“生長素的生理作用”一節的教學設計

殷 躍

（北京市廣渠門中學 北京 100062）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》提出教學過程重實踐?！吧L素的生理作用”一節的概念形成是建立在大量實驗基礎之上的，因此本節課在設計和實施時更重視引導學生主動參與，通過探究性學習活動，加深概念理解，發展科學思維，體現生物學科本質。

1 背景分析

1.1 教材分析 “生長素的生理作用”是人教版高中生物學教材《穩態與環境》第3 章“植物的激素調節”第2 節的內容，是依據課程標準要求“教學過程重實踐”及核心素養體系“倡導科學探究，發展科學思維”進行設計與實施的，是對第1 節“生長素的發現”中“生長素能夠促進植物生長”這一概念的完善和提升，進一步認識生長素的生理作用具有兩重性，為后續指導農業生產實踐奠定理論基礎，滲透穩態和平衡觀。

本節課在教材中關于“揭示生長素在調節植物生長時表現出兩重性”“不同器官對生長素的反應敏感程度不一樣”的文字描述和模式圖概括性強，內容很抽象，并且教材給出的活動建議僅“探究生長素對生根的作用”。所提及的教材內容和活動建議不能讓學生充分理解概念，所以筆者對實驗進行了創新，幫助學生參與到構建概念的過程中。

1.2 學情分析 學生在學習本節課之前已知生長素能促進植物生長，掌握了探究實驗的基本流程，會將實驗數據進行描點作圖，但對抽象概念缺乏感性認識，描述結論的能力和利用數學方法解決生物學問題的意識較弱。

1.3 設計思路 本節課首先以生活實例、園藝花卉造型設計和科研現象入手，引導學生大膽推測植物的向性生長特點，并嘗試進行解釋。然后設計并完成實驗，引導學生將感性的實驗現象轉化成數據，再利用數學方法將數據抽象成數學模型，主動構建重要概念，幫助學生掌握科學探究的基本思路和方法，提高實踐能力，將所學生物學知識，運用到解決生產生活問題中，逐漸形成穩態和平衡觀。

2 教學目標

1）認同植物個體通過一定的調節機制保持穩態，適應環境。

2）分析生長素作用的實驗數據，建立數學模型，繪制模式圖，揭示生長素在調節植物生長時表現出兩重性。

3）對植物的生長現象作出假設，小組合作設計并實施可行性探究方案，完成實驗數據的測量、多角度比較分析，以及數據的再處理。對實驗結果展開討論，總結規律。

4）利用生長素的生理作用規律對園藝生產、農業生產提出科學方案。

3 教學過程

3.1 認知沖突，提出假設 教師出示水培花卉，分析雖然因造型原因植物的主體形態向背光側傾斜，但是新生的莖、芽卻是向光生長，引導學生回顧莖向光性是如何形成的？進一步推測根的生長方向并說明理由。通過揭示“根背光生長的事實”，以及出示科學家的實驗，即用單側光照射水稻根，發現根的生長確實具有背光性，引發學生認知沖突，嘗試解釋根為什么會背光生長，提出假設，訓練其提出問題的能力。

3.2 實驗探究，構建概念 依據假設，設計探究實驗。在“生長素的發現”一課結束后，學生已知“生長素能促進生長”，但未涉及濃度問題。為了便于探究實驗的開展，筆者先組織課外小組學生進行預實驗確定了NAA 實驗濃度閾值，篩選出單子葉植物小麥和雙子葉植物鳳仙花的種子作為實驗材料。在探究實驗中，按照NAA 濃度梯度從0～10-2mol／L 進行了分組實驗，將全班分成14 個組，每組使用一個濃度的NAA 分別處理小麥和鳳仙花種子，定期進行全班觀察，分組測量小麥的根、芽、鳳仙花的根和下胚軸長度并處理數據。通過觀察和對比各組的實驗現象，提出生長素作用特點的合理假設；從“NAA 濃度對植物生長的影響”“同種植物不同器官（部位）對NAA 的敏感性差異”“單雙子葉植物對NAA 的敏感性差異”3 個角度對全班大數據進行定量分析，構建數學模型；通過不同實驗材料的反復實驗及查閱分析科研資料，對模型進行檢驗修正，繪制模擬曲線并闡釋生長素作用的普遍規律。

