基于NOBOOK平台的“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”教学设计

张罡 朱晓燕

摘 要 以“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”为例，尝试NOBOOK平台虚拟实验辅助教学，培养学生科学思维，落实科学探究学科核心素养的培养。

关键词 NOBOOK平台 虚拟实验 核心素养 生长素类调节剂

中图分类号G633. 91

文献标志码 B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）教学建议指出：信息技术的快速发展为生物学课堂提供了诸如图片、视频、模拟实验等丰富多样的教学资源。教师充分利用“互联网+”为代表的教育技术可在一定程度上减少主动学习活动对实验耗材及相关场地条件的依赖。教师应充分利用这一技术优势提高教学效率。NOBOOK虚拟仿真实验（简称NB实验）平台正是一款实现《课程标准》这项教学建议的教学软件，学生可用虚拟的实验器材、药品、实验材料，在NB虚拟实验室独立思考、操作，完成实验即可观察到实验结果。虚拟实验做为实验室教学的辅助手段，提高生物实验课的教学效率，利于学生核心素养的培养。现以“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”为例，进行阐述。

1 教材分析及设计思路

“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”是人教版（2020年版）高中生物《选择性必修1.稳态与调节》（以下简称“教材”）第五章第三节“植物生长调节剂的应用”的“探究实践”中的一个实验。本章节学习了植物激素作用及在生产生活中应用的相关知识，让学生分析并尝试探索生长素类调节剂在生产实践的应用，有利于形成对植物生命活动调节方式的整体认识，培养学生科学思维和探究方法。

本节课借助信息教室的学生个人计算机终端，以NB虚拟仿真实验辅助传统教学。学生经历自主设计实验、推测实验结果、虚拟实验、讨论分析、归纳概括的过程，熟悉实验操作过程，提高了做生物实验的热情和兴趣，培养了科学思维能力。最后，学生利用课余时间到实验室真实情境中完成实验，落实科学探究核心素养的培养。

2 学情分析

学生己在本章第一节“植物生长素”学习了生长素的发现历程，能解释植物向光性的现象，掌握了生长素的产生、运输和分布的特点。在必修1的“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验探究中，学生已经学习过设计实验的科学方法，如“控制变量和设计对照实验”;又如在“用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响”中学习过设定高、中、低3个pH，如何排除无关变量对实验结果的影响等，对确定该实验的预实验生长素有效浓度范围有启发作用。

但是，学生对探究实验应遵循的原则的理解不全面，实验过程设计往往不完整，实验结果分析不全面。因此，教师亟需提高学生实验操作和探究实验设计能力。学生的好奇心会促使他们想方设法解决问题，教师要充分发挥他们的求知欲，鼓励他们完成实验的自主探究，得出实验结论。

3 教学目标

（1）通过虚拟实验模拟真实情境的实验操作，加深对实验目的、原理的理解，熟悉该实验的方法和操作步骤。

（2）通过插条生根实验，探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度，领悟生长素的生理作用特点，树立理论联系实际、学以致用的思想。

（3）通过分组讨论、合作交流，练习设计探究实验的一般方法;提升逻辑思维的严密性。

（4）通过真实实验，形成尊重客观事实的思想观念，养成认真严谨的科学态度。

4 教学策略

教师引导学生激疑（提出问题）、设计方案、分析原理、实施虚拟实验、真实实验探究、归纳总结、并形成知识结构，使学生熟练掌握科学探究的过程和实验方法步骤，加深对知识的理解。教学流程设计如图1所示。

5 教学过程

5.1 创设情境，激趣探究

教师展示学生用水培法培养的绿萝和小叶桅子插条生根实物，引导学生思考：放在水培绿萝瓶中的小叶桅子插条生根，而放在清水中的小叶桅子插条没有生根。这是为什么呢？学生根据己学知识“生长素相对集中分布在生长旺盛的部位，如胚芽鞘、芽和根顶端的分生组织”，提出假设：可能有生长素从绿萝根尖细胞中出来，促进小叶桅子插条生根？

教师利用学生亲手水培绿萝时的意外发现，创设情境，激发学生的注意力和好奇心，提出问题，为虚拟实验的探究埋下伏笔。

5.2 激疑导入，设计方案

教师创设情境，导入实验方案的设计活动：为探究小叶桅子与绿萝一起水培更易生根，是否与生长素有关，我们先学习探究的方法，设计一個“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”预实验方案。学生独立思考实验方案后，分小组讨论，如实验材料的选择、预实验浓度梯度的确定、单一变量和无关变量的控制、减少误差的措施。各小组在讨论、展示和评价的过程中修正、相互纠错，加深理解。

