像科学家那样探索——“植物生长素的发现”一节研究课的实录与点评，本文主要内容关键词为：生长素论文,实录论文,科学家论文,植物论文,点评论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我教研室曾与江苏省金陵中学合作，于2009年10月开展了一次“提高课堂教学效率，改变学生学习方式”的主题教学研讨活动，受到省内外许多教师的关注。活动中，金陵中学青年教师贾维薇开设了一节“植物生长素的发现”的研究课，本文试图记录课堂中的主要教学片段，并加以评析，请执教者和同行们指正。
一、导入:不可或缺的精彩
教师:(展示刘翔跨栏动作的照片)这是刘翔在110 m跨栏比赛中的精彩瞬间，他的每一个动作，如起跑、跨栏、冲刺，都是在什么方式的调节下进行的?是神经调节和体液调节。人和动物生命活动的调节都是如此，那么植物呢?我们来欣赏一下植物的成长历程(播放植物生长的视频)。植物体尽管没有动物体那样的复杂行为，但是从种子萌发到植株生长，从开花到结果，从小树长成参天大树，从春天草木发芽到秋天落叶飘零，植物也在进行着有规律的生命活动，那么植物又是通过什么途径来调节自己的生命活动呢?
点评再过两天，刘翔将参加全运会的比赛，学生自然对心目中的偶像倍加关注。教师抓住了学生的情感脉搏，用运动的美感拉近了师生之间的心理距离，引起了学生的内心共鸣。同时，以学生刚学过的动物激素调节作为知识建构的基础，注意到知识的前后照应，衔接紧密，过渡自然。
教师:(展示天竺葵和红掌两种盆栽植物)请同学们观察一下植株的生长方向，它有什么特点?
学生:都朝向一侧弯曲生长。
教师:这是放在窗台上的两盆植物，因为这一侧接受到光照，另一侧没有光照，于是植物弯向光源方向生长，这就是植物的向光性。植物这种生长特性有什么意义呢?
学生:可以使植物获得更多阳光，从而通过光合作用合成更多的有机物满足自身生长发育的需要。
教师:植物为什么具有向光性?这个看似简单的问题似乎一下子很难回答。你会对这一现象提出哪些问题呢?课件呈现:
问题1.(外因)引起植物向光性的环境因素是什么(是否是单侧光)?
问题2.(内因)植物向光性与它的哪一部分有关?人和大多数动物通过眼睛来感光的，而植物没有眼睛，植物体是依靠什么部位感受外界的光刺激呢?
问题3.植物感光刺激的部位在哪儿?
点评天竺葵和红掌长势正旺，尤其是那株红掌，鲜红蜡质的佛焰苞，还有亭亭玉立的肉穗花序，颇能吸引学生的眼球。这是一个真实的、富有生活情调的教学场景，而且就在我们的眼前，也是不少学生在家中窗台上常常欣赏的美景。教师教学的最大艺术在于吸引学生的注意力，激发学生的学习情趣和动机。贾老师从“心”开始，做足了工夫，此所谓“磨刀不误砍柴工”。但是观察只是科学研究的第一步，提出问题、解决问题才是关键，往往提出一个问题比解决一个问题更重要。可能因为学校规定一节课的时间为40 min，因而在这个环节的处理上显得有点匆忙，如果为学生挤出提问和交流的时间就更好了。
二、体悟:像科学家那样探索
教师:正如牛顿没有忽略苹果落地的本质而发现了万有引力一样，达尔文也对植物向光性的本质进行了创造性的探索，从而拉开了长达半个多世纪对生长素进行研究的序幕。这时的达尔文虽然已经由于《物种起源》而闻名于世了，但仍然孜孜不倦地在科学道路上探索着。让我们追寻着科学家的足迹一起来探讨。我们要解决问题只靠猜想吗?应该靠科学实验。在实验设计过程中要特别注意:设计对照，设置单一变量，控制好无关变量。对于一个创造性的实验而言，选材非常重要，它直接关系实验的成败。在光合作用发现史中，恩格尔曼能成功地证明光合作用的场所在叶绿体，主要原因就是科学地选择了水绵作为实验材料。我们来看一下达尔文实验选择的材料。有3个小组选择这一节的内容来开展本学期的生物科学探究活动，下面分别请3个小组的学生代表展示自己的研究过程和研究成果。
