運用科學(xué)史組織探究，探尋生物學(xué)概念的建立

王嵐

摘要以“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”教學(xué)為例，介紹如何運用科學(xué)史組織探究性學(xué)習(xí)，并在探究過程中體驗概念建立的過程，從而有效提高學(xué)生的探究能力，促進學(xué)生對概念的理解。

關(guān)鍵詞科學(xué)史 探究性學(xué)習(xí) 生物學(xué)概念 植物激素調(diào)節(jié)

人教版高中生物教科書《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第三章的重要生物學(xué)概念是“植物激素調(diào)節(jié)”。本章第一節(jié)“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”中蘊含了豐富的科學(xué)史資料，再現(xiàn)了人類首次發(fā)現(xiàn)植物激素的過程。在本節(jié)教學(xué)中，筆者充分發(fā)揮科學(xué)史的作用，帶領(lǐng)學(xué)生沿著科學(xué)家的足跡展開探究之旅，追尋生物學(xué)概念的形成和發(fā)展的歷程，感悟其中的探究方法和科學(xué)精神。

1課堂教學(xué)實錄

1.1引入環(huán)節(jié)

生長素的發(fā)現(xiàn)是從研究植物的向光性開始的，本節(jié)的教學(xué)也從植物的向光性展開。教師先播放蘿卜幼苗向光彎曲生長的視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象并提出問題。學(xué)生對視頻內(nèi)容表現(xiàn)出了強烈的好奇心，提出了許多問題：幼苗如何能夠確定單側(cè)光的方向？幼苗在什么部位發(fā)生彎曲？幼苗彎曲生長的機制是什么？如果沒有單側(cè)光，甚至沒有光，幼苗是否還能發(fā)生彎曲生長？……

善于提出有價值的問題是重要的科學(xué)素養(yǎng)，該引入環(huán)節(jié)既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力。

1.2達爾文的工作

教師介紹達爾文的研究，使學(xué)生明確發(fā)生彎曲的部位是胚芽鞘尖端下方的伸長區(qū)。教師帶領(lǐng)學(xué)生就“感光部位在哪里”展開探究，學(xué)生自主設(shè)計實驗。學(xué)生通過思考和討論形成了與科學(xué)家基本一致的實驗思路——對尖端和尖端下方分別遮光，分別觀察胚芽鞘在單側(cè)光下的生長情況。學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的實驗設(shè)計能夠與科學(xué)家的經(jīng)典實驗設(shè)計不謀而合，興奮不己。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考核心問題：感光部位在尖端，但彎曲部位卻在尖端下方，可見尖端對下方伸長區(qū)產(chǎn)生了影響。這種影響既傳遞了單側(cè)光的信息，又調(diào)節(jié)了伸長區(qū)的生長。這種影響是什么？胚芽鞘尖端通過什么樣的機制對尖端下方的生長速度進行調(diào)節(jié)？這樣，對植物向光性的研究就深入到了對植物生命活動調(diào)節(jié)機制的探索。對此達爾文的假說是：這種影響很可能是尖端產(chǎn)生了某種物質(zhì)，運輸?shù)较路缴扉L區(qū)起作用。

1.3詹森的工作

教師引導(dǎo)學(xué)生模仿科學(xué)家的探究過程，按照假說演繹法的一般過程“提出假說一進行演繹（預(yù)測現(xiàn)象）一實驗和觀察一得出結(jié)論”來嘗試驗證達爾文的假說。

教師引導(dǎo)學(xué)生深入思考達爾文的上述假說，展開演繹的過程：如果達爾文的假說是正確的，那么尖端對下方伸長區(qū)的影響實現(xiàn)的關(guān)鍵在于物質(zhì)從尖端運輸?shù)较路狡鹱饔茫羌舛伺c下方伸長區(qū)之間的結(jié)構(gòu)聯(lián)系。如果把胚芽鞘尖端與下方伸長區(qū)的結(jié)構(gòu)聯(lián)系切斷、隔開，只要物質(zhì)能向下運輸，那么影響仍然能夠?qū)崿F(xiàn)。

