基于论证教学的“植物生长素”一节的教学设计

徐岳敏

(浙江省乐清市第三中学 325600)

1 教材分析及设计思路

“植物生长素”是浙科版高中生物学教材《稳态与环境》第1章“植物生命活动的调节”第1节的教学内容。教材中以达尔文父子的实验、波森·詹森的实验、温特的实验、郭葛的实验等科学实验为主线，探索生长素的产生和分布部位、运输方式、生理作用以及应用，对学生的逻辑思维要求较高。

生长素发现过程的科学史包含了丰富的科学知识、科学思维、科学方法等教学资源，其中科学家发现问题、寻找证据和得出结论的论证思维正是开展论证式教学的极好素材，有利于学生加深对科学知识构建本质的理解，形成基于论证和逻辑推理的理性思维。

教学中采用论证式教学，围绕某一论题利用科学的方法收集证据，运用一定的论证方式解释、评价自己及他人证据与观点之间的相关性，促进思维的共享与交锋，最终达成可接受的结论。这种教学策略是从资料分析作为论据支持得出主张，在遇到新的论据辩驳原有主张时，不断完善或认可主张[1]。教师以学生领会知识内涵为目标，重点在于论证生长素的发现和生长素的生理作用、特点，教学中努力挖掘和设计问题，引导学生像科学家一样思考，建构科学概念和形成批判性思维，培养学生科学思维和利用所学知识分析解决实际问题的能力。难点在于论证生长素的存在和科学实验设计的严谨思维及论证精神。

2 教学目标

2.1 知识目标 解释生长素发现过程中的相关实验，概述不同浓度的生长素对植物生长的不同作用，阐明生长素在生产实践中的应用价值。

2.2 能力目标 形成严谨的科学探究意识和批判思维。

2.3 情感态度与价值观目标 体会科学研究过程中严密的逻辑推理，认同科学发展是一个继承与创新的辩证过程；关注生长素类似物的应用价值及其可能带来的负面影响。

3 教学过程

3.1 生长素的产生和分布部位在哪里 第一步，提供资料，形成主张。达尔文在环球考查时发现草芦有向光生长的现象，引导学生提出主张： 植物有向光性。

第二步，导入主题，引导论证。请学生思考： 会不会是偶尔现象？有没有科学实证？逐个呈现实验： 1880年，英国的达尔文父子用单侧光照射正常胚芽鞘(第一组)、去顶胚芽鞘(第二组)、顶上加不透明帽的胚芽鞘(第三组)、顶上加透明帽的胚芽鞘(第四组)、用不透明薄膜将基部包起的胚芽鞘(第五组)。观察发现分别发生弯向光源生长、不生长、直立生长、弯向光源生长、弯向光源生长(图略)。主张： 胚芽鞘确实向单侧光方向生长，表现出向光性，感光与尖端有关，有某种化学物质从胚芽鞘尖端传递到了下面。在二、三、四组呈现时，分别质疑： 会不会是去掉尖端造成的损失引起不能弯曲生长？会不会是帽本身对生长造成影响？基部是否也可以感光？辩驳： 根据实验得出的假说还是缺乏科学证据。引导学生分析： 必须确定“影响”是否真实存在？为什么造成弯曲生长？

第三步，追加证据，捍卫主张。提供实验证据： 1913年，荷兰植物学家波森·詹森将一片明胶或云母(化学物质能透过明胶却不能透过云母)分别插在胚芽鞘尖端和其下部之间。结果发现，插有明胶的胚芽鞘发生向光弯曲现象，插有云母片的胚芽鞘则不生长不弯曲。再次主张： 确实有一种化学物质由胚芽鞘尖端向下传递。质疑： 琼脂或云母可能影响实验结果。追加实验证据： 设置对照组，在去顶胚芽鞘上放置空白琼脂块或云母片。结果胚芽鞘不生长，说明琼脂块或云母片本身未影响胚芽鞘生长。

