“植物激素的调节作用机制”高三复习课教学设计

温 娟 王鹏飞 张震南 刘斯璐 迟向向

（北京师范大学第二附属中学未来科技城学校 北京 102209）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中指出生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。其中，“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施及对结果的交流与讨论的能力［1］。科学探究能力的培养，需要高中生物学教师在课堂教学中，着眼于学生的基本能力和基本素养的实际，通过创设问题情境、改进教学方法、拓展实验教学、创新作业形式等方式，最大限度地提升学生科学探究能力［2］。在2018年的北京卷考试说明中，也明确指出要着重考查学生获取新知识、处理不同形式信息及分析解决实际问题的能力。如何在复习课中提升学生的科学探究能力？

本节课“植物激素的调节作用机制——以赤霉素为例”，通过创设问题情境，引导学生通过设计实验、分析实验结果，及分析分子机制模型图，自主探究植物激素的调节作用机制，以达到提升学生科学探究能力的目的。

1 教学分析

1.1 教材分析“植物激素的调节作用机制”是人教版必修3“稳态与环境”第3 章“植物的激素调节”中的内容。在高考中，此部分内容注重实验设计、信息获取、对实验数据进行分析、作出推理和判断等能力的考查，例如2010年、2012年和2014年北京卷的第29 题；同时，对植物激素作用机制图的理解与分析也在高考中有所考查，例如2016年北京卷的第30 题。因此，在一轮复习时，除了要回顾核心知识外，还应注重能力训练。

1.2 学情分析 学生通过对“生长素的发现过程”“生长素的生理作用”进行复习后，已经掌握了植物激素的基本知识，但对于植物激素调节生命活动的机理认识不够深刻。在能力上，学生具备一定的材料、图表分析能力，但实验与探究能力、获取信息能力仍需提升。

2 教学目标

1）知识目标：概述植物激素的概念；描述植物激素的作用机理及不同激素间的关系。

2）能力目标：通过分析问题情境，培养学生获取信息的能力和实验探究分析的能力；通过读图描述植物激素的作用机理，提高学生的表述能力和综合运用能力。

3）情感、态度与价值观目标：认同多种激素共同调节植物的生命活动；通过分析科学探究实例，认同植物激素是通过调节细胞代谢从而调节植物的生命活动。

3 教学重、难点

1）重点：植物激素的概念；通过分析问题情境和植物激素作用机制图，理解植物激素的作用机制。

2）难点：在问题情境下，通过设计实验、分析实验结果及分析分子机制模型图，自主探究植物激素的调节作用机制。

4 教学设计流程图

本节课的教学设计流程图如图1所示。

图1 教学设计流程图

5 教学过程

5.1 回顾旧知，引入新课 通过3 个问题“植物激素是由谁产生的？产生部位就是作用部位吗？植物激素有什么作用？”以此让学生回顾植物激素的概念。植物激素是如何调节生命活动的？本节课以赤霉素为例，探究植物激素的生理作用及作用机理。

5.2 分析实验，提出问题

展示：生物学兴趣小组研究课题“赤霉素对小麦种子萌发的影响”的实验结果。分别用不同浓度的赤霉素溶液处理相同数目、大小基本相同的小麦种子，处理2 d 后小麦种子的萌发情况如图2。请学生观察并描述实验现象，并得出实验结论。

图2 “赤霉素对小麦种子萌发的影响”实验结果

学生通过观察结果可以发现：随着赤霉素浓度的增加，小麦种子的萌发率和胚根的长度均有所增加，从而得出结论“赤霉素可以促进小麦种子的萌发”。通过对实验结果的观察，学生可以更直观地体会到赤霉素的生理功能，并引出问题情境“为什么赤霉素可以促使种子萌发？”

5.3 依据资料，推断分析

资料1：查阅种子萌发的相关资料。种子萌发过程中消耗贮藏物质，需要在一系列酶的催化作用下才能进行。种子萌发过程中淀粉的分解主要是在淀粉酶的催化下完成的。研究发现β-淀粉酶已经存在于干燥种子中，而α-淀粉酶不存在或很少存在于干燥种子中，需要在种子萌发时重新合成。

