完成對實驗結果的分析和思維的建構，高效完成學習任務。

關鍵詞 生長素的發現 微視頻 翻轉課堂 教學嘗試

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

教師借助微視頻翻轉課堂教學的實施，可以重整課內外時間，使學生更加專注于思考、討論、交流和合作學習。該模式有利于解決教育資源分配不均勻的問題，將學生從單調而枯燥的文本中解放出來，以更為生動、開放的方式去學習，具有可重復性，有利于落實STS的教學目標。為此，筆者結合“生長素的發現”一節的教學，嘗試微視頻下的翻轉課堂教學。

1 教與學的分析

生長素的發現過程歷經半個世紀，科學家們拍案叫絕的實驗設計令人欽佩，然而僅僅通過“讀課文、看圖片、記結論”的方式來學習是難以實現培養生物科學素養和思維能力的教學目標的。高中學生已經掌握了科學探究的一般過程和方法，但是面對復雜的、珠串式的課題仍然會手足無措；生長素發現的相關實驗耗時長，課內幾乎不可能完成這項實驗；同時，部分學生對于動手實驗心生膽怯或是不屑，導致對動手實驗的興致不高。如何鏈接科學史上的經典實驗，分解和改編復雜的實驗是教師備課中的重點和難點。

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。為了解決這一難題，筆者對科學史上的經典實驗進行了適當的改編、優化，重組實施課外實驗，為學生創造探究生物知識的機會，引導其沿著科學家的足跡走出自己的思維之路。具體做法是：對愿意參加課外實驗的學生進行分組，讓他們自由組建實驗小組，自由選取部分實驗課題進行實驗。教師將整個實驗過程和現象制作成視頻。課堂上借助經過剪輯的實驗視頻，輔以邏輯嚴密的問題串，由全體學生共同完成對實驗結果的分析和思維的建構。學生理解了實驗的原理和實驗思路，實驗結論的得出便會水到渠成。

2 微視頻的內容

2.1 導入微視頻

教師從網上下載國外大型科普紀錄片《植物私生活》，剪輯其中種子萌發、鮮花吐蕊等鮮活的生命現象的視頻片段，時長15 s。

2.2 達爾文的向光性實驗微視頻

2.2.1 植物向光性外因探究實驗的微視頻

教師依據學生實驗錄制的視頻，剪輯了控制實驗自變量和實驗結果兩部分。在視頻中，學生將生長狀況相同的玉米胚芽鞘幼苗均分為A、B、C三組。A組置于黑暗的密封紙盒內，B組放置在一側有開口的相同紙盒內，C組不處理。同時將三組材料放置于恒溫光照培養箱中。實驗17 h后（視屏處理為快進）發現，雖然光下和黑暗中玉米胚芽鞘幼苗生長情況不完全相同，但都表現為直立生長，處于單側光下的胚芽鞘幼苗表現為彎向光源生長。該微視頻時長65 s。

2.2.2 感光部位的探索實驗微視頻

學生設置4組實驗，1、2兩組玉米胚芽鞘的尖端和尖端下面的伸長區分別罩上錫箔小帽，第三組玉米胚芽鞘的尖端去掉，第四組不處理。然后將4組實驗材料置于一側有開口的同一紙盒中。再將紙盒放入恒溫光照培養箱中培養20 h后，（視屏處理為快進）觀察到：第一組的玉米胚芽鞘表現為直立生長，第二組和第四組的玉米胚芽鞘表現為彎向光源生長，第三組玉米胚芽鞘不彎曲不生長。該微視頻時長40 s。

2.2.3 生長不均勻的探索實驗微視頻

學生依據達爾文的假說——伸長區背光面比向光面生長快增設一組實驗。學生用記號筆對玉米胚芽鞘涂色，將其置于單側光下，觀察向光側和背光側的生長情況，植物生長20 h后（視屏處理為快進），背光側的斷線長，向光側的斷線短。該微視頻時長40 s。

2.3 模擬鮑森·詹森實驗微視頻

設置三組實驗：第一組將玉米胚芽鞘的尖端切斷，將瓊脂塊放置于尖端下面一段再在瓊脂塊上放上尖端；第二組玉米胚芽鞘相同位置插入云母片；第三組切去尖端，尖端下面一段僅放置瓊脂塊。三組均置于一側開口的紙盒中，移至恒溫光照培養箱中18 h后（視屏處理為快進）。第一組表現為彎曲生長，第二組、第三組表現為不彎曲，沒有明顯的生長現象。該微視頻時長40 s。

2.4 模擬拜爾實驗微視頻

視頻剪輯內容兩組實驗，將玉米胚芽鞘尖端剪去一半，保留一半，其中一組剪掉左邊，另一組剪掉右邊，均置于黑暗條件下生長14 h（視屏處理為快進），表現為彎向對側生長。該微視頻時長20 s。

2.5 模擬溫特實驗微視頻

學生設置兩組實驗，接觸過胚芽鞘尖端的瓊脂塊和未接觸過胚芽鞘尖端的空白瓊脂塊分別置于切去尖端的胚芽鞘的一側，放在黑暗盒子中，置于恒溫培養箱中生長18 h（視頻處理為快進），兩組幼苗均表現為彎向對側生長。該微視頻時長30 s。

3 基于微視頻翻轉教學過程

3.1 課前準備

教師精選資料制成導學案，學案中既有相關歷史背景，又包含了實驗的原理、材料和步驟。學生依據興趣自主領取實驗任務，設計實驗并觀察記錄實驗結果，錄制視頻。教師將視頻剪輯成微視頻，鏈接于課件中。

