在生物学课堂中发展学生的探究性思维——以“其他植物激素”为例

戴 亚

（中国人民大学附属中学 北京 100080）

1 教材分析

“其他植物激素的生理功能”是人教版高中生物学教材必修3 第3 章“植物的激素调节”第3 节的内容。教材介绍了几种重要植物激素的生理学功能及在生产生活中的应用。教材中本节内容较简单，然而关于植物激素功能的实验研究蕴含了生物学研究中的重要思维方法。植物激素功能的研究在生产上的应用，是生命科学研究造福人类的典型范例，因此可以重整教学内容，利用真实的科学研究资料，培养学生逻辑分析能力、实验探究能力和社会责任感，使学生在核心素养发展的过程中学习知识。

2 教学目标

1）通过探究实验的设计和分析，学习其他植物激素的作用，进一步领会演绎推理、逻辑分析在科学研究中的作用，能针对特定的生物学现象进行观察、提问、实验设计和讨论，在学习过程中发展科学思维和提高科学探究能力。

2）举例说明激素之间可以通过拮抗、协同等方式共同实现对植物生命活动的调节，在学习过程中形成稳态与平衡的生命观念。

3）举例说明植物激素研究成果在生产中的广泛应用，能运用所学知识尝试解决生产生活问题，在学习中培养社会责任感。

3 课堂教学设计

3.1 回顾植物激素的概念，导入新课 教师带领学生回顾植物激素的概念，引导学生关注概念中的关键词，总结植物激素调节生命活动的环节：合成、运输、到达另一部位被细胞感受、在细胞内产生一系列的生化反应、最终引起某种生理效应。某些环节还会受到环境因子的影响，例如光影响生长素的运输，使得激素成为环境调节生理效应的中间介导因子。用流程图的形式展现这些环节（图1），可为后面的分析作铺垫。

3.2 以赤霉素为例，领悟生物学中功能研究的思路、方法以及基础研究在生产上的应用

3.2.1 证明赤霉素具有使植株茎杆伸长的作用

3.2.1.1 根据研究资料，推测赤霉素能使植株茎杆伸长，尝试设计实验证明——双因子之间的逻辑关系分析 学生通过阅读教材中关于赤霉素发现史的资料可以推测：植物产生的赤霉素在其正常生命活动中的功能可能是使茎秆伸长。如何证明？教师应引导和总结生物学中功能研究的一般逻辑思维方法：“因果关系”分析法。验证功能，即想知道是否因为它有这样的功能，所以造成这样的结果，这是因果关系。证明因果关系应采用“加减法”（“有因有果，无因无果”）。“加”的方式有很多，很简单的一种就是向植物喷洒赤霉素溶液。如果关于赤霉素作用的假设是正确的，那么预测喷洒后植株应伸长（假说演绎法的应用，“如果……那么”是其特征句型）。

3.2.1.2 分析研究结果，得出赤霉素能使植株茎杆伸长的结论 教师依次出示图2所示赤霉素促进玉米节间伸长的相关实验，请学生看图说出实验结果。学生首先看到正常植株施以赤霉素后并没有伸长，与预测矛盾，正欲推翻假设。教师又出示对矮化突变体（某基因缺陷）喷洒GA 使其长高的实验结果，启发学生思考：①赤霉素能使矮化突变体伸长说明什么？学生分析认为赤霉素应该是有促进伸长的作用。但似乎又出现了矛盾：②为什么对正常植株施以赤霉素没有伸长？有的学生通过思考能意识到正常植株自身能产生适量的GA促进伸长，额外喷洒不会更有效，因此这个实验结果并没有否定先前推测的GA 的作用。如果学生没有想到这点，教师可以引导学生回忆刚才提及植物中普遍存在GA，并指出“内源”与“外源”激素的概念，植物激素的作用是二者共同作用的结果。学生常常还会有困惑，根据生长素作用的“两重性”，既然内源激素是最适量，外源添加不会有抑制作用么？教师正好借机指出不同激素作用特点不同，这也是“多样性”的体现之一。接着，教师可进一步提问：③突变体为什么矮化？跟赤霉素有何关系？学生首先会想到突变体影响了GA 的合成，也有学生会回忆起图1所示的作用环节，意识到任何一个环节缺陷都会导致矮化。再提问：④如何区别合成、运输缺陷和不敏感突变？学生能够先排除不敏感，因为对矮化突变体添加GA 能恢复表型。学生也能设计实验区别前2 种情况，即检测植株中GA含量。随后教师出示图2右图，引导学生得出结论：矮化突变体是GA 合成缺陷突变体。

