高中生物教學中培養學生科學探究能力的實踐研究

劉盛宇

[摘要]以《生長素的生理作用》的教學設計為例，通過呈現科學探究的一般過程，即設計實驗案例，分析實驗結果，得出實驗結論，促進學生掌握科學探究的方法，培養科學探究能力;通過實驗事實，引導學生構建模型，生成一般性概念，歸納總結生成核心概念，內化核心素養。

[關鍵詞]科學探究能力;生長素的生理作用;核心素養

[中圖分類號] G633.91

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）14-0089-03

一、教材分析

《生長素的生理作用》是人教版生物必修3《穩態與環境》第三章第二節的內容，本節的教學內容分為兩大部分，一是講述生長素的生理作用，包括生長素的生理作用及生長素生理作用的特點;二是講述生長素在生產實踐中的運用，包括解釋植物頂端優勢的原因及解除頂端優勢和保持頂端優勢在農業生產中的運用，探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度在農業生產中的意義?！渡L素的生理作用》是在《植物生長素的發現》之后學習的，具體學習生長素的生理作用及其在生產實踐中的應用。在本節中，教材設置了“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”這一探究性實驗，旨在訓練學生圖文轉換和利用坐標曲線分析得出結論的能力。

二、學情分析

在學習本節課之前，學生已了解植物激素的概念，并對植物產生向光性的原因以及生長素的產生、運輸和分布特點有了相應的知識儲備。同時，在《植物生長素的發現》的學習中已初步了解科學探究的一般過程和方法，但僅僅停留在理論的學習上，還沒有付諸實踐，而本節課恰好給學生提供了一個學以致用的機會。高二學生思維活躍，具備一定的實驗探究能力，但對于探究的目的、過程和結論的形成缺乏系統性的思考。因此，在探究實驗的過程中應加強對學生的引導，細化各環節中的問題，并做好知識的鋪墊。在教學中通過探究式教學法、概念教學法、實驗教學法，引導學生合作探究，通過圖文轉換、分析曲線、構建模型、得出結論等環節完成生長素生理作用及生長素在生產實踐中的應用的學習。

三、教學目標

1.知識目標

（1）概述植物生長素的生理作用;

（2）描述頂端優勢的現象、原因、解除方法及應用;

（3）舉例說明生長素類似物在農業生產中的應用。

2.能力目標

（l）通過識圖和圖文轉換訓練，提高獲取、整理信息的能力;

（2）嘗試探究不同濃度的生長素類似物對插條生根的影響，學會探究的一般步驟（設計實驗、實驗操作、觀察記錄、分析結果、得出結論）和方法。

3.情感目標

（1）通過聯系生產和生活實際，了解本節課的實踐價值，增強關心生產的意識;

（2）認同觀察和實驗是生物科學研究的基本方法，領悟“分析數據”和“得真，真結論”是關鍵而嚴謹的科學探究環節。

四、教學過程

1.創設情境，發現問題

通過播放微視頻講解植物向光性的原因及生長素的極性運輸和橫向運輸，呈現“植物橫放，根向地生長，但莖背地生長”的圖片（如圖1），引導學生討論矛盾現象背后的原因，進而引出課題——生長素的生理作用。

設計意圖：引發學生的認知沖突，以解決認知沖突為推動力，推動新課的學習。

2.比較分析，做出假設

通過圖2，引導學生做㈩關于生長素的假設。

假設1：重力作用下使根、莖中生長素的分布不同。

假設2：重力作用下使根、莖中生長素的分布相同，由某種未知的原因導致根、莖的生長方向不同。

生物學是一門以實驗為基礎的學科，結論的得出需要以實驗證據作為支撐。

給學生提供資料：生長素在植物體內含量很少，每5000 kg植物才能提取到1μg生長素，而且提取也相當困難。由此引出生長素類似物，如萘乙酸（NAA）、2，4-D等。

設計意圖：培養學生的理性思維及運用知識的能力，促進學生理解生長素類似物在農業生產中應用的意義。

3.體驗探究，掌握方法

課前，帶領生物興趣小組探究“不同濃度的萘乙酸對多肉植物生根和長芽的影響”。課中，播放實驗操作微視頻，講解整個實驗的步驟，引導學生分析變量（自變量、因變量、無關變量），及體驗探究的一般過程，最后呈現不同實驗材料的實驗結果（如圖3）。

