基于“假說—演繹法”的“植物生長素的發現”教學設計

吳金花

摘 要：文章以“植物生長素的發現”探究歷程為主線，創設問題情境，引導學生運用“假說-演繹法”，分組合作設計實驗自主探究，層層深入地揭示植物向光性的原因;進而提高學生的探究能力和合作意識，讓學生感悟科學方法，發展科學思維。

關鍵詞：問題情境;假說—演繹法;教學設計;科學思維

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 收稿日期：2019-06-09 文章編號：1674-120X（2019）36-0088-02

一、教學目標

一是生命觀念方面：在探究植物向光性原因的過程中，體會生命是通過調節實現穩態和平衡的。

二是科學思維方面：在學習植物生長素發現這一內容的過程中，體驗科學家的思維歷程，理解科學思維方法，形成科學思維習慣。

三是科學探究方面：運用“假說—演繹法”自主探究植物向光性原因，嘗試提出問題并做出假設，設計實驗并演繹推理，進一步體驗科學探究的方法。通過小組合作，合理評價探究實驗設計的科學性和嚴謹性，發展探究能力。

四是社會責任方面：在學習植物生長素發現過程的科學史中，體會科學家的科學品質與科學精神，[1]并且學會承擔社會責任。

二、教學重難點

重點在于植物生長素的發現過程;運用“假說—演繹法”探究實驗設計的科學性以及嚴謹性。難點在于植物向光性的原因。

三、基于“假說—演繹法”的教學過程設計

（一）創設情境，確定問題

教師播放綠豆幼苗向光彎曲生長的視頻，引導學生觀察幼苗生長環境，引導學生嘗試提出各種可能的問題，最后確定要探究的問題：引起幼苗向光生長的外因是什么？

設計意圖：提出有價值的問題是重要的科學素養，創設情境引入，啟發思維，提出問題，激發探究欲望。

（二） 引發觀點，提出假說

教師通過多媒體介紹達爾文實驗材料金絲雀虉草的胚芽鞘（以下簡稱“胚芽鞘”），展示胚芽鞘在單側光照射下向光彎曲生長的圖片。引導學生提出問題：“胚芽鞘向光彎曲生長需要什么環境條件？胚芽鞘感受單側光刺激的是哪一部分？向光性與尖端有何關系？胚芽鞘彎曲生長的是哪一部分？”

教師進一步引導學生思考：要弄清上述問題，需要設計怎樣的實驗進行探究？

1.分四個小組討論，分別設計上述四個問題的探究方案

教師提醒學生科學實驗設計時應遵循的原則，各小組畫出實驗設計示意圖后，由小組代表展示并解說設計思路，其他小組同學給出評價和補充，教師小結。其中第四個問題的探究難度較大，可通過類比生活現象進行啟發：如何確定頭發生長部位在基部而非發尾？——染發標記;通過測量什么數據可確定人長高主要是下肢長長？——分別測量衣長和褲長變化量。

由此可確定方案：通過標記法在胚芽鞘間隔等長距離處畫橫線標記，一段時間后觀察各橫線段的長度變化情況。緊接著，教師用多媒體展示實際實驗結果：橫線標記段伸長的部位均在距離尖端2毫米以下的部位。由此可以確定：彎曲生長部位在尖端的下面一段。

2.利用多媒體展示達爾文實驗

教師提出問題：“達爾文的實驗結果說明了什么？”學生討論回答：“向光生長需要單側光，胚芽鞘生長離不開尖端，感光部位在尖端。”教師引導學生思考：由此現象能做出胚芽鞘向光性可能原因的推測嗎？學生嘗試推測，分析推測的科學性，教師及時評價。最后，教師介紹達爾文的推測一：尖端產生某種“影響”并傳到下部。推測二：尖端產生的某種“影響”在下部分布不均，導致彎曲生長。

設計意圖：“需要什么條件”的探究屬自變量未知的條件探究，留有較大的探索空間，利于發揮學生自主性和創造性;“哪一部分”“在哪里”“有什么關系”均屬尚未聚焦自變量的探索探究，利于發展學生的發散思維，[2]從而為學生進一步做出推測打下基礎。通過小組討論設計探究方案，然后由小組代表解說，可培養學生的合作意識和訓練表達能力。通過介紹達爾文實驗結果，進而引出觀念，提出假說。

（三）學習歷史，實驗驗證

教師設置問題情境：植物沒有神經系統，尖端感光后對下部產生的“影響”不可能是神經起作用。動物激素是由產生部位運輸到作用部位后起作用的，尖端產生的某種“影響”會是類似動物激素一樣的物質嗎？要如何設計實驗證明呢？