思考问题：通过资料分析，猜测赤霉素促进种子萌发原因。

学生依据资料，作出猜想：赤霉素诱导α-淀粉酶的合成。教师进一步追问：如何设计实验证明？

学生进行小组讨论。教师引导学生注意无关变量，要保证条件相同且适宜，同时注重科学表述。学生可表述出：实验组的小麦种子用一定浓度的赤霉素溶液处理，而对照组的小麦种子用等量的蒸馏水处理。在α-淀粉酶的检测方法上，大部分学生想到用处理后的种子的提取液处理淀粉溶液，再利用斐林试剂检测淀粉是否水解，进而确定是否产生了α-淀粉酶。在讨论中，部分学生提出质疑：上述方法只能证明产生了淀粉酶，并不能确定是α-淀粉酶。针对这一问题，学生进一步完善实验：可以通过核酸分子杂交技术，检测是否产生α-淀粉酶的mRNA，或者利用抗原抗体杂交技术检测是否产生了α-淀粉酶。

资料2：Higgins 实验［3］，检测了赤霉素处理种子（10-6mol/L 赤霉素浸泡大麦种子8 h），与未处理种子（蒸馏水浸泡大麦种子8 h）中α-淀粉酶与α-淀粉酶mRNA 合成量，结果如图3所示。

图3 Higgins 实验结果图

思考问题：图a、图b 分别说明了什么？

图a 验证了“赤霉素可以促进α-淀粉酶合成”的猜想，图b 进一步证明了赤霉素可以诱导α-淀粉酶基因的转录，进而促进α-淀粉酶的合成。

在上述环节中，学生依据查阅的资料作出假设并设计实验，再通过分析实验结果得出结论。同时，学生在教师的引导下，结合材料和实验结果，自主完成科学探究的过程，锻炼了学生获取和整合信息、实验设计、实验结果分析和科学表述等能力。

5.4 分析材料，得出结论 教师根据上述结论，进一步提出问题：赤霉素如何诱导α-淀粉酶基因的转录？

资料3：MYB 蛋白是真核细胞中的一类转录因子，它们在结构上都有一段保守的氨基酸序列（DNA 结合结构域），能够和特定的DNA 序列结合，启动相关基因的转录。研究发现，α-淀粉酶基因的启动子中的一段序列，与MYB 蛋白能特异结合的DNA 序列很相似，如图4所示。

图4 MYB 蛋白功能示意图

思考问题：MYB 蛋白的功能是什么？是否能类比推测MYB 与α-淀粉酶基因有何关系？

学生类比推测：MYB 蛋白可以启动α-淀粉酶基因的转录。

资料4：Gubler 用赤霉素处理种子后，每间隔一段时间，提取种子的mRNA，分别检测MYB 的基因与α-淀粉酶基因的相对转录水平［4］，结果如图5所示。

图5 Gubler 实验结果图

思考问题：α-淀粉酶的mRNA 与MYB 的mRNA 之间有什么关系？

学生通过分析实验结果，发现α-淀粉酶的mRNA 的产生是受MYB 的mRNA 影响的。进一步推断：α-淀粉酶基因的转录受到MYB 蛋白的调控。

在上述环节中，学生通过资料3 的信息，类比MYB 蛋白调控的基因序列与α-淀粉酶基因序列，可推断出MYB 蛋白可以启动α-淀粉酶基因的转录，同时锻炼了学生类比推理的科学思维。通过分析资料4，可证实α-淀粉酶的mRNA 的产生是受MYB 的mRNA 影响的，为上一推测提供了有力证据，从而推断α-淀粉酶基因的转录受到MYB 蛋白的调控。在此过程中，学生的读图能力、逻辑思维能力得到训练。5.5 模型分析，探明机制 回顾前2 个环节得到的结论，赤霉素可以诱导α-淀粉酶基因的转录，而α-淀粉酶基因的转录受到MYB 蛋白的调控。赤霉素、MYB 蛋白、α-淀粉酶三者有何关系？