总结GA 作用：无GA 矮化，加GA 恢复正常，说明正常情况下玉米茎节的伸长需要GA。

逻辑思维方法总结：在研究GA 功能的时候，用了加减法。加法可以是添加，减法如何做？总结前面接触过的减法：去除某些结构，例如去除胚芽鞘顶端；加抑制剂或酶去除，例如DNA 是遗传物质的证明等。这些方法涉及的变量太多，可以作为初步的实验。本节课新学的减法：突变体，是研究激素功能，甚至是生物学功能研究里必不可少的工具。今后还会学习利用转基因的方法进行“加”或“减”。

3.2.1.3 研究的应用价值——农业第1 次绿色革命 教师出示图片讲解，突变体不光是作为研究工具，它本身在生产上有巨大的应用价值。20世纪科学的最重大成就之一就是半矮水稻和小麦的大面积推广。矮化抗倒伏，使作物产量提高，解决了粮食危机，是农业上的第1 次绿色革命。后来才从分子水平认识到这2 个半矮植株中，一个是GA 合成突变体，一个是GA 的敏感性突变体。这体现了基础研究的价值与意义。

3.2.2 赤霉素介导环境因子对植物生命活动的调节

3.2.2.1 根据研究资料，推测低温通过诱导赤霉素合成促进种子萌发，并尝试设计实验证明——三因子间的复杂逻辑关系分析 种子的休眠是活种子在适宜的萌发条件（温度、水分和氧气等）下仍不能发芽的现象，用低温处理可以使种子提前萌发。教师提问促使学生思考：低温条件为什么会促进种子萌发？在种子内部发生了什么生理变化从而介导环境和生理效应？教师继续提供信息：研究发现随着低温储藏时间的增加，种子里的赤霉素含量也增加（图3）。教师请学生联想低温、赤霉素和促进萌发三者间有什么关系。学生较易想当然地说出低温通过诱导赤霉素合成而促进种子萌发。教师需指出这只是假设，根据以上提供的资料是不足以得出这个结论的，因为低温诱导的“赤霉素”与“种子萌发”二者间只有“相关性”，而不是“因果关系”。需如何设计实验验证低温—赤霉素—种子萌发这个链条成立？学生接着可分析出这个链条的前半部分已知，后半部分未知，因此可以在常温下通过添加赤霉素看是否促进种子萌发进行验证。教师又需指出这是一个必要但不充分条件，低温诱导的是内源激素，而设计的实验是添加外源激素，二者有差别。教师提示学生这其实也是因果关系验证，除了加法，减法也是必要的。这时学生常可意识到若假设成立，在无赤霉素的情况下低温不可以促进种子萌发。然后教师出示研究结果，证实假设成立，GA 是一个介导环境因子的调节因素。

3.2.2.2 研究的应用价值 学生分析：可用赤霉素代替低温打破种子休眠，使生产摆脱自然条件的限制。

总结研究激素功能的一般思路：第1 步，测定植物内源激素的含量变化，根据相关性推测有哪种或哪些激素发挥作用；第2 步，加减法，互相映证，根据因果关系确定激素的作用。

3.3 其他植物激素的作用 以上以赤霉素为例详细介绍了激素的功能及研究方法。其他激素的研究都是采用同样的思路，因此不再一一展开分析，可以通过教材中的列表简单介绍各激素的主要功能并过渡到下一环节：多种激素相互作用，共同调节植物生命活动（略）。

4 教学反思

在生物学教学中，探究不仅仅是实验的探究，更多的是思维的探究。本节课以发展学生核心素养为宗旨设计和组织教学，选取真实的科研素材，有层次、有逻辑地引导学生深入思考，分析复杂的逻辑关系。学生在这些层次化问题的引导下，逻辑推理能力、实验设计与分析能力、发散性思维都得到了有效锻炼，并再一次实践了演绎推理的思维方式。本节课有的地方思维难度比较大，教学中教师也注重了前期的铺垫与引导，使学生比较容易理解和接受。教学还强调了科学研究解决生产生活问题、造福人类的社会意义。由于课堂时间限制，教学内容中通过阅读教材或简单讲解就能理解的部分只能略讲。本节教学设计新颖，逻辑性强，详略得当，在发展学生论证技能方面效果明显，提高了学生的思维能力。