支架式教学中的问题设置

刘明

摘 要 以“植物生长素的发现”为例，阐述了符合学生认知水平的问题串为教学支架，重现科学家设计实验的逻辑思维过程；在这一过程中帮助学生分析实验设计目的、观察现象、推导结论。

关键词 建构主义 支架式教学 问题设置 生长素

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

支架式教学是在建构主义教学理念下，以“最近发展区”理论为基础发展起来的一种教学模式。“为学习者建构知识提供合理有效的概念框架”是支架式教学的核心内容。教师的首要任务是充分了解学习者已有知识水平、理解能力，然后把复杂的学习任务加以分解，最终把学习者的理解逐步引向深入。概念框架即支架的设置是支架式教学的核心。支架既要符合授课学生最近发展区的特征，又要能够帮助学生自主构建知识能力体系，以达到更高的潜在发展水平。支架具体的形式有范例支架、问题支架、建议支架、工具支架、图表支架等。以高中生物“植物生长素的发现”一课为例，浅析如何构建合理有效的问题支架。

1 教材分析

“植物生长素的发现”一课出自人教版生物必修三第三章第一节，主要教学内容是生长素发现的4个经典实验。随着4个实验的依次推进，逐步证明了植物激素生长素的存在，并解释生长素的合成、运输、作用部位等一系列问题。学生的学习任务是充分理解实验设计目的、准确分析实验现象、合理推导实验结论。每个经典实验的设计都凝聚着科学家的智慧和多年心血，学生要在40 min内真正理解实验设计，体会实验严谨性存在一定的困难。因此本节的授课形式采用支架式教学，由教师搭建合理的支架，帮助学生构建新的知识、能力体系。本节课以问题支架形式为主，辅助以范例和图表的支架。

2 学情分析

2.1 知识水平

通过学习第二章“动物和人体生命活动的调节”，学生已经明确生命活动是需要调节的，并且动物的调节方式有神经调节、体液（激素）调节、免疫调节。这对学习植物生命活动的调节有很好的参考和借鉴。结合初中生物知识和生活常识，学生知道植物没有神经系统和免疫系统，因此很容易接受激素调节为植物生命活动的主要调节方式。学生也都观察过植物的向性运动，如向光性、根的向地性等，知道向性运动就是植物对外界环境的适应性，即植物生命活动调节的具体表现，但却不知道其内在的原因。这也是激发学生求知欲，调动学生学习兴趣的良好切入点。

2.2 能力水平

经过高中必修一和必修二的学习，学生对“生物是实验学科”的认知已经根深蒂固。他们也学习过很多经典的生物学实验，具备一定的观察分析归纳能力。但是本节课的实验有4个，每个实验都设计的严谨且巧妙，因此学生要在教师的引导下，准确到位地分析实验、领悟到实验精髓。从这节课中学生学习到的实验方法、感悟到的科学思维过程，将会极大提升其实验能力，并为实验能力的进一步发展提供良好的基础。

3 教学目标

3.1 知识目标

能概述生长素发现的过程；准确说出植物向光生长的原因。

3.2 能力目标

通过分析经典实验，学会分析、评价实验设计，归纳实验结论。

3.3 情感、态度与价值观目标

通过学习生长素的发现过程，能感受到科学探索的艰辛，体会科学的严谨性。

4 教学过程

4.1 导入

教师提出问题，以导入新课：动物能对外界刺激发生反应，植物也能对外界刺激发生反应吗？植物对外界刺激发生反应的这种能力对其生存有意义吗？

导入分析：学生刚学完动物生命活动的调节，已明确面对外界的刺激，动物有神经-体液-免疫的调节网络。同样，面对外界的刺激，植物自然也会有反应，调节自身的生命活动以保证正常的生存。导入过程中使用的两个问题，学生都能轻松得答出，设置目的是帮助学生领悟生命调节的意义，更有助于学生理解各种生命活动调节的方式。同时，在思考第一个问题时，学生必须充分调动已有知识和经验，对向性运动的意义和原因加以思考，过程中会产生强烈的求知和探索的欲求。

4.2 达尔文实验的学习过程

4.2.1 植物向光生长

教师提出问题：① 植物在单侧光照射下弯向光源，是向光侧和背光侧的什么不同造成的？

② 两侧一起生长，向光侧表面积为什么小，背光侧表面积为什么大？

分析：达尔文的实验起源于对植物向光生长的研究。学生对向光性的认知仅仅停留在知道这一现象的层次。明确向光性与植物两侧生长的关系是首先必须解决的问题。教师通过问题①帮助学生将向光生长的直接原因落到“向光侧”和“背光侧”的不同上；通过问题②，使学生明确弯曲的直接原因，引出以下所有科学实验的目的——找出两侧不均匀生长的原因。同时教师借助图片信息，帮助学生了解达尔文实验的材料——胚芽鞘。