教師嘗試演繹推理：如果這種“影響”真的是一種化學物質，并且是從尖端運輸到下部后起作用，那么阻斷尖端與下部的運輸通道后，這種“影響”將不能到達下部，下部將不生長。

同理，阻斷通道后，如果能有某種介質讓該“影響”運達下部，那就可以繼續發揮影響功能。反過來，則可以說明這種“影響”是化學物質。

學生分組討論，畫實驗探究設計示意圖，并由小組代表展示并解說，教師對學生的實驗思路進行評價。

教師引導學生觀察詹森實驗：瓊脂透水，尖端物質仍可通過瓊脂向下運輸，云母片不透水，尖端物質不可通過云母片向下運輸。分別用云母片和瓊脂片插入尖端與下部之間，單側光照下，插入云母片的胚芽鞘不生長，插入瓊脂片的胚芽鞘仍然彎曲生長。

得出結論：尖端產生的“影響”是一種化學物質，并且能從尖端運往下部，促使下部生長。

教師提問：“單側光引起胚芽鞘彎曲生長的機制是什么呢？”

教師引導學生對比分析向光彎曲生長實驗和拜爾實驗（如圖一所示），拜爾實驗切下胚芽鞘尖端放置在切面其中一側，通過人為操作使尖端產生的物質在下部分布不均。向光彎曲生長是由單側光這個外因導致的，而拜爾在暗室中進行的實驗排除了單側光這個外因的影響。但兩者結果一樣都出現了彎曲生長。

由類比推理得出初步結論：單側光的作用是使某種物質分布不均，進而導致彎曲生長。

教師引導學生思考：參照詹森的實驗技術手段和實驗材料，應該要怎樣設計實驗才能排除尖端這個結構起作用，并進一步證明是尖端產生的某種化學物質起作用呢？

學生分組討論，小組代表展示探究實驗設計示意圖，并解說設計思路，教師及時評價和鼓勵。

演繹推理：如果達爾文推論是正確的，那么瓊脂塊這個介質在接觸尖端后，尖端產生的化學物質就會傳遞到瓊脂塊中，放置瓊脂塊的一側接收到該物質后，生長素就會彎向對側生長。為排除瓊脂塊起作用，設置對照組，即放置未接觸尖端的瓊脂塊時，胚芽鞘既不彎曲也不生長。

實驗驗證：教師引導學生觀看溫特實驗結果（如圖二所示），實驗與預期相符。

得出結論：胚芽鞘尖端確實產生了一種能促使下部生長的化學物質，溫特將其命名為“生長素”。

教師介紹1946年郭葛等科學家從高等植物中分離出生長素，并確認其化學本質是吲哚乙酸（IAA）。具有生長素效應的物質還有苯乙酸（PAA）、吲哚丁酸（IBA）等。

設計意圖：創設問題情境，激發探究欲望。通過討論并設計實驗，掌握“假說—演繹法”的一般原理，培養科學探究能力;通過類比推理，進一步揭示植物生命活動的調節機制，同時培養邏輯推理能力;通過設計瓊脂塊對照實驗，滲透科學探究實驗設計原則，訓練實驗設計的科學性和嚴謹性，培養邏輯思維;通過學習科學史，總結經驗、提升思維能力。

（四）歸納總結，得出結論

在單側光照下，生長素在背光一側比向光一側分布多，使背光一側的細胞縱向（伸長）生長得快，結果使得莖朝向生長慢的一側彎曲，即向光彎曲生長。

設計意圖：鞏固知識，培養歸納總結能力。

（五）深化教學，拓展探究

單側光引起生長素分布不均的原因是什么？

做出假說：①單側光照射下，向光側的生長素橫向運輸，向背光側轉移。②單側光照射下，向光側的生長素被分解。

小組討論，由小組代表展示探究實驗設計示意圖并解說實驗設計思路，教師評價并鼓勵。

思路一（如圖三所示）：通過四個去掉尖端的胚芽鞘的生長情況判斷a、b、c、d四個瓊脂塊中生長素的含量，從而驗證兩種推測正確與否。

思路二（如圖四所示）：通過去掉尖端的胚芽鞘的生長情況判斷e和f兩個瓊脂塊中生長素的含量，從而驗證兩種推測正確與否。

設計意圖：深化教學，培養發散思維和探究能力。

四、教學反思

在引導學生分組設計探究實驗展開演繹的過程中，教師要關注學生的參與度。在本節課中，平時成績較差的學生也表現出了極大的學習熱情和積極性，教師要及時給予肯定和表揚，還要關注學生探究實驗的設計進程，要適時引導和給予提示，如進行類比提示，但不可代為設計。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]許桂芬.論證取向的實驗教學嘗試——“以植物生長素的發現”為例[J].中學生物教學，2014（12）：8-10.