基于思維進階的高中生物學課堂教學實踐

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

1教學背景分析

1.1教學內容分析

“生長素的運輸方向及機理\"內容屬于人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修1·穩態與調節》第5章第1節，本節內容具體涵蓋\"生長素的發現過程\"“生長素的合成、運輸與分布\"和“生長素的生理作用\"三部分。在復習課中，教師應組織學生利用新的實驗證據驗證并完善已有理論，培養其科學思維能力，并加深其對“極性運輸是一種主動運輸”及“生長素的兩重性”等概念的理解。同時，教師還應通過梳理科學知識引導學生理解科學本質，并為指導農業生產實踐提供理論依據。

1.2學情分析

學生通過研讀教材、完成復習學案，對本章的重要概念進行初步的自主復習，并建立生長素的發現、運輸方向、特點等基礎知識的系統性聯系。然而，學生對相關知識的掌握仍停留在識記層面，缺乏深度理解，未能充分領悟知識背后的科學思想與方法，難以在新情境或復雜情境中靈活應用所學知識，且學生的閱讀和科學表述能力均有待提升。

基于以上情況，教師有必要在高三復習階段融入真實的科研素材，設計并實施探究性學習活動，引導學生積極參與，以深化學生對概念的理解，進而發展其科學思維。

1.3教學總體思路

高三復習課應避免成為原有教學內容的簡單重復，而應基于學生的現有知識水平，制訂思維進階的具體路徑，讓學生在知識、能力和方法上實現逐步提升，并致力于學生生物學學科核心素養的發展。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》要求學生理解知識的同時還要能夠應用知識解答相關問題。

因此，筆者選用擬南芥作為實驗材料，依托真實的科研情境，運用基礎知識分析并解決情境中的一系列問題，包括探究生長素極性運輸的具體機制、分析影響極性運輸的因素，并討論這些影響因素在農業生產實踐中的應用。教學過程遵循從個體水平到分子水平、從理論研究到實踐應用的邏輯順序，構建思維進階的框架，旨在實現知識與能力的統一發展。

2教學目標

（1）通過開展探究生長素運輸方向、極性運輸與PIN蛋白關系的實驗，掌握科學探究的基本思路和方法，提高科學探究能力。

（2）依據“化學滲透假說”，運用結構與功能觀、穩態與平衡觀分析生長素極性運輸的機制，提高歸納和概括的科學思維能力。

（3）基于科研情境中的生物學事實，運用演繹與推理的方法，分析影響生長素極性運輸的因素；解釋生長素極性運輸受阻造成擬南芥植株矮小和頂端優勢喪失的原因；嘗試討論影響生長素極性運輸的因素在生產實踐中的應用，以指導農業生產。

3教學流程圖

筆者基于教學目標，構建以下教學流程圖（見圖1）。

4教學過程與實施

4.1探究生長素的運輸方向

教師選用擬南芥作為實驗材料，設計探究生長素運輸方向的實驗。首先，教師引導學生觀察如圖2所示的實驗，并以此為出發點提出問題，進而做出猜想：生長素從頂端（形態學上端）到基端（形態學下端）進行了極性運輸。隨后，教師引導學生分析實驗方案的科學性，評估其是否能夠有效驗證上述假說，并在此基礎上完善實驗設計。

設計意圖：本環節是對教材中“思維訓練\"欄目的改編，教師以真實的科研情境為依托，讓學生在探究生長素極性運輸的過程中深人理解和實踐科學探究的基本思路和方法，同時加深其對實驗設計中對照原則、單一變量原則、科學性原則以及平行重復原則的認識。這一環節不僅提升了學生的實踐能力，還為其后續探究生長素極性運輸具體機制的思維進階奠定了基礎。

4.2探究生長素極性運輸的機制

4.2.1探究生長素極性運輸與PIN蛋白有關

首先，教師介紹背景知識：生長素極性運輸與細胞膜上的生長素輸出載體（PIN蛋白）密切相關。隨后，教師從擬南芥莖段為實驗材料，指導學生設計實驗方案并探究生長素的極性運輸是否與細胞膜上的PIN蛋白有關。

