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“植物生长素(第1课时)”教学设计

2023-10-08 73 上传者：管理员

摘要：本节课以达尔文提出的“影响”为问题导向，学生通过自主阅读、整合知识、提出问题、小组讨论、设计实验、解决问题等，训练推理和批判思维能力，同时培养学生的团队意识和集体荣誉感，提高生物学学科核心素养。

关键词：
向光性
教学设计
植物激素
生长素
高中生物学
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1、教材分析及设计思路

“植物生长素”是人教版高中生物学教材选择性必修1第5章“植物生命活动的调节”中第1节的内容

本章介绍植物激素、植物生长调节剂以及环境因素对于植物生命活动的调节。生长素是第一个被发现的植物激素，本章内容从介绍植物生长素入手。本节课内容以植物生长素的发现过程为基础，同时以动物“激素与内分泌系统”及“激素调节的过程”等相关知识为基础。

本节课以“尿液革命”创设情境、提出问题，引导学生分析出尿肥中含有生长素，并明确生长素首先在人尿中被分离。然后，教师引导学生从科学家视角，以达尔文父子提出的“影响”为引，沿着“产生‘影响’→‘影响’透过琼脂→影响分布不均→‘影响’是生长素”的主线，设置驱动性问题串，由浅入深，环环相扣，不断引导学生探究，最终得出植物的向光性是由生长素分布不均造成的。其间，通过让学生分组合作，结合假说演绎法，自主设计模拟实验验证植物向光性的原因，在解决问题的过程中提高学生的科学思维水平，并能体验科学家严谨的科学态度和不断探究的科学精神。

2、教学目标

根据课程标准的内容要求、学业要求及学业质量标准，并围绕培养学生核心素养的要求，制订了如下教学目标：

(1) 通过分析植物生长素的发现过程，阐明其中蕴含的科学本质特点，发展科学思维。

(2) 通过学习科学家对植物生长素的探索历程，提升应用演绎推理、批判性思维等开展科学探究的能力。

(3) 通过对教材经典实验和补充资料的分析、归纳，积极开展小组探讨，得出合理结论，养成严谨求实的科学探究精神。

(4) 体会科学探索的艰辛历程，认同科学与技术的相互关系，认识生物学基础研究的应用价值，培养社会责任。

3、教学过程

3.1 创设情境，导入新课

教师先用投影展示粪尿分离马桶的图片，并提问：为什么人类要发明这种马桶?学生自然会联想到收集尿液。教师追问：为什么要收集尿液呢?学生感到困惑时，教师展示科学家在哥特兰岛的实验[1],即：对未施肥料、施用矿物质肥料和施用尿肥的三组大麦进行种植比较，实验结果显示施用尿肥的大麦生长速度最快。学生分析实验结果后，能想到尿肥含有尿素，其和矿物质肥料一样可以使大麦生长速度加快，但其效果却比矿物质肥料更好，应该是因为尿肥中还含有某种可以促进植物生长的物质。接下来，教师组织学生阅读教材，并介绍科学家确实从人尿中分离出来了植物生长素吲哚乙酸；同时，教师通过类比动物生长激素，帮助学生理解植物生长素，并引导学生结合氨基酸结构通式分析吲哚乙酸的化学结构。

设计意图：通过引用Nature在2022年发表的一篇新闻专述《尿液革命：回收尿液是如何拯救世界的》[1],将粪尿分离马桶作为情境，调动学生的求知欲，引出人尿中含有生长素的事实。

3.2 生长素的发现过程

其实植物生长素的发现，和我们常见的一种植物生长现象有关。教师通过视频展示植物的向光性，并介绍：这种现象，普通人往往知其然而不问其所以然，但达尔文父子则对这一现象进行了长期的观察和思考。

3.2.1 达尔文父子的实验

接下来，让学生通过阅读教材了解达尔文父子的实验材料，并请学生观察教师提供的小麦和玉米胚芽鞘后思考：达尔文父子做了哪几组实验?又能得到哪些结论?实验设计要遵循哪些原则?学生分小组讨论后产生了与达尔文父子一样的猜测：胚芽鞘尖端受到单侧光刺激后，就向下面的伸长区传递了某种“影响”,造成伸长区背光面比向光面生长快，因而使胚芽鞘出现向光性弯曲。此后，会好奇于：这种“影响”究竟是什么?这种“影响”为什么会导致背光面比向光面生长快?由此引出后面两位科学家的实验。

设计意图：利用层层递进的问题，逐步引导学生进行实验结果分析，有效提升学生用已有知识解决新问题的能力。对达尔文的实验推测提出疑问，体会当时科学家的探索过程和质疑精神，同时以“影响”是什么及其如何导致植物向光弯曲的两大问题为主线，串联起本节课的后续内容。

3.2.2 鲍森·詹森的实验和拜尔的实验

教师投影展示琼脂片的补充资料(琼脂是用藻类制成的半透明的粉末、薄片或颗粒，溶于热水，冷却后可凝固为凝胶状，其广泛用于制造各种食品、培养基以及其他用途),学生通过阅读材料能总结出化学物质可以透过琼脂。此后，学生阅读教材中詹森及拜尔的实验过程。接下来，教师请学生尝试回答：詹森的实验结论是什么?能回答上述我们对于达尔文推测的两大疑问吗?基于对达尔文实验的分析经验，学生能回答出：詹森的实验结论为胚芽鞘尖端产生的“影响”可以透过琼脂片传递给下部，由此推测这种“影响”可能是化学物质，但是对于背光面比向光面生长快的原因，则无法根据该实验结果提出推测。

此后，教师继续提出问题：拜尔为什么将尖端放在一侧?为什么在黑暗条件下进行实验?由此，引导学生推导出拜尔的实验结论：胚芽鞘的弯曲生长，是因为尖端产生的“影响”在其下部分布不均匀造成的。部分学生结合詹森的实验结论，还可初步得出：顶端产生的“影响”可能是一种化学物质，这种化学物质的分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长。教师引导学生对该结论提出疑问：这种“影响”是否真是一种化学物质?该如何证明?

