“探究種子萌發的外界條件”實驗的設計與實施

邢菊芳

(江蘇省蘇州工業園區西交大附屬初級中學 蘇州 215021)

1 教材分析

“探究種子萌發的外界條件”是蘇科版初中生物學八年級上冊第7單元第19章“植物的生殖與發育”中“植物的生長發育”一節中的內容，學生在探究前已經具備了植物的生殖、植物種子的基本結構等知識儲備，也具有了一定的探究能力和實驗操作能力，通過本實驗可以幫助學生探究種子萌發需要的外界條件，獲取科學的證據，從而建立植物的生存離不開適宜的外界條件的重要概念，同時進一步提高科學探究能力。在實際的教學中，由于本實驗進行的時間周期較長，無法在一節課上完成，因此，實際教學中多數情況下是課上小組討論實驗方案，而方案的實施效果不甚理想。

2 教學設計與實施

2.1 提出問題、作出假設 愛因斯坦說過：提出問題比解決問題的能力更重要。在初中階段的科學探究中學生要善于觀察，對生活中的現象提出問題。因此本探究開始可以展示農民播種的圖片，結合“清明前后，種瓜點豆”的諺語，教師提出問題：種子的萌發需要什么外界條件？這樣的問題來源于生活，能夠激活學生的思維，激發學生的探究欲，最后羅列學生列舉出的各種假設：①種子的萌發需要光照；②種子的萌發需要水分；③種子的萌發需要空氣；④種子的萌發需要適宜的溫度；⑤種子的萌發需要營養物質(無機鹽)。

2.2 制定計劃 組織學生進行討論、制定實驗方案是本探究活動的難點，為了降低難度，采取了以下策略：①全班分成五組，每組負責一個條件進行設計；②用問題引領，讓學生思考：你們小組研究的實驗變量是什么？如何設置對照實驗？其他的無關變量如何設置？各小組設計實驗方案交流展示，最后匯總成簡表(表1)。

2.3 實施計劃 各小組根據實驗設計方案，挑選蠶豆、培養皿等材料，在平均室溫28℃左右的天氣進行了實驗，每天觀察蠶豆種子的萌發情況。學生在2d、 4d后觀察到種子的萌發情況，并將各組萌發數量進行了比較(圖1)。

表1 探究種子萌發需要的外界條件實驗設計表

圖1 4d后各組蠶豆種子萌發率柱狀圖

2.4 得出結論 從蠶豆種子的萌發率不難看出它的萌發需要水分、適合的溫度，和光照、空氣和無機鹽無關。

3 進一步探究

“萬物生長靠太陽”“活細胞需要氧氣進行呼吸作用”，這些是存在于學生頭腦中的概念，然而蠶豆種子的萌發現象與概念不符，學生產生疑問：到底是實驗存在問題導致結果不準確，還是這些概念是錯誤的呢？

為了解決這個問題，提出了解決方案：①增加種子的種類和數量。例如，用玉米、毛豆、莧菜種子繼續進行上述實驗，搜集實驗證據和事實用來支撐結論。②改進種子萌發需要空氣組的實驗裝置。有的學生認為雖然種子已經浸沒在水中，但是水中也溶解了少量空氣，因此影響了實驗結果；有的學生認為種子放在培養皿中，種子吸水后導致沒有完全浸沒，能接觸到空氣因此萌發；于是學生想出用煮沸后快速冷卻的水代替純凈水，降低水中的空氣含量；在水面上滴上食用油隔絕外界的空氣，學生開始了蠶豆種子的第二次實驗(圖2)。

圖2 探究蠶豆種子萌發需要空氣實驗裝置圖

2d后，發現4種種子在光照與黑暗、土壤培養液和清水中都能萌發，并且萌發率相差不大；室溫組和有水組種子均能萌發，而冰箱組和無水組的種子均不能萌發。說明種子的萌發確實與光照和無機鹽無關，而是需要適宜的溫度與水分，與第一次實驗結論完全一致。與空氣組相比，無空氣組種子萌發率明顯下降，最高萌發率只有20%。繼續觀察發現，無空氣組中這些萌發的種子，胚根冒出后并沒有繼續生長發育。說明空氣是影響種子萌發的因素之一。

4 深入思考

學生觀察現象得出結論后，教師引導學生進一步思考：①種子萌發為什么不需要光照和無機鹽？②為什么需要水分、空氣和適宜的溫度？學生能夠運用呼吸作用、水分在生物體中的作用等相關內容解釋，在感性認識的基礎上，通過理性分析，真正完成對概念的理解和分析。

5 教學反思

5.1 探究實驗幫助學生構建科學概念 學生在學習該內容前已經有了一定的前概念，有些前概念是錯誤的，如種子的萌發需要光照和營養物質，而通過多種種子萌發實驗現象的觀察讓學生產生了認知沖突。在此基礎上，教師引導學生思考為什么種子的萌發不需要光照和無機鹽,認清概念的本質，從而轉化錯誤概念，形成科學的新概念。雖然整個實驗持續10d以上，但是每天的觀察、記錄幫助學生自主構建了種子萌發需要水分、空氣和適宜的溫度的科學概念，符合從現象到本質的認知規律。

5.2 探究實驗幫助學生提升多種能力 探究實驗對于培養學生探索自然奧秘、發展科學思維和培養探究能力具有十分重要的作用。這個探究實驗看似簡單，學生選擇一個研究變量后能按照單一變量原則、對照組原則設計出看似科學和嚴謹的實驗方案，但是在實際操作中就會發現諸多問題：如如何創造黑暗的環境；浸沒在水中的蠶豆在吸水后會接觸到空氣，水中含有一定的空氣，較小的莧菜青菜種子無法完全浸沒在水中等……面對這些問題，教師可以啟發學生主動思考、積極探索并尋找相應的解決方案，使實驗實施更加科學和完善，也使學生的探究能力、交流合作能力和解決問題的能力大大提升。有學生課后設置了這樣的無空氣組：把種子放入裝滿水的保鮮袋中扎緊，最后發現種子沒有萌發。有的學生觀察到浸在土壤浸出液中的蠶豆種子容易發霉的現象后，還自己進行了探究微生物對種子萌發的影響實驗，足見學生對生物學和探究實驗產生了濃厚的興趣，探究能力和創新能力也有所提升，體現了一個探究實驗對學生產生的潛移默化的影響。