1、高考资源网（） 您身边的高考专家基于“5E+问题式教学”的植物生长素的发现教学设计厦门大学附属实验中学 一、设计思路“5E”教学模式是美国生物学课程研究（BSCS）开发出的一种适合探究的教学模式，该模式基于建构主义教育理念而创立，建构概念并应用概念是其重要内容，强调学生对知识的自主构建是其核心，认为形成新旧概念之间的冲突是主动建构概念的动力。这一模式的一般过程为吸引（engage）、探究（explore）、解释（explain）、精致（elaborate）、评价（evaluate）。这种教学模式尤其适合于理科教学，特别是生物学教学。基于问题式教学(PBTproblem-based teachi
2、ng)强调把学习设置到有意义的问题情境中,通过教师引导让学生解决实际问题,让学习者获得自主学习与协作学习的能力和高效解决问题的技能。因此本教学设计按“5E”教学模式结合问题式教学展开，以学生为中心，通过运用调查和实验的方法解决问题，强调通过小组合作学习促进学生对科学概念的理解和对知识的建构，符合新课标“面向全体学生，倡导探究性学习，注重理论与现实生活的联系，提高学生的生物科学素养”的基本理念。本章节对于生长素的发现过程，能比较完整地反映出科学研究的全过程，是培养学生科学的研究方法和科学的思维方式的很好机会。因此在植物向光性原因的研究过程中，通过问题引领，引导学生设计一系列实验对生长素发现过程进
3、行探究，使学生亲身经历“发现的过程”。学生通过实践获取直接经验，从中初步学会了科学方法，培养了科学精神和科学态度；并且不拘泥于教材，大胆对教材中科学史实验进行改进完善，把探究内容“精致”化，延伸科学思想方法。另外，通过结合多媒体与传统教学，调动学生学习积极性、主动性和创造性，使学生以多种方式、通过多种途径主动地参与到学习中来，增强学生的学习兴趣，并将问题难度层层递进，达到提高学生科学素质、培养学生问题意识的目标。二、教材分析（一）教材内容分析本课是人教版高中生物必修3第三章植物激素的调节中的第一节，生长素是最早发现的植物激素，其早期研究始于1880年达尔文父子对金丝雀虉草胚芽鞘向光性的实验探究
4、，先后经历了60来年。其间，Boysen Jensen (1910-1913年),A.Paal(1914-1919年),F.W.Went(1928年)等学者用燕麦实验法开展的一系列研究证实，禾本科植物的胚芽鞘顶端确实存在某种活性物质，并将其命名为生长素；直至1934年F. Kogl和Haagen-smit等学者先后从人尿、酵母提取物中分离和提取出C10H9O2N ( 吲哚乙酸，简称IAA ),1942年Haagen-smit等从碱性水解的玉米粉和未成熟的玉米籽粒中分别提取出IAA 。植物生长素的发现是生物科学史上一个经典的篇章。它是众多科学家思维与智慧的结晶，所包括的一系列经典实验，不仅记载着
5、知识的形成过程，还蕴含着科学家创造性的思维方式和灵活多样的科学方法，体现着严谨的科学态度和乐于探索的科学精神，是培养学生科学素养的生动素材。把它作为教学内容，重点不是让学生记住这段历史，而在于使学生理解科学探究的本质，体验知识发生、发展的过程，培养科学的思想方法及创新能力。（二）教学目标分析根据对教材的分析，以及让学生亲身体验从身边日常现象中发现问题、提出假设、设计实验、根据实验现象分析实验结果等过程，确定了以下教学目标。1、 知识目标通过让学生体验生长素发现的过程和实验方法，概述植物生长素发现的关键实验和科学家设计该实验的思路、方法及原因。2、 能力目标 (1)通过引导启发学生设计生长素的发
6、现实验，学会科学探究的一般过程，初步掌握科学研究的方法和过程，发展学生的科学思维，培养学生的创新和实践能力。(2)通过对实验设计的评价与改进，训练学生逻辑思维的严密性，培养观察能力。3、 情感目标(1)通过对植物生长素发现过程的介绍，培养学生实事求是的科学态度和勇于探索未知领域的科学精神和合作意识，提高学生的科学素质。 （2）通过对植物的向光性运动原因的解释让学生学会“从现象到本质”进行分析问题的思维习惯。 （3）利用目前科学家对植物向光性的解释还有争议这一现象，启发学生明白科学永无止境，培养学生敢于质疑、敢于挑战的精神。（三）教学重点、难点分析1、教学重点：生长素的发现过程。在科学研究与发现
7、的历史过程中，不断发生着观察（包括实验观察）、提出问题、提出假说和对假说的求证活动。课文中所介绍的生长素发现历史中的多个实验，完整地再现了一个假说的提出和求证过程，是对学生进行科学史教育的极好素材。同时也是学生体会科学研究的实验方法以及严谨的思维逻辑过程。2、教学难点： （1）植物向光性的原因。（2）生长素发现的实验设计，及科学实验设计的严谨性分析。在探索胚芽鞘向光生长的过程中，以科学的严密的逻辑思维引导学生层层设疑、合作探究设计实验来解决。这个能力对于相当多学生来说存在挑战性，尝试运用科学方法解决问题也是一个难点，包括初步学会遵守实验设计中的单一变量原则和对照原则，学会分析实验设计，得出相应
