支架式教學中的問題設置

劉明

摘 要 以“植物生長素的發現”為例，闡述了符合學生認知水平的問題串為教學支架，重現科學家設計實驗的邏輯思維過程；在這一過程中幫助學生分析實驗設計目的、觀察現象、推導結論。

關鍵詞 建構主義 支架式教學 問題設置 生長素

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

支架式教學是在建構主義教學理念下，以“最近發展區”理論為基礎發展起來的一種教學模式。“為學習者建構知識提供合理有效的概念框架”是支架式教學的核心內容。教師的首要任務是充分了解學習者已有知識水平、理解能力，然后把復雜的學習任務加以分解，最終把學習者的理解逐步引向深入。概念框架即支架的設置是支架式教學的核心。支架既要符合授課學生最近發展區的特征，又要能夠幫助學生自主構建知識能力體系，以達到更高的潛在發展水平。支架具體的形式有范例支架、問題支架、建議支架、工具支架、圖表支架等。以高中生物“植物生長素的發現”一課為例，淺析如何構建合理有效的問題支架。

1 教材分析

“植物生長素的發現”一課出自人教版生物必修三第三章第一節，主要教學內容是生長素發現的4個經典實驗。隨著4個實驗的依次推進，逐步證明了植物激素生長素的存在，并解釋生長素的合成、運輸、作用部位等一系列問題。學生的學習任務是充分理解實驗設計目的、準確分析實驗現象、合理推導實驗結論。每個經典實驗的設計都凝聚著科學家的智慧和多年心血，學生要在40 min內真正理解實驗設計，體會實驗嚴謹性存在一定的困難。因此本節的授課形式采用支架式教學，由教師搭建合理的支架，幫助學生構建新的知識、能力體系。本節課以問題支架形式為主，輔助以范例和圖表的支架。

2 學情分析

2.1 知識水平

通過學習第二章“動物和人體生命活動的調節”，學生已經明確生命活動是需要調節的，并且動物的調節方式有神經調節、體液（激素）調節、免疫調節。這對學習植物生命活動的調節有很好的參考和借鑒。結合初中生物知識和生活常識，學生知道植物沒有神經系統和免疫系統，因此很容易接受激素調節為植物生命活動的主要調節方式。學生也都觀察過植物的向性運動，如向光性、根的向地性等，知道向性運動就是植物對外界環境的適應性，即植物生命活動調節的具體表現，但卻不知道其內在的原因。這也是激發學生求知欲，調動學生學習興趣的良好切入點。

2.2 能力水平

經過高中必修一和必修二的學習，學生對“生物是實驗學科”的認知已經根深蒂固。他們也學習過很多經典的生物學實驗，具備一定的觀察分析歸納能力。但是本節課的實驗有4個，每個實驗都設計的嚴謹且巧妙，因此學生要在教師的引導下，準確到位地分析實驗、領悟到實驗精髓。從這節課中學生學習到的實驗方法、感悟到的科學思維過程，將會極大提升其實驗能力，并為實驗能力的進一步發展提供良好的基礎。

3 教學目標

3.1 知識目標

能概述生長素發現的過程；準確說出植物向光生長的原因。

3.2 能力目標

通過分析經典實驗，學會分析、評價實驗設計，歸納實驗結論。

3.3 情感、態度與價值觀目標

通過學習生長素的發現過程，能感受到科學探索的艱辛，體會科學的嚴謹性。

4 教學過程

4.1 導入

教師提出問題，以導入新課：動物能對外界刺激發生反應，植物也能對外界刺激發生反應嗎？植物對外界刺激發生反應的這種能力對其生存有意義嗎？

導入分析：學生剛學完動物生命活動的調節，已明確面對外界的刺激，動物有神經-體液-免疫的調節網絡。同樣，面對外界的刺激，植物自然也會有反應，調節自身的生命活動以保證正常的生存。導入過程中使用的兩個問題，學生都能輕松得答出，設置目的是幫助學生領悟生命調節的意義，更有助于學生理解各種生命活動調節的方式。同時，在思考第一個問題時，學生必須充分調動已有知識和經驗，對向性運動的意義和原因加以思考，過程中會產生強烈的求知和探索的欲求。

4.2 達爾文實驗的學習過程

4.2.1 植物向光生長

教師提出問題：① 植物在單側光照射下彎向光源，是向光側和背光側的什么不同造成的？

② 兩側一起生長，向光側表面積為什么小，背光側表面積為什么大？

分析：達爾文的實驗起源于對植物向光生長的研究。學生對向光性的認知僅僅停留在知道這一現象的層次。明確向光性與植物兩側生長的關系是首先必須解決的問題。教師通過問題①幫助學生將向光生長的直接原因落到“向光側”和“背光側”的不同上；通過問題②，使學生明確彎曲的直接原因，引出以下所有科學實驗的目的——找出兩側不均勻生長的原因。同時教師借助圖片信息，幫助學生了解達爾文實驗的材料——胚芽鞘。

