“生長素的發現過程”的研究思路分析及教學建議

王修建

(江蘇省無錫市第一中學 214031)

植物生長素的發現過程歷時長久，凝聚著許多科學家的智慧與勞動汗水，堪稱生物科學研究的典范。遺憾的是，教材因篇幅所限，對其研究過程的編排過于簡略。因此，有必要對其研究思路進行深入的分析，對其蘊含著的科學內涵與邏輯聯系進行充分的發掘，在此基礎上進行活動化教學設計，才能更好地組織教學并達成教學目標。本文結合人教版高中生物學教材的相關內容探討如下。

1 研究思路分析

生長素的發現源于對植物向光性的觀察，主要涉及達爾文、詹森、拜耳和溫特四位科學家的研究。最早進行研究的是達爾文。教材在介紹達爾文的研究時，只是展現了幾幅實驗示意圖(胚芽鞘在單側光照射下的向光彎曲生長、切去尖端的胚芽鞘在單側光照射下不彎曲、用錫箔小帽罩住尖端的胚芽鞘在單側光照射下直立生長及用錫箔小套套在尖端下段的胚芽鞘在單側光照射下的向光彎曲生長)，以及簡短的文字說明，然后直接給出了達爾文根據實驗所作出的猜(推)測及解釋。這里的主要問題是：達爾文為何要做切去胚芽鞘尖端及使用錫箔的實驗？實驗用意(意圖)是什么？查閱資料都沒有提及。據分析，達爾文在觀察到植物的向光性特別是做了單側光照射胚芽鞘并觀察到向光彎曲生長的實驗后，就產生了這樣的問題：胚芽鞘為什么會生長？為什么在單側光照下會彎曲生長？通過思考，他認為胚芽鞘無論生長還是彎曲都離不開胚芽鞘(胚芽)自身，和萌發種子的其他結構關系不大(因為埋在泥土里)。而胚芽鞘無非是由尖端與尖端下段組成。由此進一步明確了研究問題：胚芽鞘的生長是由其尖端決定還是由尖端下段決定的？單側光照是作用于胚芽鞘尖端還是尖端下段才導致彎曲生長的？為研究這兩個問題，達爾文分別設計了切去尖端的實驗，以及使用錫箔所做的實驗。

對于詹森的研究，教材只提供了兩幅示意圖：①切去尖端的胚芽鞘在單側光照下不彎曲；②切去胚芽鞘尖端，在其切面上放一塊薄的瓊脂片，再把尖端放在瓊脂片上，在單側光照下的結果是向光彎曲生長。然后直接給出實驗結論。對于詹森的實驗，顯然缺少對照實驗，因為瓊脂片本身也許含有達爾文所提出的某種“刺激”。因此，需要再設置一個實驗，在切去尖端的胚芽鞘的切面上只放同樣的瓊脂片，以排除瓊脂本身的影響。

對于拜耳的研究，教材也提供了兩幅圖片(在黑暗條件下切去胚芽鞘尖端，然后再放在其切面的左側及右側)，并直接給出結論。當然，拜耳實驗不再去研究單側光照的作用，只是研究胚芽鞘的尖端是否產生某種“刺激”，也可以說構成了對照(尖端放在切面的左右側)。其實，拜耳的實驗還潛藏著一個更大的發現：生長素在尖端下段只能向下(極性)運輸(當然，這最好是在學習了后面內容之后，再回過頭來揭示)。

對溫特的研究，教材提供了實驗示意圖及相關文字說明，并給出了實驗結論。應當說，溫特的實驗設計與過程無懈可擊，但問題是，該研究有無必要？它與詹森和拜耳的研究有何聯系？這兩個問題關乎教學中對溫特研究內容的引入。有些教師認為，詹森和拜耳的實驗都已經證明了達爾文的猜測，即胚芽鞘尖端能產生某種“刺激”(并且強調這種“刺激”是某種化學物質，甚至對于達爾文所提出的“刺激”都說成了“刺激物”)，所以，溫特的研究只是重復而已。這種看法是不妥的。首先，達爾文的猜測是“刺激”而非“刺激物”?！按碳ぁ奔劝ㄎ镔|方面，也包括非物質方面，而“刺激物”只是物質的范疇；其次，詹森和拜耳的實驗都只能證明胚芽鞘尖端能產生某種“刺激”，而溫特的實驗才能證明尖端產生了某種“刺激物”。為什么說詹森和拜耳的實驗都只能證明尖端產生了某種“刺激”而非“刺激物”呢？原因就在于胚芽鞘的尖端雖然都被切下來，但都還在接觸或接近去掉尖端的胚芽鞘(切面)，這就不能排除非物質因素(如電、磁、力等)的影響(當然這種影響是物質因素造成的可能性更大)。而溫特的實驗因為切下的胚芽鞘尖端是遠離去掉尖端的胚芽鞘(切面)的，故能完全排除非物質因素的影響。所以，溫特的研究是在詹森和拜耳研究的基礎上的深化和完善，是十分必要的。

