“生长素的生理作用”一节的教学设计

殷 跃

（北京市广渠门中学 北京 100062）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出教学过程重实践。“生长素的生理作用”一节的概念形成是建立在大量实验基础之上的，因此本节课在设计和实施时更重视引导学生主动参与，通过探究性学习活动，加深概念理解，发展科学思维，体现生物学科本质。

1 背景分析

1.1 教材分析 “生长素的生理作用”是人教版高中生物学教材《稳态与环境》第3 章“植物的激素调节”第2 节的内容，是依据课程标准要求“教学过程重实践”及核心素养体系“倡导科学探究，发展科学思维”进行设计与实施的，是对第1 节“生长素的发现”中“生长素能够促进植物生长”这一概念的完善和提升，进一步认识生长素的生理作用具有两重性，为后续指导农业生产实践奠定理论基础，渗透稳态和平衡观。

本节课在教材中关于“揭示生长素在调节植物生长时表现出两重性”“不同器官对生长素的反应敏感程度不一样”的文字描述和模式图概括性强，内容很抽象，并且教材给出的活动建议仅“探究生长素对生根的作用”。所提及的教材内容和活动建议不能让学生充分理解概念，所以笔者对实验进行了创新，帮助学生参与到构建概念的过程中。

1.2 学情分析 学生在学习本节课之前已知生长素能促进植物生长，掌握了探究实验的基本流程，会将实验数据进行描点作图，但对抽象概念缺乏感性认识，描述结论的能力和利用数学方法解决生物学问题的意识较弱。

1.3 设计思路 本节课首先以生活实例、园艺花卉造型设计和科研现象入手，引导学生大胆推测植物的向性生长特点，并尝试进行解释。然后设计并完成实验，引导学生将感性的实验现象转化成数据，再利用数学方法将数据抽象成数学模型，主动构建重要概念，帮助学生掌握科学探究的基本思路和方法，提高实践能力，将所学生物学知识，运用到解决生产生活问题中，逐渐形成稳态和平衡观。

2 教学目标

1）认同植物个体通过一定的调节机制保持稳态，适应环境。

2）分析生长素作用的实验数据，建立数学模型，绘制模式图，揭示生长素在调节植物生长时表现出两重性。

3）对植物的生长现象作出假设，小组合作设计并实施可行性探究方案，完成实验数据的测量、多角度比较分析，以及数据的再处理。对实验结果展开讨论，总结规律。

4）利用生长素的生理作用规律对园艺生产、农业生产提出科学方案。

3 教学过程

3.1 认知冲突，提出假设 教师出示水培花卉，分析虽然因造型原因植物的主体形态向背光侧倾斜，但是新生的茎、芽却是向光生长，引导学生回顾茎向光性是如何形成的？进一步推测根的生长方向并说明理由。通过揭示“根背光生长的事实”，以及出示科学家的实验，即用单侧光照射水稻根，发现根的生长确实具有背光性，引发学生认知冲突，尝试解释根为什么会背光生长，提出假设，训练其提出问题的能力。

3.2 实验探究，构建概念 依据假设，设计探究实验。在“生长素的发现”一课结束后，学生已知“生长素能促进生长”，但未涉及浓度问题。为了便于探究实验的开展，笔者先组织课外小组学生进行预实验确定了NAA 实验浓度阈值，筛选出单子叶植物小麦和双子叶植物凤仙花的种子作为实验材料。在探究实验中，按照NAA 浓度梯度从0～10-2mol／L 进行了分组实验，将全班分成14 个组，每组使用一个浓度的NAA 分别处理小麦和凤仙花种子，定期进行全班观察，分组测量小麦的根、芽、凤仙花的根和下胚轴长度并处理数据。通过观察和对比各组的实验现象，提出生长素作用特点的合理假设；从“NAA 浓度对植物生长的影响”“同种植物不同器官（部位）对NAA 的敏感性差异”“单双子叶植物对NAA 的敏感性差异”3 个角度对全班大数据进行定量分析，构建数学模型；通过不同实验材料的反复实验及查阅分析科研资料，对模型进行检验修正，绘制模拟曲线并阐释生长素作用的普遍规律。

