“生長素的發現”一節中兩個問題的處理

“生長素的發現”是必修3中“植物生命活動的調節”的重點內容，教材通過一系列實驗層層探究，得出了生長素的產生部位、作用部位、運輸方向和化學本質，突出了探究實驗中最重要、最常用的方法之一，即對照實驗法的設計思想、原則和方法。

這節課在以往的教學中大多采用課件演示科學家相關實驗過程的教法，學生以思維活動為主，研習實驗事實，理解實驗過程，記憶實驗結論。整個過程中，學生缺乏自主性，容易墨守成規，因而筆者嘗試了在學生進行大量的實驗后開展教學活動，利用這節課的內容讓學生重走了一次科學家的探索之路，學生真正地參與實驗過程，自主的建構、習得知識。在這節課中有兩個問題尤為重要：① 科學選擇實驗材料；② 植物向光性生長的原因分析。這兩個問題如果處理的好，不僅有利于本節課學習目標的達成，而且能使學生切實的體味科學探究的不易，掌握科學方法的精髓。

1 研究生長素實驗材料的選擇

實驗材料的選擇是一個容易被忽視的問題。但實際上，材料的選擇直接關系到實驗的成敗。眾所周知，孟德爾之所以能在同時代的研究者中脫穎而出，發現遺傳學兩大定律，與其科學的選擇了豌豆這一實驗材料密不可分，而在光合作用發現史中恩格爾曼能成功地證明光合作用的場所在葉綠體，主要原因就是科學地選擇了水綿作為實驗材料。可見，實驗材料的選擇于科學研究而言非常重要。在生長素發現的實驗中，達爾文等科學家選擇了胚芽鞘。

【教學實錄】

活動一：第1小組向同學介紹達爾文實驗的選材，同時展示一下他們自己培養的實驗材料照片（學生展示PPT）。

生：胚芽鞘是單子葉植物特別是禾本科植物胚芽外的錐形套狀物，是一個鞘狀結構。在種子萌發時，胚芽鞘首先穿出地面，起著保護胚芽的作用。胚芽鞘的尖端含有植物生長素，對幼苗的出土有很大意義。

生：實驗中達爾文他們選擇了金絲雀虉草（展示圖片），一種禾本科植物的胚芽鞘作為實驗材料。它生長速度快，便于觀察實驗結果。原產于非洲北端、歐洲南端和地中海沿岸的溫帶地區，是一種谷類作物，果實一般用作鳥食，尤其是金絲雀的食物，就是“金絲雀虉草”一名的來源。

師：你們就是選擇金絲雀虉草來進行實驗的嗎？

生：不是，在南京地區我們沒有找到金絲雀虉草。

師：那你們是怎么做的？

生：我們小組選擇了一些方便易得的材料，玉米、大蒜、水稻和小麥的種子。這是培養了4～5 d后的幼苗中胚芽鞘（學生展示照片）。

生：我們發現玉米的胚芽鞘比較明顯而且易于操作，所以把我們小組培養好的玉米幼苗發給大家（每個同學兩顆），讓同學們自己動手找找胚芽鞘。動手前請同學們觀看我們小組同學解剖玉米胚芽鞘的視頻。

學生用培養的玉米胚芽鞘講述它的結構。

【設計與反思】

胚芽鞘的尖端能產生生長素，是研究植物生命活動調節的好材料。達爾文選用的是金絲雀虉草，而金絲雀虉草在本地又不常見。這里就有一個材料的替代問題，選哪種植物的胚芽鞘是觀察、研究和理解后續實驗的重要基礎，在這里可以進行教材的內容拓展。

這組學生的活動開展的非常充分，培養了四種植物的胚芽鞘，通過直觀的結果選擇出合適的材料，也讓每個學生對實驗材料都有了準確的認知。

如果把四種植物的胚芽鞘都帶到課堂現場，讓大家討論，學習效果可能會更好。

2 植物向光性生長的原因分析

植物之所以能顯示出向光性，是因為單側光影響了生長素的分布，使背光一側的生長素多于向光一側，從而使背光一側的細胞伸長快于向光一側，結果表現為彎向光源生長。在教學中，教師首先要讓學生明白彎曲的本質是兩側伸長不均，那么再引導學生思考：彎曲的部位究竟在哪里呢？是什么地方伸長不均呢？

【教學實錄】

師：我們知道胚芽鞘感受光刺激的部位在尖端，那么彎曲的部位是在哪一部分？是尖端還是尖端下部？我們可以觀察一下書上的模式圖和我們拍攝的實物圖（圖1）。注意尖端只有1～2 mm。