第四步，鼓励质疑，再次解释。辩驳： 向光弯曲由胚芽鞘尖端本身造成，而非化学物质。如果存在某种化学物质，为什么会使胚芽鞘下部生长不均匀？教师提供实验证据： 1926年，荷兰植物学家温特先将照过光的胚芽鞘尖端切下，放在琼脂块上。设置第一组空白对照，第二、三、四组分别在去掉尖端的胚芽鞘中间、右侧、左侧放一块如图1处理的琼脂块，第五、六组分别在中间和左侧放置空白琼脂块。结果第一组不生长，第二组直立生长，第三组向左侧弯曲生长，第四组向右侧弯曲生长，第五、六组不生长、不弯曲(图1)。

修正主张： 尖端产生了一种化学物质(后来被命名为生长素)，引起胚芽鞘弯曲生长。向光性(生长不均匀)是由生长素分布不均引起的。

第五步，深入质疑，揭开真相。辩驳： 耳听为虚，眼见为实。可否提取到这种物质(生长素)？20世纪30年代，郭葛提取到生长素，其化学本质是一种小分子有机物——吲哚乙酸(IAA)。确立主张： 胚芽鞘尖端确实产生了一种化学物质——生长素。

图1 温特的实验(深色表示含有生长素)

3.2 生长素的运输方式是怎样的 第一步，提供实验数据，提出主张。20世纪20年代，科学家发现在单侧光照射下生长素总量基本不变，但背光侧生长素多于向光侧(图2)。

图2 单侧光照射影响生长素分布实验

教师提出主张： 单侧光造成了生长素在向光和背光两侧重新分配，并由向光侧向背光侧横向运输。

第二步，发现问题，质疑主张。质疑： 生长素都是横向运输的吗？科学家把含有生长素的琼脂小块放在切去尖端的燕麦胚芽鞘的形态学上端，把另一块不含生长素的琼脂小块接在下端，过些时间，下端的琼脂块中即含有生长素。但是，假如把这一段胚芽鞘颠倒过来，做同样的实验，生长素就不向下运输(图3)。进一步的研究发现，其运输速度比物理扩散大10倍，缺氧或呼吸毒物(氰化物等)会抑制其运输[2]。完善主张： 生长素在尖端横向运输，由向光侧运向背光侧，而在尖端以下是极性运输，由形态学上端运向形态学下端。

图3 生长素极性运输实验

3.3 生长素有什么生理作用和应用价值 辩驳： 生长素真的都是促进生长吗？解读数据，修正主张： 生长素作用的一个特点是低浓度促进生长，高浓度则抑制生长，而且往往与发生作用的器官有密切关系，其敏感性从大到小依次为根、芽、茎(图略)。质疑： 生长素类物质有无其他激素？农业生产怎么利用生长素呢？引导学生寻找证据，确立主张： 现已证明，除了吲哚乙酸(IAA)，苯乙酸(PAA)存在于番茄、烟草等植物中，4-氯-3-吲哚乙酸(4-Cl-IAA)存在于豌豆、山黧豆等未成熟种子中[2]。因生长素含量极低，农业生产中应用其类似物，具有与生长素类似的功能，如2，4-D和萘乙酸等。

深入追问： 生长素或其类似物的作用都是积极的吗？提供图片资料： 顶端优势的应用(果树栽培、园艺、行道树)；生产无籽番茄；促进扦插枝条生根；防止落花落果；除草剂(萘乙酸、2，4-D、2，4，5-T等)，其中落叶剂2，4，5-T在合成时产生致癌物质二英。

完善主张： 生长素及其类似物在农业、园艺等生产实践中有着广泛用途，产生了积极的效益，但也会产生负面影响，应加以控制和预防。

4 教学反思

应用论证教学，能较好地培养学生的科学思维、批判思维习惯，课堂的吸引力也更大。论证式教学非常注重论据，教学以提供理由或论据的方式互动交流，捍卫或批驳某个立场或观点，是一种充满理性的教育方式。这种教学方式不仅有利于学生批判性思维等多种思维的发展，也有利于学生对科学概念和科学本质的认识，有利于学生发展核心素养和学习潜能。