基于論證教學的“植物生長素”一節的教學設計

徐岳敏

(浙江省樂清市第三中學 325600)

1 教材分析及設計思路

“植物生長素”是浙科版高中生物學教材《穩態與環境》第1章“植物生命活動的調節”第1節的教學內容。教材中以達爾文父子的實驗、波森·詹森的實驗、溫特的實驗、郭葛的實驗等科學實驗為主線，探索生長素的產生和分布部位、運輸方式、生理作用以及應用，對學生的邏輯思維要求較高。

生長素發現過程的科學史包含了豐富的科學知識、科學思維、科學方法等教學資源，其中科學家發現問題、尋找證據和得出結論的論證思維正是開展論證式教學的極好素材，有利于學生加深對科學知識構建本質的理解，形成基于論證和邏輯推理的理性思維。

教學中采用論證式教學，圍繞某一論題利用科學的方法收集證據，運用一定的論證方式解釋、評價自己及他人證據與觀點之間的相關性，促進思維的共享與交鋒，最終達成可接受的結論。這種教學策略是從資料分析作為論據支持得出主張，在遇到新的論據辯駁原有主張時，不斷完善或認可主張[1]。教師以學生領會知識內涵為目標，重點在于論證生長素的發現和生長素的生理作用、特點，教學中努力挖掘和設計問題，引導學生像科學家一樣思考，建構科學概念和形成批判性思維，培養學生科學思維和利用所學知識分析解決實際問題的能力。難點在于論證生長素的存在和科學實驗設計的嚴謹思維及論證精神。

2 教學目標

2.1 知識目標 解釋生長素發現過程中的相關實驗，概述不同濃度的生長素對植物生長的不同作用，闡明生長素在生產實踐中的應用價值。

2.2 能力目標 形成嚴謹的科學探究意識和批判思維。

2.3 情感態度與價值觀目標 體會科學研究過程中嚴密的邏輯推理，認同科學發展是一個繼承與創新的辯證過程；關注生長素類似物的應用價值及其可能帶來的負面影響。

3 教學過程

3.1 生長素的產生和分布部位在哪里 第一步，提供資料，形成主張。達爾文在環球考查時發現草蘆有向光生長的現象，引導學生提出主張： 植物有向光性。

第二步，導入主題，引導論證。請學生思考： 會不會是偶爾現象？有沒有科學實證？逐個呈現實驗： 1880年，英國的達爾文父子用單側光照射正常胚芽鞘(第一組)、去頂胚芽鞘(第二組)、頂上加不透明帽的胚芽鞘(第三組)、頂上加透明帽的胚芽鞘(第四組)、用不透明薄膜將基部包起的胚芽鞘(第五組)。觀察發現分別發生彎向光源生長、不生長、直立生長、彎向光源生長、彎向光源生長(圖略)。主張： 胚芽鞘確實向單側光方向生長，表現出向光性，感光與尖端有關，有某種化學物質從胚芽鞘尖端傳遞到了下面。在二、三、四組呈現時，分別質疑： 會不會是去掉尖端造成的損失引起不能彎曲生長？會不會是帽本身對生長造成影響？基部是否也可以感光？辯駁： 根據實驗得出的假說還是缺乏科學證據。引導學生分析： 必須確定“影響”是否真實存在？為什么造成彎曲生長？

第三步，追加證據，捍衛主張。提供實驗證據： 1913年，荷蘭植物學家波森·詹森將一片明膠或云母(化學物質能透過明膠卻不能透過云母)分別插在胚芽鞘尖端和其下部之間。結果發現，插有明膠的胚芽鞘發生向光彎曲現象，插有云母片的胚芽鞘則不生長不彎曲。再次主張： 確實有一種化學物質由胚芽鞘尖端向下傳遞。質疑： 瓊脂或云母可能影響實驗結果。追加實驗證據： 設置對照組，在去頂胚芽鞘上放置空白瓊脂塊或云母片。結果胚芽鞘不生長，說明瓊脂塊或云母片本身未影響胚芽鞘生長。

