“生長素的極性運(yùn)輸”開放性實驗探究和改進(jìn)

梁瑋

1問題的提出

生長素是一類重要的植物激素，能從產(chǎn)生部位運(yùn)送到作用部位而發(fā)揮作用。研究表明，在胚芽鞘、芽、幼葉和幼根中，生長素只能從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端，而不能反過來運(yùn)輸，也就是只能單方向地運(yùn)輸，稱為極性運(yùn)輸。如何證明生長素的極性運(yùn)輸呢？人教版教材必修三第三章第一節(jié)的技能訓(xùn)練側(cè)重于訓(xùn)練學(xué)生依據(jù)科學(xué)實驗的要素分析其實驗設(shè)計的嚴(yán)密性，提出改進(jìn)意見。同時，它也有助于學(xué)生理解生長素的極性運(yùn)輸。

[例]取一段玉米胚芽鞘，切去頂端2mm，使胚芽鞘不再產(chǎn)生生長素。在上端放一塊有生長素的瓊脂，下端放一塊不含有生長素的瓊脂（圖1A，胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝上）。過一段時間檢測，發(fā)現(xiàn)下端的瓊脂塊逐漸有了生長素（圖1B）。

結(jié)論：

①下端瓊脂塊上的生長素來自上端的瓊脂塊。

②生長素在胚芽鞘內(nèi)只能從形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)的下端。

討論：

①這個實驗的設(shè)計是否嚴(yán)密？

②從實驗結(jié)果到結(jié)論之間的邏輯推理是否嚴(yán)謹(jǐn)？

③如果要驗證上述結(jié)論是否正確，應(yīng)該對實驗方案如何進(jìn)行改進(jìn)？

2探究討論，得出結(jié)論

在“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”這一節(jié)的內(nèi)容中，除了要求學(xué)生概述植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程，體驗發(fā)現(xiàn)生長素的過程和方法之外，另一個重要的教學(xué)目標(biāo)就是評價實驗設(shè)計和結(jié)論，訓(xùn)練邏輯思維的嚴(yán)密性。在課堂教學(xué)過程中，采用的教學(xué)方式是先組織學(xué)生思考、討論，找出實驗設(shè)計中的問題和不足，然后由其他學(xué)生和教師共同評價、修正并完善。大多數(shù)學(xué)生可以從實驗結(jié)果推出結(jié)論①下端瓊脂塊上的生長素來自上端的瓊脂塊，而結(jié)論②的邏輯推理不嚴(yán)謹(jǐn)，即不能夠證明生長素在胚芽鞘內(nèi)“只能”由形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)的下端。學(xué)生能夠提出實驗的改進(jìn)意見：增加一組胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端朝下的實驗，來研究生長素能否從形態(tài)學(xué)下端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)上端，如果位于形態(tài)學(xué)上端的空白瓊脂塊中沒有收集到生長素，即可證明生長素的極性運(yùn)輸是單方向的。

上述實驗方案的改進(jìn)似乎非常合理，并且教師教學(xué)用書上也是這個改進(jìn)方案。通常課堂上，學(xué)生討論出這個結(jié)果之后，教師就會結(jié)束對這個實驗設(shè)計的探究。但是，根據(jù)這兩個實驗就可以完全得出這兩個結(jié)論了嗎？有沒有什么問題？還有沒有其他的實驗設(shè)計思路？在學(xué)生繼續(xù)討論后，有學(xué)生提出結(jié)論①也不能得出，因為將胚芽鞘尖端切除之后，尖端以下部位還會有殘留的生長素，而這部分生長素也可能運(yùn)輸?shù)较露说沫傊瑝K。所以下端瓊脂塊上的生長素來源可能有兩方面：①來自外源性生長素（上端的瓊脂塊）；②來自內(nèi)源性生長素（尖端以下部位殘留的）。

