感悟科学“线性积累、永无止境”的本质特征
——“植物生长素发现”一节的教学设计
山东省威海市第一中学 刘玉凤
一、设计思路
现成的结论容易被人误认为是本来就有的、永恒不变的真理。科学史可以展现科学是永无止境的探究活动的本质特征，使人感受科学发展是一个线性累积、不断壮大的过程，领会“变化”才是科学本身具有的惟一不变特性。
植物生长素的发现过程正是这样一个很好地展现科学在本质上是相对的、可变的、处在不断修正和发展过程中的素材。因此，本节课拟以帮助学生理解科学的本质特征为主要教学目标，按照生长素发现的时间顺序，通过引导学生发现前人通过实验得出的结论正是后人研究的问题，使学生体会科学发现循环往复、步步深入的过程，感悟科学知识并非一经发现、证实之后便永远不会被推翻，而是需要“通过归纳所得并经由观察证实的真命题及其集合的积累”，从而更好地理解科学探究过程中所体现出来的科学的本质特征。
二、教学目标
通过生长素的发现过程，领悟科学发现是探究活动线性积累的过程。
通过分析实验设计方案，提高做出假设、设计实验、分析实验数据得出结论的能力。
通过学习生长素的产生、分布、运输的知识，理解生产生活中许多有关生长素的现象。
通过“技能训练”， 训练设计实验和得出结论逻辑上的严密性。
三、教学重点
生长素的发现过程。
四、教学难点
理解生长素发现过程所包含的科学方法和科学本质特征。
理解实验设计的严谨性。
五、教学方法
1.教的方法：按照“发现问题——实验验证——得出结论——再从结论中提出新的问题……”的线索，引导学生理解在生长素发现过程中探究活动层层深入的过程。
2.学的方法：学生主要以小组合作交流的形式进行学习。每四人为一小组，每组选出一个小组长和一个中心发言人。小组长的任务是组织全组探讨问题；中心发言人的任务是记录每位小组成员的观点，最后代表本小组在全班交流。
六、教学过程
教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
导
入
课前教师将一盆栽植物（如四季梅）放在向阳的窗台上生长足够长的一段时间，使其表现出明显的向光性。上课时，将这盆植物带到教室，让学生推测它生长的环境，由此引出课题植物的向光性。再请学生举出生活中见到的植物向光性的例子。
教师：许多人可能对植物向光性的现象熟视无睹，然而，正是对向光性的研究，引导人们揭示出了植物生命活动调节的奥秘，发现了第一种植物激素-----生长素。
教师提出问题：
对于植物的向光性现象，你想提出什么问题？
联系生活回想、交流见过的植物向光生长的实例。
尝试从植物向光性的现象中发现和提出问题。
（1）通过让学生从常见的现象中提出问题进行导入，激发学生的学习兴趣。
（2）培养学生的问题意识（即从常见的现象中提出问题）及提出有一定探究价值的问题的能力。
一、生
长
素
的
发
现
过
程
达尔文的有关研究
教师：对于植物的向光性，达尔文提出的问题是“植物具有向光性的原因是什么？”科学重视实证。那么，达尔文设计了什么样的实验研究这一问题呢？
[在屏幕上呈现出达尔文的实验过程及实验结果]请学生分析达尔文的实验过程及实验结果，讨论回答下列思考题：
达尔文的第一组实验作出了什么样的假设？
（植物的向光弯曲生长与尖端有关。）
达尔文在第一组实验的基础上所做的第二组实验的假设是什么？
（感受单侧光刺激的部位是尖端。）
请分析第一组实验的结果，得出结论。
（植物向光弯曲生长与尖端有关。）
请分析第二组实验的结果，得出结论。
（感受单侧光刺激的部位是尖端）
为什么要分别遮盖胚芽鞘顶端和它下面的一段？
（两者形成相互对照,来确定能够感受单侧光刺激的部位）
胚芽鞘弯曲生长的是哪一部分？感觉单侧光刺激的又是哪一部分？你怎样解释这一现象（尝试作出假设）？
（胚芽鞘弯曲生长的是尖端下面的一段。感觉单侧光刺激的是顶端。这说明胚芽鞘顶端接受单侧光照射后，产生某种刺激传递到下面，引起下面一段弯曲生长。）
教师组织学生交流、讨论后，再呈现达尔文得出的结论：
单侧光照使胚芽鞘的尖端产生某种刺激，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，因而出现向光性。
（1）个人自主分析达尔文实验的原理，解答思考题。
（2）小组内部讨论思考题。
（3）全班交流、讨论、评价。
（1）培养学生理解实验设计原理的能力。
（2）培养学生分析处理实验数据，得出结论的能力。
（3）引导学生感悟得出科学的结论，既需要严密的逻辑推理、严谨的科学态度；又需要一定的想象力。
詹森的有关研究
教师：达尔文提出的实验结论从一定程度上解释了植物的向光性，但达尔文的结论其实只是分析实验现象后作出的假定性的解释，这种解释究竟是不是科学事实，还需要更进一步的实验验证。下面请看詹森是如何在此基础上进行研究的。
[屏幕上呈现出詹森的实验过程及实验结果] 请学生分析詹森的实验过程及实验结果，讨论回答下列思考题：
詹森提出的问题是什么？
（尖端产生的刺激究竟是什么？）
作出的假设是什么？
（这种刺激是一种化学物质）
分析结果，得出的实验结论。
（胚芽鞘尖端产生的刺激可以透过琼脂片传递给下部）
可以透过琼脂片传递给下部的刺激，最可能是哪一类刺激？
（化学物质）