活动一:第1个小组向大家介绍达尔文的实验选材，同时展示一下自己培养的实验材料。(学生一边演示PPT、实物或照片，一边讲解)
学生:实验中达尔文选择了金丝雀虉草(图略)的胚芽鞘作为实验材料。这是一种禾本科植物，它的生长速度快，便于观察实验结果。它广布于中东、欧洲，是一种谷类作物，果实一般用做鸟食，尤其是金丝雀的食物，这就是“金丝雀虉草”一名的来由。由于我们很难找到金丝雀虉草，所以我们选择了方便易得的玉米、大蒜、水稻和小麦的种子，这是我们培养了四五天后的幼苗中胚芽鞘(见图1)。我们发现玉米的胚芽鞘比较明显，而且易于操作，所以我们把自己培养好的玉米幼苗发给大家，让同学们自己动手找找胚芽鞘。(视频展示解剖过程，4个同学在教室中巡回辅导)
教师:这组同学的活动开展得非常充分，培养了4种植物的胚芽鞘，通过实验结果的比较，选择出合适的实验材料，也让我们每个同学对实验材料都有了准确的感知。下面两组同学的实验就是采用了他们培养的材料。
点评什么是胚芽?什么是胚芽鞘?这是本节课的核心概念，也是观察、研究和理解后续实验的重要基础，教师敏锐而准确地认识到这一点，并且在教材的二次开发中、教学的设计中处理精当，为本节课取得良好的教学效果奠定了坚实的基础。处理精当表现在:一是让学生通过实验去直观感知，而不是教师抽象说教;二是富有实效地引入同伴互助，而不是走形式、搞花架子。
活动二:第2组同学带领大家走进达尔文的实验室，模仿达尔文的实验过程。(学生展示实验材料、PPT、照片，叙述实验过程和结果)
学生:我们想解决3个问题:①引起植物向光性的环境因素是什么?②植物向光性与它的哪一部分有关?③植物的感光刺激部位在哪里?下面我们汇报一下实验设计思路，以及实验的结果和结论。探究1:引起植物向光性的环境因素是什么?实验的单一变量为是否有单侧光照射，实验组的处理方法是单侧光照射，对照组则为均匀光照;实验结果是:实验组向光弯曲生长，对照组直立生长;实验结论是:单侧光引起植物向光生长。探究2:植物向光性与它的哪一部分有关?实验的单一变量为是否有尖端，实验组的处理是去除胚芽鞘尖端，对照组则为未切除胚芽鞘尖端;实验结果是:实验组不生长不弯曲，对照组向光弯曲生长;实验结论是:植物的向光生长与尖端有关。探究3:植物的感光部位在哪儿?实验的单一变量为尖端或尖端下面的一段;实验组的处理方法是用锡箔罩住胚芽鞘尖端，对照组的处理方法是用锡箔罩住胚芽鞘尖端的下面一段;实验结果是:实验组直立生长，对照组向光生长;实验结论是:感受光刺激的部位在胚芽鞘的尖端(见图2)。
学生:科学探究不容易，有些东西从纸上看似挺简单，实际操作起来就会出现很多问题，如实验中设置单侧光条件时暗室的制备，探究感光部位用锡箔时操作一定要谨慎细心。第一次实验失败是由于锡箔没有做成帽子状而是像头箍，实验中观察结果要有耐心，有一组实验我们观察了好久也没看到长出的幼叶。
教师:达尔文实验中，胚芽鞘弯曲的部位是在哪一部分?
学生:(观察)尖端只有1 mm～2 mm ,弯曲的部位在尖端下部。
教师:可以用简单的实验证明吗?弯曲是由于生长不均引起的，哪部分细胞生长得快些呢?
学生:(讨论)可以做标记，在玉米胚芽鞘上涂上均匀的颜色。
学生:在玉米胚芽鞘上画上等距的横线。
学生:在玉米胚芽鞘上画上一条竖线。
教师:请同学们课外利用手中的玉米胚芽鞘进行实验验证。单侧光下胚芽鞘弯曲是由两侧生长不均引起的，那么哪一侧快、哪一侧慢?(背光一侧生长快，向光一侧生长慢。)从细胞水平看(呈现图像)，背光一侧细胞明显伸长。从实验结果我们知道:感受光刺激的部位在尖端，而弯曲生长的是在尖端的下面一段。那么一定是尖端对下部产生了某种影响，是通过什么影响的呢?