资料5：赤霉素诱导产生α-淀粉酶的分子机制模型（图6）。

图6 赤霉素诱导α-淀粉酶合成的分子机制

思考问题：

1）GID1 的作用是什么？

2）①、②、③代表事件发生的先后顺序，请分析DELLA 与MYB 基因的转录有何关系？

3）MYB 基因与α-淀粉酶基因转录之间有何关系？

4）用文字和箭头表示赤霉素诱导α-淀粉酶的分子机制。

学生分组讨论，逐一解答问题，一步步构建赤霉素诱导α-淀粉酶合成的分子机制，并用文字和箭头表示为“GA+GID1→DELLA 降解→MYB→α-淀粉酶”。

教师补充讲述：GA 与GID1 结合后引起GID1构象变化，DELLA 与GA-GID1 复合体结合后，其构象也发生变化。DELLA 结构域的构象变化诱导了GRAS 结构域的构象变化，进而引起DELLA 的降解（图7）。

图7 GA 与GID1、DELLA 结 合 过 程［6－7］

以赤霉素的作用机制为例，师生共同总结出植物激素的作用机制：植物激素通过与受体结合激活相关基因的表达，调节细胞的代谢，进而起到调节植物生命活动的作用。

5.6 拓展提升，整体认识

资料6：经研究发现，脱落酸（ABA）可以抑制MYB 基因的表达，同时可激活ABI5 基因的表达，而ABI5 蛋白可激活种子中脱落酸介导的基因转录，从而导致种子休眠。细胞分裂素（CK）可以激活ARRs 基因的表达,从而抑制ABI5 基因的转录水平，解除种子休眠，使种子进入萌发状态［5］（图8）。

图8 植物激素ABA、GA、CK 调控种子萌发的相互关系

思考问题：3 种激素对于种子萌发分别有什么影响？3 种激素的作用关系如何？

师生共同总结：植物生长发育的各个阶段都是多种激素共同调控的结果。

通过分析3 种激素在种子萌发过程中发挥的作用，使学生认同植物生长发育的各个阶段都是多种激素共同调控的结果，训练学生综合分析文字、图表等不同形式信息的能力。

6 教学反思

1）创设问题情境，培养探究意识。为了提升学生的科学探究能力，首先要激发学生的探究意识，调动其探究兴趣，教师需创设贴切的、有层次的问题情境。在复习课中，问题情境最好是脱离教材的新情境，以培养学生解决实际问题的能力。问题情境的来源有很多，可基于生物学实验现象创设问题情境，例如本节课根据生物学兴趣小组的实验结果，引出了“赤霉素如何促进种子的萌发?”这一问题；还可联系前沿的科学研究实例创设问题情境，例如在复习动物细胞工程时，可联系我国克隆猴的研究成果创设情境；问题情境亦可来自生活中的常见现象。

2）缜密逻辑思维，注重探究过程。任何科学结论的得出都需要依据大量的实验证据，且各种证据之间存在严谨的逻辑关系。教师需要梳理出证据之间的逻辑关系，引导学生逐步进行探究，其中最好的方法就是设计层次分明的问题串。本节课以探究赤霉素作用的分子机理为主线，设计了层层递进的问题：为什么赤霉素可以促使种子萌发？赤霉素为什么能诱导α-淀粉酶的合成？赤霉素如何诱导α-淀粉酶基因的转录？赤霉素诱导产生α-淀粉酶的分子机制是什么？从而引导学生从现象到机理、从宏观到微观进行探究。

3）改进教学方法，鼓励自主探究。基于科学探究能力培养的课堂需要发挥学生的主动性和创造性，营造民主、开放的课堂氛围可激发学生的思维。一方面，教师提出的思考问题应具有开放性，例如“如何设计实验证明赤霉素能够诱导α-淀粉酶的合成？”通过思考、讨论，学生可提出不同实验思路，并对其他学生的实验思路提出质疑或建议，最终达成共识。另一方面，课堂教学组织形式应该是开放的，可通过小组合作探究、分组竞赛等多种教学方式，给予学生充分思考和发表个人观点的机会，真正实现由“教师教”到“学生学”的转变。