教师组织学生交流、讨论、评价。
（1）个人自主分析詹森实验的原理，解答思考题。
（2）小组内部讨论思考题。
（1）引导学生初步领悟许多科学研究都是在前人结论基础之上的深化，不要迷信已有的结论，要敢于对前人的研究成果提出质疑。
（2）培养学生理解实验设计原理的能力。
拜尔的有关研究
教师：詹森通过实验得出了传递到下部的刺激最可能是一种化学物质，从而解答了达尔文所假定的刺激是什么的问题，那么，除此之外，达尔文的实验中还有什么问题需要解决呢？
[屏幕上呈现出拜尔的实验过程及实验结果] 请学生分析拜尔的实验过程及实验结果，讨论回答下列思考题：
拜尔提出的问题是什么？
（顶端产生的刺激能传到下部，那么它为什么能使得伸长区两侧生长不均匀呢？）
作出的假设是什么？
（顶端产生的刺激在尖端下部分布不均匀，使得伸长区两侧生长不均匀）
分析结果，得出的实验结论。
（证明假设成立）
请在詹森和拜尔实验的基础上解释植物具有向光性的原因。
（胚芽鞘的尖端产生的刺激可能是某种化学物质，单侧光照射使这种化学物质在尖端下面一段分布不均匀,从而使胚芽鞘表现出向光性。）
（1）个人自主分析詹森实验的原理，解答思考题。
（2）小组内部讨论思考题。
（1）引导学生领悟已有的结论中往往包含有价值的研究课题，培养学生的问题意识和不迷信已有结论的科学态度。
（2）培养学生理解实验设计原理的能力。
温特的有关研究
教师：达尔文、詹森和拜尔等科学家们不断地发现问题、作出假设、寻找证据、得出结论、在此基础上进一步发现新的问题、作出新的假设…… ，在这样的过程中，对于植物向光性原因的解释不断趋于完善。但是，对于植物向光性原因的探究并没到此终止。那么，后来的科学家又在詹森和拜尔的实验结论中发现了什么样的新问题呢？请看温特发现的新问题和继续进行的研究。
[屏幕上呈现出温特的实验过程及实验结果] 请学生分析温特的实验过程及实验结果，讨论回答下列思考题：
温特提出的问题是什么？
（胚芽鞘的尖端产生的刺激是一种化学物质吗？是由于它在伸长区两侧的分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长吗？）
作出的假设是什么？
（由于胚芽鞘的尖端产生的一种化学物质向下运输，在伸长区两侧分布不均匀造成了胚芽鞘的弯曲生长）
分析结果，得出的实验结论是什么？
（证明假设成立）
是否可以取消对照组实验？请阐述理由。
（不可以。否则不能排除琼脂本身对实验结果的干扰作用）
请利用温特的实验结论解释植物具有向光性的原因。并与达尔文的解释、詹森和拜尔实验的基础上进行的解释相比较，谈谈你的感受。
教师组织学生交流、讨论、评价。
教师：温特认为这种化学物质可能与动物激素类似，并把这种物质命名为生长素，也是发现的第一个植物激素。
那么，植物生长素的发现是不是到此完成了呢？既然生长素是一种化学物质，只有分离出这种物质，才能最终证明其存在。后来，科学家终于分离出了植物生长素，并确定了其化学本质，植物生长素的发现才算告一段落，整个过程经历了大约半个世纪。
但是，生长素的发现并没有终止植物向光性的研究，目前关于植物向光性原因的探究仍在继续着。请看课本的楷体小字。
（1）个人自主分析温特实验的原理，解答思考题。
（2）小组内部讨论思考题。
（3）全班交流、讨论思考题，交流自己对科学发展过程的感想。
（1）引导学生领悟已有的结论中往往包含有价值的研究课题，培养学生的问题意识和不迷信已有结论的科学态度。
（2）培养学生理解实验设计原理的能力。
（3）引导学生深刻领会科学发展永无止境的本质特征。
二、
生长素
的产生
、分布
和运输
要求学生看书解决下列问题：
植物体内生长素在哪些部位合成的？
植物体内的生长素主要在哪些部位起作用呢？
植物体内生长素是如何从合成部位运输到起作用的部位呢？
举例说明什么是极性运输。
根据生长素的产生、作用及化学本质，尝试给植物激素下定义。
随堂练习：
被风刮倒的玉米过一段时间的生长方向有何特点？尝试用本节课获得的知识对此作出解释。
向日葵向光的可能原因是什么？
（1）个人自学解决教师提出的问题。
（2）利用本节课获得的知识尝试解释生活中常见的一些现象。
（1）培养学生的自学能力。
（2）利用知识解决实际问题的能力。
三、
技
能
训
练
要求学生分析教材“技能训练”栏的实验设计方案及得出的结论，并讨论：
这个实验的设计是否严密？为什么？
从实验结果到结论之间的逻辑推理是否严谨？为什么？
如果要验证上述结论是否正确，应该对实验方案如何改进？
（1）进行小组讨论，并设计改进后的实验方案。
（2）小组间进行交流、讨论、评价。
训练学生实验设计和得出结论时逻辑上的严密性。
小
结
教师组织学生对科学探究的一般方法进行小结。
教师对科学发展过程进行小结：
“人类的许多科学发现，就是像这样经过一代又一代人的探索，才一步一步地靠近事实和真相。每一位科学家所取得的进展可能只是一小步，众多的一小步终将汇合成科学前进的一大步。”
小结科学探究的一般方法。
（1）强化对科学探究过程方法的系统性认识。
（2）进一步概括科学“线性积累、永无止境”的本质特征。
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