4.2.2 达尔文实验的具体过程

教师展示1880达尔文实验的示意图（图1），并提出问题：

① 对比1、2组，尖端和生长可能会有什么关系？

② 胚芽鞘生长部位在哪里？（给出事实：胚芽鞘上画垂直的竖线，若干小时后，尖端下部直线的颜色变浅，但尖端上的直线依然保持原状）

③ 尖端和生长有什么关系？

④ 分析3、4组，锡箔纸分别罩上尖端和下部的目的是什么？

⑤ 描述单侧光、胚芽鞘尖端、尖端下部与向光生长的关系。

分析：达尔文的向光性实验有4组，学生不容易找到不同组之间的单一变量，不能确定进行比较的组别。问题①指引学生将分析重点放在1组和2组，学生通过观察两组的设置，很容易就能确定单一变量，进而得出答案。但此时学生的困惑是2组破坏了胚芽鞘结构的完整性，胚芽鞘自然不会生长。因此，教师通过图片展示画线胚芽鞘生长情况的事实，旨在明确植物生长的部位。此时通过问题①和问题②的引导，学生的逻辑思维是“尖端不直接生长，但切除尖端整个胚芽鞘不生长，说明尖端和生长有关系，那这个关系只能是促进生长”。因此，问题③的答案就已呼之欲出。问题④指引学生将分析重点放在3组和4组，找出感光的部位。问题⑤是对达尔文实验的总结。此时学生已能理解达尔文的实验，但很难理解4组实验之间的联系，也不能准确说出实验结论。通过问题⑤中关键词的引领，学生均能在自己理解的基础上主动归纳出达尔文实验的结论。

4.3 詹森实验的学习过程

教师展示1910年的詹森实验的示意图（图2），并提出问题：

① 胚芽鞘结构的完整性是否是生长必需？

② 用能透过物质的琼脂块隔开尖端和尖端下部的目的是什么？

③ 切口上仅放琼脂块的目的是什么？

④ 用不能透过物质的云母隔开尖端和下部的目的是什么？

⑤ 对比3组实验能得出什么结论？

分析：达尔文根据实验提出了自己对向光性的解释，但却没说明“影响”是什么。詹森实验的目的即探究这一“影响”是否为“物质”。詹森实验中第一组的结果彻底消除了部分学生对于胚芽鞘结构完整性与生长的困惑。问题①帮助学生明确“切除尖端，但只要尖端对下部的影响在，胚芽鞘依然能够生长”。接下来问题②和问题④帮助学生从琼脂和云母片的区别去思考设置第1组和第三组的目的。问题③则帮助学生分析设置空白实验的目的。问题⑤是对詹森实验的总结和归纳。综上，通过这些问题，学生不仅能理解詹森实验，明确这种影响很可能就是物质，同时也锻炼了学生对空白实验、对比实验的分析能力。

4.4 拜尔实验的学习过程

教师展示1914年的拜尔实验的示意图（图3），并提出问题：

① 尖端放在切口左侧，理论上胚芽鞘哪一侧分布的物质多？

② 光有没有可能影响物质分布？

③ 为了排除无关变量的干扰，实验应该在什么环境下进行？

④ 胚芽鞘弯向右侧生长，说明哪一侧生长快？

⑤ 胚芽鞘左侧有某种物质，长得快；右侧没有物质，长得慢，说明这种物质的作用是什么？

⑥ 怎么用以上实验的结论来解释胚芽鞘向光弯曲生长？

分析：拜尔实验的核心是把外因单侧光转化为内因即“物质的不均匀分布”。学生理解该实验有以下困难：① 尖端放在左侧和右侧究竟给胚芽鞘带来的影响是什么？② 实验为什么在黑暗环境下进行？教师设置的上述6个问题依据学生的思维能力，逐渐引导学生突破理解的瓶颈。问题①引导学生把放置尖端的位置与物质多少联系在一起；问题②是问题③的铺垫，搭建支架帮助学生分析设置黑暗环境的原因；问题④和问题⑤是该实验的核心，帮助学生理清物质（多、少）与生长（快、慢）的关系，理顺“尖端放置位置→下部物质多少→下部生长快慢”的逻辑关系；问题⑥回归实验的目的“植物向光性生长的原因”，明确了单侧光给胚芽鞘的直接影响及这个影响导致植物向光生长的过程。如此，利用这六个问题学生不仅突破了实验设置的两大难题，同时也理解了该实验和研究植物向光生长之间的联系。

4.5 温特实验的学习过程

教师展示1928年的温特实验的示意图（图4），并提出问题：

① 琼脂块在本组实验中起到什么作用？

② 设置第一组实验的目的？

③ 设置第二组实验的目的？

④ 第三组实验说明物质的作用是什么？

⑤ 3、4、5组实验说明弯曲生长的原因是什么？

⑥ 试着说出植物在单侧光照射下向光生长的原因。

分析：温特实验的核心是通过琼脂块把胚芽鞘尖端这一“结构”和“物质”联系在一起，把对胚芽鞘尖端的关注转化为对琼脂块的研究。教师首先要帮助学生理清这一点。接着对该组实验的分析主要侧重于明确各组在实验中的作用。问题②和③强调生物学实验的对照原则、控制变量原则；问题④是问题⑤的铺垫；问题⑥要求学生能用该实验的结论解释植物向光生长，帮助梳理本堂课最终所解决的问题，包括胚芽鞘感受单侧光的部位、生长素产生的部位、生长素在尖端和尖端下部运输的方向、两侧不均匀生长的原因等。

5 教学反思

本节课以问题串为教学的重要支架，每个问题的设置都以教学需要为目的，充分考虑到学生真实的认知水平。在具体的教学过程中，学生都能积极思考问题，通过讨论最终给出准确答案。5个问题串层层递进，依次承担导入和分析4个经典实验的任务。学生在问题的引导下，一步步分析实验、观察现象、推导结论，最终自主构建出植物向光生长的原因，并揭开植物生长素的神秘面纱。通过这节课，学生不仅能解释植物向光生长，同时也锻炼了科学思维能力。

参考文献：

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[4] 苏少华.“植物生长素的发现”探究——建构型教学设计[J].生物学通报，2008（7）：32-35.

[5] 赵卓，张璇，程军等.基于“支架式教学”模式的教学设计——以“生命活动的主要承担者蛋白质”为例[J].中学生物教学，2014（9）：37-39.