“生长素的生理作用”是高中生物人教版必修3·“稳态与环境”第三章“植物的激素调节”中的第二节内容。本节课的教学目标是在学习第一节“植物生长素的发现”,了解生长素的发现过程,以及生长素的产生、运输和分布的知识的基础上,进一步分析阐述植物生长素的生理作用,列举生长素作用的两重性,描述植物顶端优势的现象、原因、解除方法及应用,并举例说明生长素类似物在农业生产实践中的作用,探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度。

以往的教学活动,一般是教师先分析图示“生长素浓度与所起作用的关系”,得出生长素生理作用的两重性;再通过阅读资料、分析例题等形式理解生长素在农业生产中的应用;最后通过实验,使学生直观感受生长素促进插条生根的作用。这样的教学方法虽然能够顺利地完成教学任务,但却缺少学生的自主参与,学生的学习兴趣较低,只是被动地在听在记在做而已,学习效率低,学习效果差。

当今世界,科学技术迅猛发展,国际竞争日趋激烈,国家的发展和强大越来越取决于劳动者的素质,而创造性强、行动能力突出将是对高端人才的重要要求。为适应时代发展的需要,《普通高中生物课程标准(实验)》的基本理念中特别倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑,逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和处理问题的能力,以及交流与合作的能力等,重在培养具有创新精神和实践能力的人才。

鉴于此,笔者对这节课的教学设计思路如下:在突出生物学基本事实、核心概念的基础上,启发学生切身体会如何获得信息并进行信息转换,在实践中进行科学探究,并养成科学精神。

一、自主绘制真实数据曲线,学会获得信息,解读信息,进行信息转换

在以往教学实践中,学生是在教师指导下通过分析教材中的图示“生长素浓度与所起作用的关系”,了解生长素的生理作用和特性。这种形式的优点是教学过程简单、知识获取直接,但不能培养学生自主获取信息并思考的能力。因此,笔者尝试指导学生首先自主分析课前准备的一系列实验数据,再绘制相应的曲线,从一开始就让他们参与到教学活动中来。

课前笔者准备了两份数据表,第一份表是“不同浓度的生长素溶液对燕麦胚根的生长情况的影响”的实验数据(表1)。先请学生代表上台在黑板上绘制横坐标是生长素溶液的浓度,纵坐标是胚根的平均长度的曲线,并请其他学生在座位上画。有了具体的数据,讲台上和座位上的学生都画得非常认真。图像绘制完成后,教师又引导学生评价黑板上的几幅曲线。在评选出“优秀作品”后,学生分析“作品内涵”,即曲线反映了不同浓度的生长素溶液对燕麦胚根的影响,在一定浓度范围内,生长素溶液的浓度与胚根的平均长度呈现正相关,超过一定浓度后,生长素溶液的浓度与胚根的平均长度呈现负相关。

之后,学生们根据第二份数据表“不同浓度的生长素溶液对燕麦胚芽的生长情况的影响”的实验数据(表2)在之前绘制的曲线基础上绘出不同浓度的生长素溶液对胚芽的影响(图1)。绘制完成后,学生可以从曲线直观分析得出结论:不同浓度的生长素溶液对胚根和胚芽的影响呈现类似的变化趋势,但不完全相同。这样,具体的数据信息就先转化成了形象的图像信息,再转化为结论。

接着,笔者提供教材上的图示“不同浓度的生长素溶液对根、芽和茎的相对影响”(图2),学生将其与自己绘制的曲线进行比较,进一步分析图像中包含的信息。通过这种形式,学生更能体会到理论来源于现实的道理,并提高学习的兴趣。

从获得实验数据到自主绘制图表,再通过分析讨论得出结论,在此教学过程中,由于教师充分引导每个学生参与到活动中来,不但学生学习兴趣提高了,而且他们获取信息、解读信息、进行信息转换的能力得到了锻炼。在不知不觉中学生感受到了科学家获取信息、科学分析、得出结论的科学探索过程。

二、观察身边生物学现象,发展科学探究的能力

在校园里随处可见呈宝塔状的松树、修剪呈半球状的大叶黄杨,这些树形的塑造都利用了生长素的生理作用。在学生了解生长素生理作用两重性的概念基础上,笔者以这些身边客观存在的实例入手,引导学生探究生长素生理作用与生产生活实践密切相关的具体问题。

首先,笔者出示课前拍摄的校园里随处可见的松树及大叶黄杨的照片,引导学生观察,松树一般呈宝塔状而大叶黄杨呈半球状,学生说出松树的树形没有经过修剪而大叶黄杨是经过修剪的。接着,学生取出课前实地摘取的大叶黄杨的枝条,进行分析,发现:有的大叶黄杨枝条上的顶芽保留,侧枝基本没有发育;而有的枝条,剪去顶芽,侧芽发育成侧枝(图3)。