2 教學處理及設計建議

對于達爾文的研究，在學生認識了植物向光性的現象后指出，是達爾文對此首先展開了研究，并出示達爾文研究實驗示意圖——用單側光照射胚芽鞘(表現為向光彎曲生長)。然后提出問題：你認為胚芽鞘的生長是由萌發種子的哪一結構、哪一部位決定的？對于胚芽鞘的彎曲生長，單側光照只是外因，內因還是萌發種子本身，那你認為是胚芽鞘的哪一部位受到單側光照才導致彎曲生長的？然后組織學生思考討論。實踐表明，學生是能夠猜測出是由胚芽鞘的尖端決定胚芽鞘的生長，同時也是由其接受單側光照而引起彎曲生長的。接著繼續提問：怎樣設計實驗來驗證你的猜測是否正確呢？學生也不難發現，通過切去胚芽鞘的尖端，觀察去掉尖端的胚芽鞘是否還能繼續生長；設法將胚芽鞘的尖端及尖端下段分別遮光，觀察哪部分還能彎曲生長。教師再結合達爾文的實驗進行總結。當然，為降低教學難度，也可以先直接介紹達爾文的幾個研究實驗，然后再提出問題：達爾文設置去掉尖端的實驗，以及利用錫箔所做的實驗的意圖各是什么？并組織學生討論。

對于詹森和拜耳的研究，同樣可以采取兩種教學策略：①先不展示兩人的研究實驗，而是針對達爾文所提出的猜測“胚芽鞘的尖端產生某種刺激”，要求學生自主設計實驗方案，通過實驗途徑加以驗證，然后再介紹詹森和拜耳是怎樣設計實驗來驗證達爾文的猜測的；②分別直接展示詹森和拜耳的研究實驗，然后提出問題并組織學生分析討論：詹森、拜耳的實驗結論各是什么(或兩人的實驗結果能證明達爾文的猜測嗎)？你認為詹森的實驗設計嚴謹嗎？如不嚴謹，該怎樣進一步完善才能使結論更加準確可靠？一般情況下，學生能發現詹森實驗設計的不足之處——缺少對照實驗，即需要設置一個對照實驗以排除瓊脂本身含“某種刺激”。

對于溫特的研究，也可以不直接引出，而要進一步引導學生分析討論詹森、拜耳的實驗，進而發現其共同不足之處——胚芽鞘的尖端始終是接近甚至接觸去掉尖端的胚芽鞘的切面的，故雖然胚芽鞘尖端產生的某種“刺激”更可能是某種化學物質，但仍不能排除是非物質的可能。進而引導學生自主設計實驗，以證明某種“刺激”是化學物質，排除其是非物質的可能。當然，也可以在學生發現了詹森和拜耳的研究實驗的共同不足之處以后，直接展示溫特的實驗，然后結合溫特實驗進行提問和總結。

3 討論及反思

精心設計課堂教學應突出兩點：①在分析、理解的基礎上重視對教材內容的發掘；②在理解、發掘的基礎上重視對教材內容進行創新性處理以及活動化設計。

對教材內容的發掘，主要包括：一是對教材中一些知識內容的來龍去脈及科學內涵進行深入地發掘。例如，達爾文、詹森、拜耳及溫特的研究實驗的背景各是什么？在各自的背景下他們分別提出了哪些研究問題？為解決這些問題他們分別設計了怎樣的實驗？二是對教材中的相關知識內容之間的邏輯聯系或關系進行發掘。例如，達爾文的幾個研究實驗之間有何邏輯聯系，詹森、拜耳的研究實驗與達爾文的研究實驗之間有何邏輯關系，以及溫特的研究實驗與詹森、拜耳的研究實驗之間又有著怎樣的邏輯關系。

目前，課堂教學中照本宣科的現象已不常見，但仍有一些教師在“教教材”而不是“用教材教”。他們認為，教材是教學和考試的依據，因而在教學中往往視教材為“權威”，不敢越雷池半步，只能分析、理解，不能改變。實際上，教材是課程(教學)資源(當然是主要資源)之一，教學與考試依據的是課程標準與考試說明(考試大綱)而非教材，教材不但要分析理解，更要處理和完善。那么怎樣才能由“教教材”轉變為“用教材教”呢？首先，需要對教材觀念上的轉變。其次，還要注意把教材內容轉化為教學內容。教材內容并非就是教學內容，因為教材內容大多是靜態的、結論性的描述，雖然編寫時也要遵循認知規律，但更要考慮教材編寫自身的特點；而教學內容的設計組織不但要重視“過程”，更要符合學生的認知規律與特點。

有效教學的主要措施之一就是教學的過程化或活動化。狹義地說，對教學活動的設計就是指對教學進行活動化或過程化設計。因此，僅僅重視對教材內容的發掘是遠遠不夠的，更重要的是要在對教材內容的發掘的基礎上，設計適宜的教學活動，進而組織并達成有效教學。例如，在對“生長素的發現過程”的內容進行發掘的基礎上，教師提出問題(或讓學生自己發現并提出問題)讓學生思考并組織討論交流，為解決問題讓學生進行探究并自主設計實驗等活動。