5.3 虚拟操作，掌握方法

每位学生登录NB虚拟平台，依照修改好的预实验方案进行虚拟实验操作。虚拟实验中将探究的生长素类似物a-萘乙酸浓度范围定为2-10 ppm，实验过程如下：①将新剪下的植物枝条分成6组，插入到不同浓度的a-萘乙酸溶液中浸泡24 h;②将浸泡后的枝条取出，置于滤纸上晾干4 h;③将枝条分别插入蒸馏水中，在适宜的环境中培养，4d后观察生根情况。实验过程如图2所示。

根据预实验的结果，学生发现生长素浓度范围为2-6 ppm时，生根最多且长。各小组在这个范围设计以1 ppm为浓度梯度的正式实验方案，相互讨论、展示和评价，点击NB虚拟平台中正式实验按钮，进行虚拟操作。实验过程和结果如图3所示。

学生在虚拟实验操作过程中，理解实验原理、方法步骤;理解实验设计应遵循的单一变量、等量原则和设置对照的意义;学会观察记录生根情况，对实验数据分析处理的方法，在结果中寻找进一步正式实验的浓度范围。小组的讨论和评价可以加深学生对实验目的、原理、方法和操作步骤的理解和熟练程度，提高实验探究能力，激发学生动手操作的实验热情。

5.4 分析现象，得出结论

通过对虚拟实验中插条生根长度和生根数量的数据分析，学生都可以得出：本次实验中促进插条生根的生长素浓度为5 ppm，生长素浓度对促进插条生根具有两重性。学生体验了在正式实验前先做预实验，不仅可以为进一步的实验摸索条件，也可以检验实验设计的科學性和可行性。

教师提出问题，引导学生思考实验数据的收集和分析方法：根据实验探究的目的，如何收集有说服力的数据？怎样测量统计插条生根长度更准确？除了测量生根长度和数量，还有哪些因素也能反映生长素促进生根？

5.5 真实情境拓展探究

在虚拟实验的基础上，实验室提供“2-4滴钠盐”粉剂，学生自己设计实验方案，到实验室分别进行预实验和正式实验的实际操作，设计收集实验数据的记录表，将结果绘制成曲线图，并对实验结果与预期结果进行分析、比较。

学生到实验室检验自己的实验探究方案，在真实实验中思考、体验控制变量的具体处理，对虚拟实验进行改进，培养了科学探究能力。真实实验中枝条生根需要较长的时间，学生认真、严格地配制不同浓度梯度的生长素类似物的浓度，坚持每天换水，定时观察记录生根情况，培养了科学态度。

6 评价与反思

虚拟实验帮助学生掌握实验的原理、方法与步骤，熟练操作过程，为真实实验操作过程顺利达成教学目标起到积极作用，有利于落实科学思维和科学探究核心素养的培养。学生提出为了避免偶然性，在虚拟实验中各种浓度下的枝条应该设置若干枝，大部分学生在真实实验中选择每组5-10枝，取平均值以减少实验误差;控制变量时，还要考虑适宜生根季节、气温、阳光等因素;除了枝条的长势、带芽的数量要基本相同外，在生长素溶液中浸泡时，水分蒸发可能会导致生长素溶液的浓度上升等;对生根情况的观察记录，除了记录相同时间内生根的条数、生根的长度，还可以增加一个记录指标，记录最先出根的时间，也能说明促进生根的情况。真实的操作反映出，学生对等量原则、单一变量原则、无关变量控制有更进一步的理解;实验设计、实验结果分析的能力都有明显提高。学生在实验过程中遇到的问题集中在如何配制不同浓度梯度的生长素类调节剂溶液，通过讨论，能最后运用化学浓度计算方法解决问题。对个别小组的实验中生根异常的现象，教师引导学生分析原因，又回到实验室重新做，真正激发学生对生物实验探究的兴趣和信心，培养了学生一丝不苟的科学探究态度和科学探究素养。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]张小丹.基于NOBOOK虚拟仿真实验的生物学教学[J].中国技术教育装备，2019，（7）：46-48.

[3]朱正威，赵占良.普通高中教科书.生物学.选择性必修1：稳态与调节[M].北京：人民教育出版社，2020.