“为什么会有这样的区别?”带着问题,学生们继续探究。通过阅读教材内容,学生们知道了顶端优势,即顶芽优先生长而侧芽受到抑制的现象,如果摘除顶芽,侧芽部位的生长素浓度降低,侧芽所受的抑制作用就会减弱,逐渐发育为枝条。

通过科学的探究,学生们很快就体会到顶端优势体现了生长素的生理作用的两重性:既能促进生长,也能抑制生长,也理解了没有经过修剪的松树呈宝塔状而经过修剪的大叶黄杨呈现球状。这时,笔者启发学生说出顶端优势的应用实例,他们发散思维畅所欲言,说了很多例子:如在农业生产中,对果树进行修剪,对棉花、番茄等农作物进行摘心都是通过解除顶端优势达到增产的目的;而在林业生产中,通过维持顶端优势可以获得大量的材用树木。

身边的生物学现象随处可见,而仔细的观察、提出问题、带着问题进行科学性的探究,能帮助学生理解生物科学原理,有助于学生对知识的深入理解和迁移应用。

三、通过预实验,进而开展科学探究活动,初步养成科学方法、科学态度、科学精神

通过前面的学习,学生知道不同浓度的生长素溶液对根的影响不同,而探究促进插条生根的最适浓度在生产实践中十分重要。教材中设计的探究活动就是以此为中心展开的,这也是本节课的重点和难点。

为了能够提高课堂效率,体现探究活动的效果和意义,养成科学方法、态度和精神,笔者将这节课的探究活动分为两个环节:预实验和正式实验。

(1)预实验。提前两周组织了两组(每组4人)有兴趣的同学开展了探究活动的预实验。具体如下:

实验目的:探索萘乙酸促进迎春花插条生根的适宜浓度。

提出问题:萘乙酸促进迎春花插条生根的适宜浓度是多少?

材料器具:一年生生长旺盛的生理状况基本一致的迎春花枝条28根,枝剪,蒸馏水,0.1mol/L的NaOH溶液,烧杯,量筒,玻璃棒,萘乙酸等。

实验步骤:

①配制溶液:配制2、4、6、8、10、12ppm浓度的萘乙酸溶液;

②制作插条:一年生迎春花枝条、长约10~15cm、带芽(3个)、去成熟叶,下端剪成光滑斜面,分成7组,每组4支;

③处理插条:浸泡法,使用不同浓度的萘乙酸溶液浸泡枝条(下端),深约1.5cm,处理24h后取出,晾干4h;

④水培观察:将处理后的六组插条,再加一组对照组(不经处理),下端浸泡在清水中;

⑤观察记录:水培9d,每天固定时间观察生根数,填写数据表(表3)并绘制曲线;

⑥结果分析:生根数最多的为适宜浓度;

⑦表达和交流讨论。

进行预实验为正式实验摸索了条件,也可以检验此实验设计的科学性、可行性,避免设计不周,盲目开展实验而造成的浪费。通过开展此预实验,学生们查阅很多资料,了解到配制萘乙酸溶液可以加入NaOH助溶解,制作插条时要注意尽量避免差异,此实验处理插条采取浸泡法,所以处理时间要长,如果采用蘸沾法,处理插条的时间要短,通过水培观察生根数效果较好,每天在固定的时间进行观察等。

(2)正式实验。在开展正式实验之前,学生先汇报了预实验的过程及结果。结果表明:4 ppm浓度的萘乙酸为促进迎春花插条生根的适宜浓度。在此基础上,进行分组正式实验。学生们选择0.2 ppm作为浓度梯度,利用3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0 ppm浓度的萘乙酸浸泡枝条,再按照预实验的步骤进行观察记录和分析,两周后的课堂上组织小组内汇报实验情况,并在班级内进行交流讨论。

因为进行了预实验,避免了很多探索的过程,确保顺利开展正式实验,有一些组得出4.8 ppm的萘乙酸是促进迎春花插条生根的最适浓度(表4),但也有不少组得出其他不同的结论。学生也在交流时分析原因,如制作插条时有差异存在,配制的萘乙酸溶液的浓度存在问题等。

通过开展预实验、进行正式实验,学生们比较顺利地开展了课堂探究活动,获得了促进迎春花插条生根的最适浓度;并在此基础上,更深刻地体会到生长素生理作用的两重性。

在“生长素的生理作用”这节的教学过程中,教师采用多种教学手段,使学生们变被动为主动,积极地参与到各项活动中,培养了搜集和处理科学信息的能力,并在探究过程中,积极参与交流与合作,切身体会到探究的科学方法,树立严谨的科学态度,养成求实、创新、团队的科学精神。教书育人不是一节课的时间和过程,如果教师能积极采用多种教学手段相结合的教育模式,持之以恒,在进一步提高国民素质的方面,一定能有所收获。