3.2 以微視頻導入，創設情境

播放視頻短片《植物的私生活》，以種子萌發、鮮花吐蕊等鮮活的生命現象吸引學生的注意力，并提出問題：動物生命活動的調節機制是什么？植物生命活動的調節會有類似的機制嗎？教師引導學生進行知識溫習的同時，使學生進行思維的比較和遷移，巧妙過渡到植物生命活動調節方式的探索活動中來。

3.3 達爾文的向光性實驗的分解

關于取材和分組，鑒于文獻資料和本地的實際情況，筆者為學生選擇了另一種禾本科植物——玉米做實驗材料。為了分解難點，將達爾文的實驗改編后分別從引起向光性的外界因素、感受單側光刺激的部位、彎曲生長的直接原因是尖端下面一段生長不均勻等三個角度進行實驗設計。

第一組實驗：視頻展示生長狀況相同的三組玉米胚芽鞘分別在黑暗、均勻光照、單側光下的生長情況。教師提出問題：引起玉米胚芽鞘彎向光源生長的外界因素是什么？學生通過回答此問題，感受達爾文敏銳的觀察力。

第二組實驗：視頻展示生長狀況相同的四組玉米胚芽鞘分別在不處理、切除尖端、用錫箔小帽遮住尖端、用錫箔小帽遮住尖端下面一段的生長情況。教師提出問題：感受單側光刺激的是玉米胚芽鞘的哪一部位？達爾文用錫箔小帽分別遮住尖端和尖端下面一段體現了怎樣的科學思維方法？教師引導學生理解和掌握排除法。達爾文通過細致的觀察，發現彎曲部位在尖端下面的伸長區，據此達爾文提出了：胚芽鞘尖端產生的影響向下傳遞，對在其下面的伸長區產生影響，造成背光側生長速度比向光側的快，出現向光性，你能設計更為直觀的實驗來探究是否是背光側生長快于向光側嗎？

第三組實驗：用記號筆對玉米胚芽鞘涂色，將其置于單側光下，觀察向光側和背光側的生長情況。視頻展示實驗結果，背光側的斷線長，向光側的斷線短，直觀的表明背光側生長比向光側快。

3.4 鮑森·詹森實驗的補充

根據達爾文的假說，鮑森·詹森想到“這種影響真的能傳到下部的伸長區，并決定向光性嗎？”教師依據教材插圖3-2，要求學生依據對照實驗的原則，對鮑森·詹森的實驗設計進行評價：這個實驗設計是否嚴謹？如果學生不能發現，教師可直接提出：怎樣才能排除瓊脂塊對實驗造成的影響？學生討論之后增設兩組實驗，分別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瓊脂塊。視頻展示第四組的實驗結果——尖端產生的某種影響可以透過瓊脂塊傳遞給尖端下部。

3.5 拜爾實驗的改進

依據鮑森·詹森實驗的實驗結論，教師進一步追問：既然尖端產生的某種影響可以傳遞給尖端下部，為什么伸長區兩側會出現生長不均勻的現象呢？以此引導學生提出假說：可能是尖端產生的影響在尖端下面的伸長區發生了不均勻的分布。如何來證明假說的正確與否呢？引導學生運用實驗來驗證。

通過閱讀教材插圖3-3，教師繼續提問：拜爾的實驗條件為什么與達爾文和鮑森·詹森不同？為什么是處在黑暗條件下呢？以此引導學生將向光性產生的原因由外界原因轉移至對內因的思考。學生討論實驗設計方案，由于玉米胚芽鞘尖端細長，對學生而言在操作上較為困難，經過討論將實驗改為等效的實驗即將玉米胚芽鞘尖端剪去一半，保留一半，置于黑暗條件下生長。

展示視頻第五組實驗結果與拜爾實驗高度吻合，得出實驗結論：胚芽鞘的彎曲生長，是因為尖端產生的影響在下部分布不均造成的。

3.6 探究溫特的實驗

綜合以上實驗，科學家進一步推測尖端產生的影響可能是一種化學物質，由于它的分布不均勻導致了生長不均勻，從而彎曲生長。此時學生會產生困惑：要想證明是某種化學物質分布不均勻導致了彎曲生長，首要任務是收集該物質，依據前人的實驗如何收集這種化學物質？教師引導學生借鑒鮑森·詹森的實驗，用瓊脂塊收集生長素，并提出問題借鑒前人的方法如何使瓊脂塊中的化學物質實現不均勻分布呢？以此引導學生借鑒拜爾的實驗。當學生整合了這兩個實驗之后，驚奇地發現自己已經在不知不覺中設計出溫特實驗，真切感受科學思維的繼承性、邏輯推理所帶來的美感。

為了更好強調教材對該實驗的嚴密性問題，教師繼續引導學生設置實驗對照：接觸過胚芽鞘尖端的瓊脂塊和未接觸過胚芽鞘尖端的空白瓊脂塊。再以微視頻展示第六組實驗結果，得出實驗結論：胚芽鞘尖端確實產生某種促進植物生長的化學物質并向下運輸。最終人類發現并命名此物質為生長素。

4 教學反思

面對素質教育和課程改革的雙重考驗，微視頻教學的前景看好。基于微視頻的現代教學模式將原本一堂課無法完成的實驗，讓部分學生課前動手實驗，再通過微視頻在課堂上展示。一方面，將節省出的時間組織學生進行有效的探究活動，將生物科學史融會其中，引導學生在解決問題中得出真知。另一方面，這些微視頻激發了學生的學習興趣和動機。在課堂教學時，那些沒有參加實驗的學生通過視頻了解實驗的步驟和看到真實的實驗結果，更愿意加入到動手實驗的隊伍中來。

這種教學模式重視培養學生的思考分析能力，在提高學生的科學素養方面可以發揮巨大作用。因此，教師在備課和教學中借用微視頻掌控課堂、做好充分的預設，可以打造出更高效的生物課堂。