4.2.2 達爾文實驗的具體過程

教師展示1880達爾文實驗的示意圖（圖1），并提出問題：

① 對比1、2組，尖端和生長可能會有什么關系？

② 胚芽鞘生長部位在哪里？（給出事實：胚芽鞘上畫垂直的豎線，若干小時后，尖端下部直線的顏色變淺，但尖端上的直線依然保持原狀）

③ 尖端和生長有什么關系？

④ 分析3、4組，錫箔紙分別罩上尖端和下部的目的是什么？

⑤ 描述單側光、胚芽鞘尖端、尖端下部與向光生長的關系。

分析：達爾文的向光性實驗有4組，學生不容易找到不同組之間的單一變量，不能確定進行比較的組別。問題①指引學生將分析重點放在1組和2組，學生通過觀察兩組的設置，很容易就能確定單一變量，進而得出答案。但此時學生的困惑是2組破壞了胚芽鞘結構的完整性，胚芽鞘自然不會生長。因此，教師通過圖片展示畫線胚芽鞘生長情況的事實，旨在明確植物生長的部位。此時通過問題①和問題②的引導，學生的邏輯思維是“尖端不直接生長，但切除尖端整個胚芽鞘不生長，說明尖端和生長有關系，那這個關系只能是促進生長”。因此，問題③的答案就已呼之欲出。問題④指引學生將分析重點放在3組和4組，找出感光的部位。問題⑤是對達爾文實驗的總結。此時學生已能理解達爾文的實驗，但很難理解4組實驗之間的聯系，也不能準確說出實驗結論。通過問題⑤中關鍵詞的引領，學生均能在自己理解的基礎上主動歸納出達爾文實驗的結論。

4.3 詹森實驗的學習過程

教師展示1910年的詹森實驗的示意圖（圖2），并提出問題：

① 胚芽鞘結構的完整性是否是生長必需？

② 用能透過物質的瓊脂塊隔開尖端和尖端下部的目的是什么？

③ 切口上僅放瓊脂塊的目的是什么？

④ 用不能透過物質的云母隔開尖端和下部的目的是什么？

⑤ 對比3組實驗能得出什么結論？

分析：達爾文根據實驗提出了自己對向光性的解釋，但卻沒說明“影響”是什么。詹森實驗的目的即探究這一“影響”是否為“物質”。詹森實驗中第一組的結果徹底消除了部分學生對于胚芽鞘結構完整性與生長的困惑。問題①幫助學生明確“切除尖端，但只要尖端對下部的影響在，胚芽鞘依然能夠生長”。接下來問題②和問題④幫助學生從瓊脂和云母片的區別去思考設置第1組和第三組的目的。問題③則幫助學生分析設置空白實驗的目的。問題⑤是對詹森實驗的總結和歸納。綜上，通過這些問題，學生不僅能理解詹森實驗，明確這種影響很可能就是物質，同時也鍛煉了學生對空白實驗、對比實驗的分析能力。

4.4 拜爾實驗的學習過程

教師展示1914年的拜爾實驗的示意圖（圖3），并提出問題：

① 尖端放在切口左側，理論上胚芽鞘哪一側分布的物質多？

② 光有沒有可能影響物質分布？

③ 為了排除無關變量的干擾，實驗應該在什么環境下進行？

④ 胚芽鞘彎向右側生長，說明哪一側生長快？

⑤ 胚芽鞘左側有某種物質，長得快；右側沒有物質，長得慢，說明這種物質的作用是什么？

⑥ 怎么用以上實驗的結論來解釋胚芽鞘向光彎曲生長？

分析：拜爾實驗的核心是把外因單側光轉化為內因即“物質的不均勻分布”。學生理解該實驗有以下困難：① 尖端放在左側和右側究竟給胚芽鞘帶來的影響是什么？② 實驗為什么在黑暗環境下進行？教師設置的上述6個問題依據學生的思維能力，逐漸引導學生突破理解的瓶頸。問題①引導學生把放置尖端的位置與物質多少聯系在一起；問題②是問題③的鋪墊，搭建支架幫助學生分析設置黑暗環境的原因；問題④和問題⑤是該實驗的核心，幫助學生理清物質（多、少）與生長（快、慢）的關系，理順“尖端放置位置→下部物質多少→下部生長快慢”的邏輯關系；問題⑥回歸實驗的目的“植物向光性生長的原因”，明確了單側光給胚芽鞘的直接影響及這個影響導致植物向光生長的過程。如此，利用這六個問題學生不僅突破了實驗設置的兩大難題，同時也理解了該實驗和研究植物向光生長之間的聯系。

4.5 溫特實驗的學習過程

教師展示1928年的溫特實驗的示意圖（圖4），并提出問題：

① 瓊脂塊在本組實驗中起到什么作用？

② 設置第一組實驗的目的？

③ 設置第二組實驗的目的？

④ 第三組實驗說明物質的作用是什么？

⑤ 3、4、5組實驗說明彎曲生長的原因是什么？

⑥ 試著說出植物在單側光照射下向光生長的原因。

分析：溫特實驗的核心是通過瓊脂塊把胚芽鞘尖端這一“結構”和“物質”聯系在一起，把對胚芽鞘尖端的關注轉化為對瓊脂塊的研究。教師首先要幫助學生理清這一點。接著對該組實驗的分析主要側重于明確各組在實驗中的作用。問題②和③強調生物學實驗的對照原則、控制變量原則；問題④是問題⑤的鋪墊；問題⑥要求學生能用該實驗的結論解釋植物向光生長，幫助梳理本堂課最終所解決的問題，包括胚芽鞘感受單側光的部位、生長素產生的部位、生長素在尖端和尖端下部運輸的方向、兩側不均勻生長的原因等。

5 教學反思

本節課以問題串為教學的重要支架，每個問題的設置都以教學需要為目的，充分考慮到學生真實的認知水平。在具體的教學過程中，學生都能積極思考問題，通過討論最終給出準確答案。5個問題串層層遞進，依次承擔導入和分析4個經典實驗的任務。學生在問題的引導下，一步步分析實驗、觀察現象、推導結論，最終自主構建出植物向光生長的原因，并揭開植物生長素的神秘面紗。通過這節課，學生不僅能解釋植物向光生長，同時也鍛煉了科學思維能力。

參考文獻：

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