3.2.1 第1 个分析角度：NAA 浓度对植物生长的影响 在明确实验目的的基础上，引导学生从提供的小麦种子和凤仙花种子若干、直尺、不同浓度的NAA、恒温箱等实验材料器具中进行选择和补充，设计实验，明确变量（表1）。学生先对全班实验现象进行感性观察和对比（图1），然后呈现量化的实验数据，初步分析生长素的作用，发现生长素既能促进生长又能抑制生长（表2），引导学生利用数学方法处理数据、分析实验，掌握曲线分析的一般方法（图2），结合目前已研究的生长素对于其他植物的生理作用研究结果［1-2］，得出生长素作用表现两重性的普遍规律。

表1 实验设计：探究生长素对植物不同器官的作用

图1 不同NAA 浓度处理后小麦种子和凤仙花种子的萌发情况（出示部分处理结果）

表2 实验第7 天时的平均长度统计结果（单位：mm）

3.2.2 第2 个分析角度：同种植物不同器官（部位）对NAA 的敏感性差异 此环节的处理引入了增长率的概念（见图2注），以消除因器官差异造成的数据差异，便于将同种植物不同部位对生长素的响应数据表现在一张坐标纸上。在明确实验目的的基础上，确定自变量。经过前面环节的训练，学生很自然地迁移到将之前所做的相关曲线重叠（图3），并进行比较，小组探讨比较方法，进一步练习曲线分析的一般方法，尝试绘制拟合曲线。通过补充分析科研资料［4-10］，最终得出结论“不同器官对生长素的敏感性不同，根＞芽＞茎”。

图2 描点作图，分析曲线

图3 小麦和凤仙花不同器官（部位）对生长素敏感性比较

3.2.3 第3 个分析角度：不同植物对NAA 的敏感性差异（图4） 基于学生在前面2 个环节的训练，此环节的数据处理和模拟曲线的绘制很容易完成。通过分析图4，学生得出双子叶植物凤仙花比单子叶植物小麦对生长素更敏感，再通过补充分析研究资料［10］，学生概括出“不同植物对生长素的敏感性不同，双子叶植物＞单子叶植物”。

图4 单子叶植物小麦和双子叶植物凤仙花对生长素的敏感性比较

整个实验探究过程，从多个角度分析，全员参与，将抽象的教材文字转化成具体的实验现象，再利用数学方法抽象出生物学规律，引导学生主动形成概念，认同普遍规律，既提高探究能力，又发展了利用数学方法解决生物学问题的科学思维方式。

3.3 解释现象，形成观念 利用所得规律分析解决根背光生长的问题。基于生长素作用的模型，引导学生预测在重力作用下，横卧萌发的种子其根、芽的生长方向，说明理由和意义。

回归课堂导入的问题，学生理解生长素作用的两重性调节植物生命活动，适应环境，进一步形成稳态和平衡观。

4 教学反思

1）重视提高科学探究能力，重视科研体验，关注学生的科研能力获得。本节课训练学生筛选、处理实验材料的能力，通过分组合作完成实验分析、设计、修改，逐步完善实验方案，完成实验数据的测量和收集。将感性的实验现象，转化成数据并解释数据，对结果进行交流讨论，引导学生主动构建重要概念“生长素的生理作用具有两重性”。

2）建立思维方法，为后续的学习与实践奠定基础。学生通过前2 节课对于生长素调节植物生命活动的学习，掌握科学探究的基本思路和方法，发展了科学思维。利用数学方法将数据抽象成数学模型，阐释生长素的生理作用特点，初步形成了植物体通过激素调节维持稳态的生物学概念、稳态与平衡观的生命观念，并能提出生产实践方案。

3）善用小组合作，精选实验材料，巧用硫酸纸。本节课通过预实验筛选小麦和凤仙花的种子作为实验材料，面对庞大的数据统计工作，巧妙进行实验分割和汇合，一次实验从3 个角度分析，发现普遍规律和特殊性，提高实验效率，体现科学本质。还巧妙地使用了透明的硫酸纸作为描点坐标纸，帮助学生将不同的曲线进行覆盖分析，对比清晰。