3.2.1 第1 個分析角度：NAA 濃度對植物生長的影響 在明確實驗目的的基礎上，引導學生從提供的小麥種子和鳳仙花種子若干、直尺、不同濃度的NAA、恒溫箱等實驗材料器具中進行選擇和補充，設計實驗，明確變量（表1）。學生先對全班實驗現象進行感性觀察和對比（圖1），然后呈現量化的實驗數據，初步分析生長素的作用，發現生長素既能促進生長又能抑制生長（表2），引導學生利用數學方法處理數據、分析實驗，掌握曲線分析的一般方法（圖2），結合目前已研究的生長素對于其他植物的生理作用研究結果［1-2］，得出生長素作用表現兩重性的普遍規律。

表1 實驗設計：探究生長素對植物不同器官的作用

圖1 不同NAA 濃度處理后小麥種子和鳳仙花種子的萌發情況（出示部分處理結果）

表2 實驗第7 天時的平均長度統計結果（單位：mm）

3.2.2 第2 個分析角度：同種植物不同器官（部位）對NAA 的敏感性差異 此環節的處理引入了增長率的概念（見圖2注），以消除因器官差異造成的數據差異，便于將同種植物不同部位對生長素的響應數據表現在一張坐標紙上。在明確實驗目的的基礎上，確定自變量。經過前面環節的訓練，學生很自然地遷移到將之前所做的相關曲線重疊（圖3），并進行比較，小組探討比較方法，進一步練習曲線分析的一般方法，嘗試繪制擬合曲線。通過補充分析科研資料［4-10］，最終得出結論“不同器官對生長素的敏感性不同，根＞芽＞莖”。

圖2 描點作圖，分析曲線

圖3 小麥和鳳仙花不同器官（部位）對生長素敏感性比較

3.2.3 第3 個分析角度：不同植物對NAA 的敏感性差異（圖4） 基于學生在前面2 個環節的訓練，此環節的數據處理和模擬曲線的繪制很容易完成。通過分析圖4，學生得出雙子葉植物鳳仙花比單子葉植物小麥對生長素更敏感，再通過補充分析研究資料［10］，學生概括出“不同植物對生長素的敏感性不同，雙子葉植物＞單子葉植物”。

圖4 單子葉植物小麥和雙子葉植物鳳仙花對生長素的敏感性比較

整個實驗探究過程，從多個角度分析，全員參與，將抽象的教材文字轉化成具體的實驗現象，再利用數學方法抽象出生物學規律，引導學生主動形成概念，認同普遍規律，既提高探究能力，又發展了利用數學方法解決生物學問題的科學思維方式。

3.3 解釋現象，形成觀念 利用所得規律分析解決根背光生長的問題。基于生長素作用的模型，引導學生預測在重力作用下，橫臥萌發的種子其根、芽的生長方向，說明理由和意義。

回歸課堂導入的問題，學生理解生長素作用的兩重性調節植物生命活動，適應環境，進一步形成穩態和平衡觀。

4 教學反思

1）重視提高科學探究能力，重視科研體驗，關注學生的科研能力獲得。本節課訓練學生篩選、處理實驗材料的能力，通過分組合作完成實驗分析、設計、修改，逐步完善實驗方案，完成實驗數據的測量和收集。將感性的實驗現象，轉化成數據并解釋數據，對結果進行交流討論，引導學生主動構建重要概念“生長素的生理作用具有兩重性”。

2）建立思維方法，為后續的學習與實踐奠定基礎。學生通過前2 節課對于生長素調節植物生命活動的學習，掌握科學探究的基本思路和方法，發展了科學思維。利用數學方法將數據抽象成數學模型，闡釋生長素的生理作用特點，初步形成了植物體通過激素調節維持穩態的生物學概念、穩態與平衡觀的生命觀念，并能提出生產實踐方案。

3）善用小組合作，精選實驗材料，巧用硫酸紙。本節課通過預實驗篩選小麥和鳳仙花的種子作為實驗材料，面對龐大的數據統計工作，巧妙進行實驗分割和匯合，一次實驗從3 個角度分析，發現普遍規律和特殊性，提高實驗效率，體現科學本質。還巧妙地使用了透明的硫酸紙作為描點坐標紙，幫助學生將不同的曲線進行覆蓋分析，對比清晰。