设计意图：在该环节学生有阅读、讨论、演示等活动，锻炼了学生整合信息、逻辑思维、合作及表达能力。通过一系列问题的引导，训练学生从实验现象得出结论、做出推测及提出质疑的能力。

3.2.3 温特的实验

教师让学生借鉴詹森和拜尔的实验方法，通过小组讨论说出到底该如何证明这种“影响”是一种化学物质，并鼓励学生分享自己的思路。待学生完成相关内容后，让学生阅读教材上有关温特实验的内容，并对自己先前的实验设计进行补充修正。通过上述活动，学生了解到：胚芽鞘的弯曲生长确实是由顶端产生的化学物质引起的，这种化学物质就是本节课导入时提到的从尿液中分离出的植物生长素。通过学习多个科学家的实验，学生终于解决了对于达尔文推测的第一个疑问，但是生长素为什么会导致背光面比向光面生长快呢?

设计意图：使学生领会介质转移实验的方法，体会科学实验的巧妙。让学生先自主设计模拟实验，再呈现科学家的实验思路，学生会有一种和科学家不谋而合的感觉，极大地提升学习的成就感。

3.3 植物向光性的原因

教师要求学生根据本节课的学习内容，解释植物向光性的原因。学生能答出：单侧光照射后，胚芽鞘背光侧的植物生长素含量多于向光侧，导致两侧的生长不均匀，从而造成向光弯曲。教师针对学生的回答提出疑问：为什么背光侧植物生长素含量多于向光侧?你能利用假说演绎法设计模拟实验进行探究吗?学生在教师的引导下可以提出多个假说，包括：①向光侧的植物生长素被分解；②向光侧的植物生长素的合成被抑制；③向光侧的植物生长素无法向下运输；④向光侧的植物生长素向背光侧转移等。哪种假说是正确的呢?教师提供卡纸制作的模拟实验材料，包括：数个胚芽鞘尖端、琼脂块、云母片、光源，以及a、 b两组实验(图1)。请学生基于图中数据分析，学生会发现，前三个假说均不正确，但第4种假说需要验证。针对此，学生小组合作设计c、 d两组实验来验证第4种假说。待学生演示模拟实验设计后，教师投影展示c、 d两组实验结果，最终证明第4种假说的正确性。此时，学生产生了新的疑惑：生长素含量是如何测量的?

结合学生的疑问，教师提供生长素含量测定方法的拓展资料：①结合温特的研究，可根据植物生长素作用于植株或离体器官后所产生的生理反应的强度来推算；②可通过气相色谱-质谱联用的方法测定生长素含量。随后，教师将班级学生分为两组，分别给两组提供模拟实验材料，A组：羽衣甘蓝种子、光源、气相色谱-质谱联用仪、其他与样品制备有关的实验材料等；B组：拟南芥种子、光源、外源标记基因M(表达产物为蓝色)、其他与基因融合相关的实验材料等。学生经讨论完成实验设计后展示结果，接下来教师展示文献中的相关实验：①针对A组的内容为：单侧光刺激下，使用气相色谱-质谱联用仪测量羽衣甘蓝胚轴中植物生长素的积累量，实验结果显示背光侧含量高于向光测[2];②针对B组的内容为：将植物生长素作用下快速表达的基因与标记基因M融合，单侧光处理拟南芥幼苗，背光侧呈现蓝色[3]。至此，学生解决了在这节课最初提出的两大疑问:(1)这种“影响”是生长素;(2)单侧光照射下，生长素会由向光侧向背光侧转移，导致背光面比向光面生长快。

设计意图:让学生成为“小科学家”，引导学生自主设计实验，领悟科学研究的过程和方法，培养学生的创新意识以及设计实验的能力。在探究的基础上，学生了解前沿的科研方法及成果，认同科学与技术的相互关系。

3.4学习评价，运用研究方法解决实际问题

教师再次联系“尿液革命”提出问题:植物生长素为什么会出现在人尿中呢?学生提出多种假说:(1)人体内不含分解植物生长素的酶，食用的蔬菜水果中的植物生长素随尿液排出;(2)人的某些细胞也可以合成吲哚乙酸;(3)人的消化道中的微生物可以合成吲哚乙酸。教师引导学生思考:结合本节课中科学家用到的多种科学探究方法，如何设计实验验证你的假说?请大家在课后通过小组合作、查阅文献，设计实验思路并在下节课向大家分享。

设计意图:引导学生对常见现象深入思考，自主模拟体验科学论证的过程，促进学生将所学的知识进行迁移与运用，有效训练他们科学思维。

4、教学反思

在实际的课堂教学中，对于时间的把控是本节课最大的困难。小组讨论的时间较短，这样不能充分发挥出学生的潜力。为了整堂课内容的完整性，可以考虑将部分知识点通过课后练习拓展延伸，提高课堂效率。另外，在3.3的探究实验中，有些实验学生自主设计仍有较大难度。尤其是最后一组基因融合的实验方法，教师需要进一步挖掘与已学知识的关联性，给予恰当的引导，从而让学生透彻理解该实验的研究思路。

文章来源:李梦莹.“植物生长素(第1课时)”教学设计[J].生物学教学,2023,48(10):34-36.