学生:达尔文的推想(假说):胚芽鞘的尖端不仅具有感光作用，而且可能产生某种化学信号，并从顶端向下传送，导致向光一侧细胞和背光一侧细胞伸长不均匀，使植物弯向光源生长。
教师:这时达尔文已经71岁，两年后就去世了。所以达尔文没能亲自对自己提出的假说进行验证，但他对胚芽鞘向光性实验的推测，对年轻的科学家们具有良好的导向作用，詹森、拜尔、温特等学者都是依据这一假说进行科学探究的，从不同的角度验证了达尔文假说的正确性。
点评模仿达尔文的实验过程，并不是简单重复前人的实验操作，而是在模仿中感悟科学家的思想与方法，并且在过程的亲力亲为中体验到科学研究的艰辛和严谨，所以学生发出由衷的感叹——“科学探究不容易”。这种感悟是从心底发出的，是刻骨铭心的，也许会影响学生的一生。课堂中的学生是幸运的、幸福的，因此我们这些课堂观摩者也从心底感谢贾老师。同时在师生互动中，贾老师不忘对实验基本思想和方法的提炼和指导，从单一因子变量、平行对照等角度因势利导地进行了总结(因篇幅所限，上文中未详细描述)。关于如何用实验验证向光弯曲是由于两侧生长不均匀造成的，学生运用了初中生物学中所学的划线法。其实采用切片显微观察法更好，因为划线法所涉及的实验技能不够全面，而且也不够直接和精确;但是制作切片后再进行显微镜下观察，实验结果更令人信服，而且高中学生也已具备了这些相关的实验技能。
教师:我们先一起来分析一下，如果达尔文的推测是正确的，尖端确实产生了某种化学信号甚至是化学物质，最直接的证明方法就是提取出来，但是当时的科学发展水平实现不了。不过，不能提取可以转移啊!我们可以寻找一种载体将该物质从尖端转移出来，如果在该载体中这种物质也能向下运输的话，那么载体具有与尖端同样的作用效果，所以直接把它放置于切去尖端的胚芽鞘上，观察生长情况。温特找到了这种载体——琼脂。琼脂大家并不陌生，我们吃的果冻里面就有，是一种透明、无味的胶状物质，具有渗透和扩散的作用。下面请第3组同学展示温特实验过程。
活动三:第3组学生展示模拟温特实验的过程(学生展示实验材料、PPT、照片，叙述实验过程和结果)。
学生:首先配制琼脂，10%琼脂粉溶液冷却后即冻结为凝胶状;切除细小的尖端(1 mm~2 mm )，放在琼脂上7h～10 h;培养皿中培养长势大致相同的4株长有胚芽鞘的幼苗，实验组和对照组各2株，用牙签标记最初的高度;放置过尖端的琼脂和没有放置过尖端的琼脂均放置在切除尖端的胚芽鞘中间;每天都观察，观察3d～4d，进行比较。
学生:我们在实验室还查阅了相关资料。温特，荷兰人，当时他还是一名大学生，在他父亲的实验室里做毕业论文。他进行了有关燕麦胚芽鞘向光性的实验，温特的实验是这样设计的(图文略)……温特通过做实验第一次发现生长素后，再重复做实验，竟然都没有成功。他改进了实验室的温度、湿度条件，选择了新鲜的胚芽，但生长素好像消失了一样。他查阅了大量的资料也没搞清是怎么回事。但是温特并没有因此而灰心，他确信自己的发现是正确的，于是他继续重复自己的实验，直到他发现细菌侵入了琼胶块。原来，他过去总是白天准备好琼胶块，放一夜，结果细菌就在夜里侵入了琼胶块。当他采用冰块给琼胶降温以后，他再一次看到了与前面一样的结果。所以我们在做实验的过程中，要严格消毒灭菌，实验室器皿要用酒精清洗，制备好的琼脂要放置在组织培养的无菌工作台里。