第四步，鼓勵質疑，再次解釋。辯駁： 向光彎曲由胚芽鞘尖端本身造成，而非化學物質。如果存在某種化學物質，為什么會使胚芽鞘下部生長不均勻？教師提供實驗證據： 1926年，荷蘭植物學家溫特先將照過光的胚芽鞘尖端切下，放在瓊脂塊上。設置第一組空白對照，第二、三、四組分別在去掉尖端的胚芽鞘中間、右側、左側放一塊如圖1處理的瓊脂塊，第五、六組分別在中間和左側放置空白瓊脂塊。結果第一組不生長，第二組直立生長，第三組向左側彎曲生長，第四組向右側彎曲生長，第五、六組不生長、不彎曲(圖1)。

修正主張： 尖端產生了一種化學物質(后來被命名為生長素)，引起胚芽鞘彎曲生長。向光性(生長不均勻)是由生長素分布不均引起的。

第五步，深入質疑，揭開真相。辯駁： 耳聽為虛，眼見為實。可否提取到這種物質(生長素)？20世紀30年代，郭葛提取到生長素，其化學本質是一種小分子有機物——吲哚乙酸(IAA)。確立主張： 胚芽鞘尖端確實產生了一種化學物質——生長素。

圖1 溫特的實驗(深色表示含有生長素)

3.2 生長素的運輸方式是怎樣的 第一步，提供實驗數據，提出主張。20世紀20年代，科學家發現在單側光照射下生長素總量基本不變，但背光側生長素多于向光側(圖2)。

圖2 單側光照射影響生長素分布實驗

教師提出主張： 單側光造成了生長素在向光和背光兩側重新分配，并由向光側向背光側橫向運輸。

第二步，發現問題，質疑主張。質疑： 生長素都是橫向運輸的嗎？科學家把含有生長素的瓊脂小塊放在切去尖端的燕麥胚芽鞘的形態學上端，把另一塊不含生長素的瓊脂小塊接在下端，過些時間，下端的瓊脂塊中即含有生長素。但是，假如把這一段胚芽鞘顛倒過來，做同樣的實驗，生長素就不向下運輸(圖3)。進一步的研究發現，其運輸速度比物理擴散大10倍，缺氧或呼吸毒物(氰化物等)會抑制其運輸[2]。完善主張： 生長素在尖端橫向運輸，由向光側運向背光側，而在尖端以下是極性運輸，由形態學上端運向形態學下端。

圖3 生長素極性運輸實驗

3.3 生長素有什么生理作用和應用價值 辯駁： 生長素真的都是促進生長嗎？解讀數據，修正主張： 生長素作用的一個特點是低濃度促進生長，高濃度則抑制生長，而且往往與發生作用的器官有密切關系，其敏感性從大到小依次為根、芽、莖(圖略)。質疑： 生長素類物質有無其他激素？農業生產怎么利用生長素呢？引導學生尋找證據，確立主張： 現已證明，除了吲哚乙酸(IAA)，苯乙酸(PAA)存在于番茄、煙草等植物中，4-氯-3-吲哚乙酸(4-Cl-IAA)存在于豌豆、山黧豆等未成熟種子中[2]。因生長素含量極低，農業生產中應用其類似物，具有與生長素類似的功能，如2，4-D和萘乙酸等。

深入追問： 生長素或其類似物的作用都是積極的嗎？提供圖片資料： 頂端優勢的應用(果樹栽培、園藝、行道樹)；生產無籽番茄；促進扦插枝條生根；防止落花落果；除草劑(萘乙酸、2，4-D、2，4，5-T等)，其中落葉劑2，4，5-T在合成時產生致癌物質二英。

完善主張： 生長素及其類似物在農業、園藝等生產實踐中有著廣泛用途，產生了積極的效益，但也會產生負面影響，應加以控制和預防。

4 教學反思

應用論證教學，能較好地培養學生的科學思維、批判思維習慣，課堂的吸引力也更大。論證式教學非常注重論據，教學以提供理由或論據的方式互動交流，捍衛或批駁某個立場或觀點，是一種充滿理性的教育方式。這種教學方式不僅有利于學生批判性思維等多種思維的發展，也有利于學生對科學概念和科學本質的認識，有利于學生發展核心素養和學習潛能。