从“植物生长素”看生命科学史.pdf

Xing Fu 53幸福开卷有益从“植物生长素”看生命科学史文/张新媛普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)提出要注重生物科学史和科学本质的学习。生物科学史能够让学生认识到科学的发展过程，理解科学研究的思路和方法，体会科学、技术与社会的关系，促进对科学本质的理解。恩格特迈尔指出，几乎对任何科学问题的研究都将必然地引向对其历史的研究，生物科学史体现了科学家在探索生命现象过程中采取的各种不同态度和所进行的各种设想。将生物科学史应用到教育教学过程中，力图还原人们科学认知的过程，进行跨越时空的对话，帮助学生重构科学观念、理解科学本质并培养科学素养。教材解读“植物生长素的发现”是人教版 普通高中课程标准实验教科书生物(选择性必修一)第5章第1节的内容，揭示了植物的一种重要的生命活动调节方式激素调节，本节课的内容承接了前四章动物生命活动调节与稳态维持的内容，又为后三节其他植物激素、植物生长调节剂的应用与环境因素参与调节植物的生命活动奠定了知识基础，教学重点是植物生长素的发现过程中的实验探究的分析和引导，以及总结植物向光生长的原因，生长素的发现过程所涉及的实验的内在逻辑关系较为复杂，且教材内容并不完整，使得教学过程容易显得晦涩难懂，故需要补充相关素材，并以“问题驱动”式教学作为主要的教学方法，帮助学生理清植物生长素发现的历程。教学目标通过对生长素发现过程中相关实验的分析，提升逻辑思维的严密性，增进对科学本质的理解。教学设计与过程新课导入引入：播放盆景视频老师：同学们盆景以曲为美，弯曲独特的造型吸引了广大消费者。假如你是一位盆景设计者，采用什么方法能够培育出弯曲生长的植物呢？自然界中植物有没有弯曲生长的现象？学生：自由发言老师：植物为什么会弯曲生长？带着这个问题，我们一起来探索植物向光性之谜。新课讲授达尔文的实验老师：1831年达尔文进行环球航行，出发前带了几只鸟，为了喂养鸟，在船舱里种植了一些金丝雀虉草的种子，船舱很暗，幼苗出土后都弯向光源生长，普通的现象引起了达尔文的注意，这些幼苗为什么会弯向窗户生长呢？由于达尔文当时忙于进化论的研究，把这个问题就搁置了下来。直到1880年71岁高龄的达尔文利用金丝雀虉草进行了植物向光性实验的研究。实验材料：金丝雀虉草胚芽鞘(单子叶植物胚芽外面的锥形套状结构)，起着保护胚芽的作用，出土后可以进行光合作用。下面我们共同体验达尔文的实验历程，如图1。图1达尔文的实验示意图第一组实验：黑暗中的胚芽鞘；第二组实验：单侧光照射的胚芽鞘。提问：两组实验材料的处理有什么不同？结果有何区别？对比两组实验可以得到什么结论？单侧光照射导致胚芽鞘向光弯曲生长。(胚芽鞘的弯曲生长是由单侧光引起的)学生：思考回答上述问题老师：胚芽鞘的感光部位在哪里？在尖端还是尖端下部伸长区呢？假如你是达尔文会对胚芽鞘做54 幸福幸福 2023年7月上半月怎样的处理呢？假如不破坏胚芽鞘的完整性呢？学生：自由讨论，个别回答老师：我们来看看达尔文先生的实验，第三组实验：尖端罩上锡箱小帽；第四组实验：尖端下部罩上了锡箔小套，两组的实验结果有何不同？能够得到什么结论？学生：感光的部位在尖端老师：尖端接受到单侧光的照射，胚芽鞘会弯曲，那么生长与尖端有关系吗？接下来达尔文又做了一组实验，展示实验五去掉胚芽鞘的尖端现象：不生长不弯曲；实验六：保留尖端。