根據(jù)這一假說演繹過程，學(xué)生設(shè)計出的實驗與詹森經(jīng)典實驗思路基本一致。

1.4拜爾的工作

教師設(shè)問：單側(cè)光為什么能導(dǎo)致胚芽鞘彎曲生長？教師展示拜爾對此問題的研究過程。為了幫助學(xué)生更好地理解拜爾的實驗，教師引導(dǎo)學(xué)生對詹森的實驗和拜爾的實驗進行比較。

兩者的相同點有：詹森和拜爾的實驗在操作上都切斷了尖端與下方的結(jié)構(gòu)聯(lián)系；結(jié)果都出現(xiàn)了彎曲生長；兩個實驗都初步證明了達爾文的假說。兩個實驗的不同點是：彎曲生長的原因不同，詹森實驗中彎曲的原因是單側(cè)光；拜爾實驗則排除了單側(cè)光這種外因的影響，進而研究彎曲生長的內(nèi)因，從而揭示出生命現(xiàn)象更本質(zhì)的規(guī)律。分析拜爾的實驗，可知彎曲生長的內(nèi)因是尖端的影響在下方分布不均。

1.5溫特的工作

教師不直接介紹溫特的實驗，而是嘗試讓學(xué)生獨立思考。教師引導(dǎo)學(xué)生對達爾文的假說進一步演繹：如果達爾文的假說是正確的，那么只要尖端產(chǎn)生的物質(zhì)在下方分布不均就會造成彎曲生長。這樣進而引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)假說——演繹過程設(shè)計實驗：提取尖端產(chǎn)生的相關(guān)物質(zhì)，放在切除尖端的胚芽鞘一側(cè)，置于黑暗中培養(yǎng)，觀察生長情況。

教師展示溫特實驗的過程和結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論：溫特的實驗擺脫了尖端的結(jié)構(gòu)，徹底證明了達爾文的假說，尖端產(chǎn)生一種物質(zhì)向下運輸，在下方伸長區(qū)起作用造成彎曲生長。

教師介紹生長素的命名以及郭葛等人的分離鑒定工作：至此，生長素成為人類認識的第一種植物激素，“植物激素調(diào)節(jié)”的概念得以初步建立。

師生總結(jié)：從1880年達爾文拉開生長素研究的序幕到生長素得以被分離和鑒定，歷時半個多世紀，凝聚了來自不同國家的多位科學(xué)家的智慧。每一位科學(xué)家都前進了一小步，眾多的一小步最后匯成科學(xué)進步的一大步。

2教學(xué)反思

在本節(jié)教學(xué)中，教師避免了對科學(xué)史經(jīng)典實驗平鋪直敘地講解，而是充分運用科學(xué)史的情境，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，親歷假說演繹的探究過程，體驗科學(xué)研究的方法和精神。學(xué)生不僅學(xué)到經(jīng)典實驗的知識，還能體驗科學(xué)探究的過程。達爾文、詹森、拜爾和溫特的經(jīng)典實驗并非相互獨立存在，它們具有內(nèi)在的邏輯關(guān)系。通過科學(xué)史背景的鋪墊，學(xué)生能深切體會到科學(xué)家們在前人工作的基礎(chǔ)上尋求突破，逐步接近事物本質(zhì)規(guī)律的艱辛過程。

本節(jié)教學(xué)圍繞“植物激素調(diào)節(jié)”這一概念展開，教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。學(xué)生緊緊圍繞“尖端如何對下方實施影響”這一中心問題，展開探究，并逐步得出結(jié)論：這種影響來自一種物質(zhì)，它在胚芽鞘尖端產(chǎn)生，被運輸?shù)较路缴扉L區(qū)，對其生長起調(diào)節(jié)作用；它在本質(zhì)上是一種植物激素——生長素。在這個過程中，學(xué)生對于“植物激素調(diào)節(jié)”這一概念形成了清晰而深刻的印象。

在科學(xué)史背景中探尋生物學(xué)概念的建立過程，有效促進了學(xué)生對概念的理解和把握。在學(xué)生心中，“植物激素調(diào)節(jié)”不再是毫無感情色彩的科學(xué)名詞，而是凝聚著多位科學(xué)家不懈探索的智慧結(jié)晶，對學(xué)生深入理解生物學(xué)概念、增強對生物學(xué)科的熱愛、提高生物學(xué)素養(yǎng)都大有裨益。