設計意圖：讓學生理解自變量、因變量、無關變量及對變量的控制，體會實驗材料的處理及選擇對實驗的重要性。

構建生長素對生根影響的數學模型：展示“不同濃度萘乙酸對福娘生根的影響”的實驗結果（圖片、數據），如圖4-1、圖4-2和圖4-3所示。為了使實驗結果更加直觀，把實驗數據轉換成曲線圖（如圖4-4）。

構建生長素對長芽影響的數學模型：展示“不同濃度萘乙酸對福娘長芽的影響”的實驗結果（圖片、數據），讓學生把實驗數據轉換成曲線圖（如圖5）。

設計意圖：構建生長素對生根、長芽影響的數學模型，使學生從模型中更加直觀、真切地感受到生長素的生理作用及作用特點，培養學生圖文轉換的能力，提高學生的生物學學科核心素養。

4.分析結果，得出結論

展示教材“問題探討”中生長素濃度與所起作用的關系圖（如圖6），提出問題讓學生討論：（1）對不同植物器官來說，生長素的最適濃度分別是什么？它們對生長素的敏感性如何？（2）10^-6mol·L^-1的濃度對植物根、芽、莖的影響分別是什么？

構建概念模型：通過實驗證據得出了“生長素既能促進生長，也能抑制生長;既能促進長芽，也能抑制長芽;既能防止落花落果，也能疏花疏果”的事實;得出了“生長素對植物器官的生長既有促進作用也有抑制作用”的一般概念，最后總結得出生長素的生理作用特點，即“生長素的生理作用具有兩重性”這一核心概念。

設計意圖：通過實驗證據，得出一般概念，最后總結升華得出核心概念。讓知識在學生的大腦中逐漸生成，讓學生擺脫死記硬背。

在學生形成了“生長素的生理作用具有兩重性”這一核心概念后，引導學生對前面提出的假設做出相應的判斷，進一步讓學生解釋植物莖背地生長和根向地生長的原因，并追問學生莖背地生長和根向地生長是否體現了生長素的生理作用特點——“兩重性”。

設計意圖：既對前面的知識做出回應，又讓學生體會到學習成功的喜悅。

5.應用知識，鞏固提升

（l）知識應用

呈現植物頂端優勢圖片，引導學生解釋植物頂端優勢的原因，及思考是否體現了生長素生理作用的兩重性，說出解除頂端優勢和保持頂端優勢在生產實踐中的應用。

（2）方法應用

引導學生繼續探究萘乙酸促進福娘生根的最適濃度。提出問題：本實驗的目的是找到促進福娘生根的最適濃度，應如何設置自變量？

教師展示生物興趣小組探究不同濃度萘乙酸對福娘生根影響的圖像構建過程（如圖7），引出預實驗。

出示南瓜，引導學生思考：南瓜的形狀怎么樣？是什么原因讓南瓜長成這樣？剖開南瓜讓學生觀察。

學生完成實驗設計并進行自評、互評，最后教師進行評價。

設計意圖：讓學生掌握科學探究的一般過程，引導學生將探究延伸到課外生活中。

課堂小結：從生長素的生理作用到生長素生理作用的特點，從生命的現象到生命的本質，只有理解了生命的本質才能體會到生命之美。

五、教學反思

（l）在本節課的教學中，通過事實先形成一般概念，再建立核心概念，體現了以學生為主體、教師為主導的教學理念。

（2）以知識為載體，傳授科學探究的方法和技能，注重能力的培養和方法的指導，落實培養學生生物學學科核心素養的課程理念。

（3）尊重學生認知規律，結合學生已有知識及生活經驗，引導學生探究，貫徹了“倡導探究性學習”和“注重與現實生活聯系”的課程理念。

（4）各環節的過渡處理自然得當。從生長素的含量特點自然引出生長素類似物的概念，從生長素生理作用的知識小結自然過渡到知識的應用，從生長素生理作用的兩重性特點過渡到尋找最適濃度的意義。

（5）通過不斷呈現事實，引導學生分析圖表、曲線生成知識;呈現不同濃度的萘乙酸對福娘生根、長芽的影響的實驗結果（圖片和數據），讓學生構建數學模型，從而理解與掌握“生長素的生理作用特點——兩重性”這一核心概念。

（責任編輯 黃春香）

[基金項目]本文系廣東省教育科研“十三五”規劃2016年度研究教育科研一般項目“基于核心素養理念的初中生物微課體系建構研究”（課題編號：2016YQJK144）的研究成果。