现象：向光弯曲生长。说明了什么？学生：尖端可能产生了某种刺激促进胚芽鞘的弯曲生长。(背光侧生长快，向光侧生长慢)老师：胚芽鞘生长的部位在哪里？尖端还是尖端下部伸长区呢？怎样测定呢？学生：学生讨论老师：展示图片科学家用红笔对胚芽鞘进行了等距标记，标号1-7，一至两天后胚芽鞘的3-6段伸长了，1-2段长度没变。说明了胚芽鞘的生长部位在哪里？尖端下部。谁来总结一下达尔文的实验成果(结论)，展示大蒜胚芽鞘生长图片。学生：归纳一下达尔文的实验结论吧：单侧光照射使胚芽鞘的尖端产生了某种刺激，当这种刺激传递到下部的伸长区时，会造成背光面比向光面生长快，因而出现向光弯曲。鲍森詹森和拜尔的实验图2鲍森 詹森实验示意图老师：假如你是位科学家，想继续进行向光性实验的研究，接下来你要研究的问题是什么？尖端产生的这种刺激是什么？为什么刺激传到下部导致两侧生长不均匀呢？鲍森詹森和拜尔分别进行了研究。1910年詹森在查阅资料时发现了达尔文的实验结论，提出疑问：尖端产生的刺激是什么呢？这种刺激能否通过透水的琼脂块呢？展示詹森的实验，如图2。学生：对比实验得出结论：胚芽鞘尖端产生的刺激可以通过琼脂块传到下部。老师：詹森的实验是否缺乏严密性？如何纠正？詹森的实验虽然没有证明这种刺激是什么，但是让人们意识到这种刺激是客现存在的，可能是一种化学物质，为后面科学家的研究明确了方向，这种刺激是化学物质吗？如何设计实验进行探究？亟待解决的问题是什么？怎样收集这种物质？怎样检测这种物质？学生：自由发言老师：进行肯定表扬，展示温特实验，如图3。温特的实验很好的控制了单一变量图3温特的实验示意图学生：尖端产生的是一种化学物质，命名为生长素。由于生长素的含量很少，技术手段有限没有提取到生长素。直到1931年，郭葛在翻阅资料时发现古代人用人尿浇灌作物，作物生长很好，结合前人的研究，郭葛猜想人尿中是否含有生长素效应的物质呢？经过反复实验，终于提取分离出生长素效应的物质吲哚乙酸。直到1946年人们才从高等植物中分离出生长素，确认为IAA。老师：引起向光性的物质终于水落石出了，但是向光性的原因还有一个问题没有解决：尖端产生的刺激为什么会引起下部生长不均？1914年拜尔从这个问题出发进行了实验，展示实验过程，思考：设计黑暗的原因是什么？将尖端置于两侧的目的是什么？实验现象与达尔文的向光性实验类似。通过类比推理得出什么结论？学生：胚芽鞘的弯曲生长是因为尖端产生的刺激在下部分布不均引起的。老师：汇总众多科学家的研究成果，尝试对向光性进行解释。学生：单侧光照射后引起了胚芽鞘背光侧生长素多于向光测，引起两侧生长不均匀。老师：拜尔有没有证明单侧光照引起了尖端生长素分布不均？我们大家知道类比推理的方法得到的推论不一定正确，需要实验进行验证。设计实验探究单侧光引起了胚芽鞘尖端生长素分布不均，展示图片分析实验方案。结论：单侧光照射导致了尖端背光侧生长素高于向光侧。为什么背光侧的生长素高于向光侧？教学反思整节课以任务驱动式教学为主线，让学生从教师提供的资料中分析总结并得出用关结论。根据生命科学史，从提出问题、分析问题到解决问题再到延伸出新的问题、分析和解决问题，引导学生不断思考探索得出新的结论。通过一组组环环相扣的问题，使学生在探究问题的过程中，经历了一次生物知识和科学史的“再发现”，从而在探究实验、设计实验的基础上提高学生的科学探究能力。理论联系实际，实现知识的学以致用，增强学生的社会责任意识。（作者单位：招远市第二中学）