生：彎曲的是在尖端下部。

師：可以用簡單的實驗證明嗎？彎曲是由于生長不均引起的，是哪部分細胞生長伸長呢？

生：（討論）可以做標記，在玉米胚芽鞘上涂上均勻的顏色。

生：在玉米胚芽鞘上畫上等距的橫線。

生：在玉米胚芽鞘上畫上一條豎線。

師：請同學們以手中的玉米胚芽鞘作為實驗材料，設計一個實驗探究彎曲生長的部位在胚芽鞘尖端還是在尖端下部。

學生匯報簡單方案。

【設計與反思】

理解彎曲的實質是分析彎曲部位的前提，而彎曲的部位就應該是生長素的作用部位。由實驗結果及課本的圖是分析，可以將彎曲部位鎖定在胚芽鞘尖端和尖端下端兩者之間。然后讓學生嘗試設計一個實驗來探究這個問題。生長是不易觀察到的，學生可能會想到用測量的方法，教師引導學生做適當的標記，可以通過測量使生長變得可以比較。

在學生設計出實驗方案后，一定要根據對照試驗的原則進行評價，讓學生進一步掌握對照試驗的設計思路與方法。

那么，尖端下段的生長是由于尖端產生的生長素作用的結果嗎？而兩側的生長素分布是不均勻的嗎？這又該如何驗證呢？

【教學實錄】

重演溫特實驗。

師：我們先一起來分析一下，如果達爾文的推測是正確的，尖端確實產生了某種化學信號甚至是化學物質，最直接的證明方法就是提取出來，但是當時的科學發展水平實現不了。雖然不能提取，但我們可以尋找一種載體將該物質從尖端轉移出來，如果在載體中這種物質也能向下運輸的話，那么載體具有與尖端同樣的作用效果，所以直接把它放置于切去尖端的胚芽鞘上，觀察生長情況。溫特找到了這種載體——瓊脂。

瓊脂大家并不陌生，這是我們第三組同學配制的瓊脂，同學們可以直觀的感受一下。

生：看上去是一種透明的膠狀物質，摸上去有些象我們經常吃的果凍。

師：瓊脂是由海藻中提取的多糖體，具有凝固性和穩定性，廣泛用于各類食品，在微生物的培養基中也會用到。

請第三組同學向我們展示一下他們模擬的溫特實驗過程。

生：溫特，荷蘭人，當時他還是一名大學生，在他父親的實驗室里做畢業論文。他進行了有關燕麥胚芽鞘向光性的實驗。

溫特的實驗是這樣設計的：實驗組：把胚芽鞘尖端放在瓊脂塊上，一段時間后將瓊脂塊放置在去除尖端的胚芽鞘的一側；對照組：將空白瓊脂塊放在去除尖端的胚芽鞘的一側；實驗結果：實驗組胚芽鞘向放置瓊脂塊的對側彎曲；對照組胚芽鞘不生長也不彎曲。

實驗過程：

① 配制瓊脂，瓊脂是用瓊脂粉配制的質量分數10%溶液冷卻后形成；

② 切除胚芽鞘細小的尖端（1～2 mm），放在瓊脂上一段時間；

③ 培養皿中培養長勢大致相同的四株胚芽鞘，用牙簽標記最初的高度；

生：在操作中遇到了一個大問題：把瓊脂放置在去除尖端的胚芽鞘的一側操作起來很難，胚芽鞘太小了，瓊脂塊也很容易掉，唯一沒掉的胚芽鞘生長也不明顯，所以我們小組討論了一下，決定把瓊脂塊放置在去尖端的胚芽鞘中間，我們覺得也能驗證達爾文假說的正確。即：胚芽鞘的尖端確實產生了某種物質，這種物質從尖端運輸到下部，并且能夠促使胚芽鞘下面某些部分的生長。

④ 實驗組：去尖端的胚芽鞘中間放置接觸過尖端的瓊脂塊；對照組：去尖端的胚芽鞘中間放置空白瓊脂塊；

實驗結果：實驗組胚芽鞘直立生長；對照組不生長不彎曲。

師：這組同學的實驗進行的很細致，他們在動手前查閱了大量的資料，在遇到問題后沒有輕易放棄實驗，而是分析、討論后大膽改進實驗，不論是否完善，也是在實驗中進行的延伸思考。

【設計與反思】

溫特的實驗在以往的教學中大多通過教師的講解和精美的圖片動畫進行教學，筆者讓學生親自動手做了這個實驗，看似簡單的溫特實驗只有親自實踐才能體會其中的不易。而且可貴的是學生在模仿溫特實驗失敗后并沒有氣餒，而是大膽創新勇于實踐，這種能力的獲得遠比被動的接受知識有價值的多。

這節課在書中占有的篇幅不長，但是一個典型的科學發現史。生長素的發現過程從1880年達爾文提出假設到1934年郭葛提取鑒定歷時54載，經過多位科學家的不懈努力才得以完成。讓學生模仿科學家做過的實驗，又不停滯在簡單的重復上，讓學生掌握科學方法的精髓，體悟科學史上的每一項發現都是來之不易的，都是科學家們辛勤、汗水、更是他們智慧的結晶，實現感情的升華。科學發展是一個不斷傳承的過程，鼓勵學生大膽產生超越前人的探索，正如筆者這節課的結尾說的那樣：“我相信這個過程不會在你們這里止步，你們會綻放的更絢爛！”