4.2.2探究生長素極性運輸的具體機制

首先，教師提出“非解離型生長素與解離型生長素運輸到細胞內的方式是否相同”“細胞膜外的生長素為何主要以非解離型存在\"等問題，并以問題驅動的形式引導學生對生長素在植物體內的運輸機制（見圖3）進行分析。2其次，教師組織學生進行小組討論，歸納并概括生長素極性運輸的具體機制，即IAA-（解離型生長素）通過細胞膜上的PIN蛋白以協助擴散的方式被運輸至細胞間隙，再通過細胞膜上的生長素輸入載體，以主動運輸的方式運輸至下一個細胞內。在細胞間隙中，IAA可轉化為IAAH（非解離型生長素），后者以自由擴散的方式被運輸至細胞內，以提高生長素極性運輸的速率。生長素輸出載體和輸入載體的轉運機制決定了生長素只能從植物的形態學上端運至形態學下端。最后，教師運用上述機制解釋“極性運輸是一種主動運輸\"的觀點。

設計意圖：教師采用問題驅動的形式，引導學生層層深入地分析生長素極性運輸的機制。學生從結構與功能觀、穩態與平衡觀的角度解釋生長素極性運輸的原因，并通過引入新的實驗證據加深對“極性運輸是一種主動運輸”的理解，提高自身的歸納概括和語言表述能力。

4.3生長素極性運輸的影響因素及相關應用

4.3.1探究影響生長素極性運輸的因素

教師展示科學資料：已知Bud1蛋白與PIN蛋白）存在相互作用，Bud1突變體擬南芥（Bud1基因表達水平升高）明顯地表現為植株矮小且頂端優勢喪失。3為探究原因，科研人員切取野生型和Bud1突變體擬南芥的莖段，并在頂端施加放射性標記的IAA（見圖4），4h后檢測莖段基端的放射性強度。教師指導學生推測實驗結果，并闡明可能的原因。

設計意圖：通過對情境資料的分析，學生不僅能夠發展獲取信息、演繹推理和歸納概括的能力，還能深刻認識到存在多種影響生長素極性運輸的因素。這一環節為后續在生產實踐中運用相關知識，以及實現高級思維的進階奠定了基礎。

4.3.2生長素極性運輸在生產實踐中的應用

首先，教師引導學生運用本節課所學知識，從分子水平解釋頂端優勢現象形成的原因。隨后，教師組織學生探討本節課的研究成果在農業生產實踐中的應用潛力，如可采用促進Bud1基因表達或降低生長素運輸載體數量及活性的方式來消除頂端優勢，從而有效防止植株過度生長。

設計意圖：學生通過探討影響生長素極性運輸的因素在生產實踐中的具體應用，激發自身的創造性思維，促進理論知識與實踐操作的深度融合，真正實現學以致用，從而提升自身解決實際問題的能力。

5教學反思

5.1探究實驗活動掌握思維方法，提升思維品質

本節課中，學生探究生長素的運輸方向、極性運輸的具體機制、影響極性運輸的因素并討論這些影響因素在生產實踐中的應用。在此過程中，學生依據觀察到的事實，利用分析、比較、歸納、概括、推理等思維方法，對信息進行有效整理、交流與研討，逐步揭示事物的本質特征和客觀規律，推進思維向高層次進階。同時，學生將探究得出的實驗結果與已有知識、經驗相結合，并在生活實踐中加以應用，這樣不僅能夠促進自身科學思維的發展和科學探究能力的提升，還加深了自身對科學概念的理解。

5.2創設“真情境”，解決“真問題”，有效發展生物學學科核心素養

筆者以擬南芥為實驗材料，結合新的科學證據，對已有理論進行驗證和完善，加深學生對“極性運輸是一種主動運輸”及“生長素的兩重性”等概念的理解。教師通過核心問題驅動，引導學生對生長素極性運輸機制進行層層深入的分析并歸納概括出生長素極性運輸的分子機制，為學生后續運用基礎知識解釋生物學現象奠定理論基礎。

本教學設計充分尊重學生的主體地位，引導學生進行思維進階式的探究學習。學生作為情境問題的解決者，通過參與問題解決過程，實現知識獲取與素養發展的有效結合，在加深自身知識理解的同時，發展自身的科學思維等生物學學科核心素養。

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2020年修訂）M.北京：人民教育出版社，2020：21-22.

[2]孔靜，王伯初，王益川，等.擬南芥根中生長素極性運輸的研究進展[J].生命科學研究，2013，17（5）：452-457.

[3]于勝楠，崔繼哲.PIN蛋白在生長素極性運輸中的作用[J].生物技術通報，2009（3）：20-24.