学生:用琼脂粉配制成10%溶液冷却后即为凝胶状，就是实验所用的载体(展示琼脂)。在操作中遇到了一个大问题:琼脂放置在一侧操作起来很难，胚芽鞘太小了，琼脂块很容易掉落，唯一没掉的那组其结果也不明显，所以我们小组讨论了一下，把琼脂放在了去尖端的胚芽鞘中间，结果实验组生长、对照组不生长。我们觉得这一结果也能验证达尔文假说的正确性，即胚芽鞘的尖端确实产生了某种物质，这种物质从尖端运输到下部，并且能够促使胚芽鞘下面某些部位的生长。实验等待的过程很长，刚开始的一两天没怎么长，我们担心实验不成功，又去寻找其他的改进方法。我们发现历史上有这样的实验:斯达克将含有燕麦胚芽鞘尖端榨出的液汁的琼脂片，放在胚芽鞘的一侧，也促进这一侧的生长，引起弯曲。但是后来我们的实验成功了，我们就没有按照斯达克实验思路去做(结果见图3)。
教师:这一组同学在遇到问题和障碍后并没有轻易放弃实验，而是在分析、讨论后大胆改进实验，不论改进后的实验是否完善，这也是在实验中进行的延伸性思考。同学们对他们的做法有没有什么想法?这一组的4位同学意见统一吗?
学生:我曾反对改进的实验方案，因为温特这样做有他的道理，而且这样放在尖端的一侧和没放的也可以对照啊!比较达尔文向光性实验的结果和温特实验的结果，两者都是向一侧弯曲。在温特的实验中，由于人为将琼脂块放置在一侧，胚芽鞘的尖端产生的某种物质在尖端下部分布不均，导致胚芽鞘弯曲生长，这样使人容易想到:在达尔文实验中单侧光所起的作用也是这样的，即单侧光照射使胚芽鞘尖端产生的某种物质在尖端下部分布不均，导致胚芽鞘弯向光源生长。
教师：尖端产生的这种物质究竟是什么呢?1934年荷兰科学家郭葛等从玉米油、麦芽等材料中分离出这种物质，经过鉴定，这种物质被确定为叫吲哚乙酸。从1880年达尔文提出假设到1934年郭葛提取、鉴定出生长素，历时54载，经过多位科学家的不懈努力才得以完成，可见科学史上的每一项发现都是来之不易的，都是科学家们的汗水和智慧的结晶。科学发现是一个不断传承的过程!我相信这个过程不会在你们这里止步，你们的聪明才智和勤奋努力会绽放出更加绚烂的光芒!
点评看似简单的温特实验，只有亲自实践，才能发现其中的不易，而这种体会在一般教师精彩的讲解和精美的课件中是寻找不到的，我们今天有幸在这节课中见证了。难能可贵的是，学生在模仿温特实验失败后并没有气馁，而是大胆创新、勇于实践。该实验中引入了琼脂这种实验材料，学生是首次从专业角度接触到琼脂，因此建议教师对该材料的成分、特点和作用略加介绍，以进一步帮助学生体会科学家选取该材料的理由和价值。
三、提升:超越前人的思索(总评)
本节课是在学生分组进行大量的实验后所开展的一次展示和交流，贾老师摈弃了靠动画课件演示科学家相关实验过程的做法，而是引领学生重走了一次科学家的探索之路。课堂教学中常常会使人产生一种怦然心动的感觉，这种感觉来自于学生亲身经历后的种种感悟，来自于学生对前人实验的种种思考。看到学生忙碌的身影，我仿佛看到了科学家进行科学探索的背影;听到学生的真知灼见，我真的感觉到学生像科学家那样在孜孜以求地探索。让学生模仿科学家做过的实验，又不停滞在简单的重复上，让学生在体悟中掌握科学方法的精髓，实现情感的升华，产生超越前人的思索，这是我对本节课最为欣赏的一点。通过本节课，让学生领略到知识发生的过程，并且在实验过程中获取知识与技能，让全体课堂观摩者真正明白知识不是依靠灌输的，而是自我习得、自主建构的。
(注:文中照片由贾维薇老师提供)