3實驗再探究，提出改進(jìn)方案

從實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性出發(fā)，教師進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生思考改進(jìn)實驗。學(xué)生提出方案，在教材中所給的實驗組的基礎(chǔ)上，應(yīng)該增加一組空白對照（圖2）：在切去尖端的胚芽鞘的上下兩端都放置空白瓊脂塊，一段時間之后檢測兩個瓊脂塊中的生長素。形態(tài)學(xué)下端的瓊脂塊可以放在切去尖端的胚芽鞘上來檢測（圖3），如果胚芽鞘幾乎不生長，或者下端的瓊脂塊中生長素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實驗組，那么內(nèi)源性生長素的含量可以忽略不計。還有學(xué)生提出，可以用同位素標(biāo)記實驗組上端瓊脂塊中的生長素，然后檢測下端瓊脂塊中生長素帶標(biāo)記和不帶標(biāo)記的含量之比。此時，要驗證結(jié)論②的正確性，應(yīng)該再增加一組實驗：將胚芽鞘倒過來放置，如果在形態(tài)學(xué)上端的瓊脂塊中檢測不到生長素，就可以說明在胚芽鞘中生長素的極性運(yùn)輸只能從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)较露恕?/p>

4大膽質(zhì)疑，實驗優(yōu)化設(shè)計

如果胚芽鞘不顛倒，而把上下兩塊瓊脂塊顛倒，這樣的實驗設(shè)計是否可行呢？有學(xué)生課堂上提出了不同的實驗設(shè)計，當(dāng)出現(xiàn)“意外”的設(shè)計方案，學(xué)生的思維和興趣會被激發(fā)。因為本實驗探究生長素的極性運(yùn)輸，并不清楚極性運(yùn)輸?shù)膯畏较蛐允欠衽c重力有關(guān)，所以在設(shè)計實驗時應(yīng)盡可能排除重力的影響，而如圖4的實驗組與教材中的實驗組，兩組實驗的結(jié)果均可能有兩方面的因素：①重力的原因；②生長素單方向極性運(yùn)輸?shù)脑颍匀徊荒芘懦亓Φ淖饔茫虼诉@個實驗設(shè)計不妥。

那么，在這個實驗設(shè)計的基礎(chǔ)上如何進(jìn)行改進(jìn)呢？此時，教師可以再加一組胚芽鞘形態(tài)學(xué)下端朝上的實驗（圖5），如果位于形態(tài)學(xué)上端的瓊脂塊沒有生長素（圖5a），而形態(tài)學(xué)下端的瓊脂塊中收集到生長素（圖5b），即可以證明生長素的極性運(yùn)輸不受重力的影響，能夠逆重力從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)较露硕荒艿怪谩?/p>

為了排除重力對極性運(yùn)輸?shù)挠绊懀€能怎樣設(shè)計實驗?zāi)兀拷處熆梢赃x擇兩組水平放置的胚芽鞘（圖6）：第一組，帶有生長素的瓊脂塊放在胚芽鞘形態(tài)學(xué)下端，無生長素的瓊脂塊放在形態(tài)學(xué)上端；第二組，帶有生長素的瓊脂塊放在胚芽鞘形態(tài)學(xué)上端，無生長素的瓊脂塊放在形態(tài)學(xué)下端。過一段時間檢測，發(fā)現(xiàn)第一組未接收到生長素，第二組接收到生長素，說明生長素只能由形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端，而不能顛倒，即證明極性運(yùn)輸?shù)膯畏较蛐裕驗樵搶嶒炛兄亓Φ姆较蚺c生長素極性運(yùn)輸?shù)姆较虼怪保粗亓]有發(fā)揮作用，同時也排除了重力對極性運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

5總結(jié)與啟示

在高中生物課堂教學(xué)中，教師要充分挖掘教材中的探究性素材，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，放手讓學(xué)生主動思考、充分討論，營造一個積極鉆研的課堂氛圍，發(fā)掘?qū)W生思維的閃光點，捕捉課堂的生成性資源，從而有意識地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)條理的思維習(xí)慣，以及理性思維能力和創(chuàng)新意識。