8、结论，训练逻辑思维的严密性。三、学习者特征分析（一）学情分析 1、学生的认知基础：本课学习之前，学生已具有一定的知识基础和生活体验，如：植物向光性、向重力性，简单而不规范的实验设计等。2、学习障碍：高二学生已经了解科学探究的一般过程和方法，但面对复杂课题时，因缺乏把问题细化的意识和能力往往会感到无从下手，对于实验设计的思路和严密性都会很欠缺，而该课对学生实验设计能力提出了较高要求，侧重于训练学生从已知知识和具体的实验中，抽象并归纳出相关信息，进行逻辑推理和论证，得出结论或作出判断，这有一定的难度。所以我们要注意在方法上进行引导，由易到难，由简入繁。（二）学法指导创设情境、小组分工合作、引领探究
9、；采用分析比较法、小组讨论法等突破重难点。在本节课里，先结合素材讲解设计和观察实验的思路和要点，然后再由学生进行分组合作，自行设计实验、参与讨论，充分发挥学生的想象力。通过以学生为主体的讨论，开放学生思维，从而达到培养学生的科学研究能力、知识的迁移能力，促进学生的创新能力、强化学生的科学素养。四、教学策略选择与设计根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重科学方法教育为归宿，本节课采用“5E”教学模式，融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程，进行分析、讨论、归纳和总结。五、教学环
10、境及资源准备1、材料准备：培养皿、棉花、清水、不透光的黑盒子、一侧有通光孔的黑盒子、台灯、锡箔纸、蓝黑墨水、剪刀、玉米种子。2、课前根据按照“组内异质，组间同质”原则分组，将学生分成若干组，指定小组负责人、发言人、记录员、实验员等。3、课前准备：分别在单侧光、全光照、黑暗条件下提前若干天播下玉米让其萌发，准备玉米胚芽鞘，让学生有直观的实验材料。运用头脑风暴法各小组讨论提出所要探究的有意义的问题，各组学生分别领取不同任务，设计实验，进行自主探究，并将实验结果拍照，分析实验结果形成报告做好发言准备。教师做好任务评价表分发给各小组成员。六、教学过程教学程序教师活动学生活动设计意图吸引（engage）
11、展现之前某小组所做的植物向光性实验：提出问题：为什么植物会表现出这种现象呢？你能提出哪些有意义的问题？如何通过实验探究或者查找资料来验证？采用头脑风暴法，学生小组讨论会提出各种问题：如植物的向光性运动有什么意义？为什么有光照的芽是绿色的，无光照的是白色的？什么是植物的胚芽鞘？胚芽鞘有什么作用等，（诸如以上问题让学生查找收集资料自行解决，小组发言人汇报）根据学习目标，选出3个探究主题： 1）植物的向光弯曲生长与胚芽鞘尖端有关吗？2）胚芽鞘的感光部位在哪里？3）胚芽鞘弯曲生长的部位是哪里?“5E”教学的第一步是吸引，通过创设一个实际生活中的情境，引起学生的兴趣与思考。鼓励学生质疑，培养学生的问题意
12、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。进行小组分工，明确学习任务。探究（explore）解释（explain）体验与亲历：达尔文实验以“导”为主，引导学生提出可探究的问题，作出合理的假设，设计科学的实验过程，关注单一变量和无关变量的控制，对照实验原则。指导学生写出实验方案，帮助解决实验操作过程出现的疑难问题。探究1：植物的向光弯曲生长是否与胚芽鞘尖端有关？通过引导学生讨论、分析，帮助学生设计如右图实验，并且指导学生动手操作实验，亲历科学家的探究过程，获得直观感性的认识。在小组代表发言的时候，倾听、鼓励学生，指出探究实验过程的优点和不足，分析实验结果中的特殊情况，例如“
13、为什么有少数去掉胚芽鞘尖端的幼苗仍然能够生长？” 探究2：胚芽鞘的感光部位在哪里？1、 请分析第二组实验设计，与课本的达尔文实验有什么不同？有什么优点？2、 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）3、 根据实验结果分析，你能得出什么结论？探究3：胚芽鞘弯曲生长的部位是哪里?1、用什么方法可以检测到植物的生长现象？2、第三组同学设计巧妙的地方在哪？3、根据实验结果背光面的墨水断裂长度要大于向光面，你能得出什么结论？4、综上三个探究实验，如果你是科学家，你能得出什么结论？（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
14、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。小组合作分工，讨论，设计合理实验方案，操作可行性实验，分析实验结果，表达交流，由每组派一发言人汇报实验设计过程和分析实验结果：第一组： 1、提出问题：植物的向光弯曲生长与胚芽鞘尖端有关吗？2、作出假设：植物的向光弯曲生长与胚芽鞘尖端有关（或无关）。3、设计实验：小组讨论设计出最优方案，如左图。4、实施实验，展示如下：5、分析结果，全班交流、讨论、评价。6、形成结论：
15、去掉胚芽鞘尖端的幼苗既不能生长也不能弯曲。（少数去胚芽鞘尖端的幼苗仍然生长，可能与去尖端之前残留的某些物质有关）第二组：1、提出问题：胚芽鞘的感光部位在哪里？2、作出假设：感受光刺激的部位在尖端尖端下部共同感受。3、设计实验：4、实施实验：5、分析结果，全班交流、讨论、评价。6、得出结论：感受光刺激的部位是在胚芽鞘的尖端。第三组：1、提出问题：胚芽鞘弯曲生长的部位是哪里?2、作出假设：胚芽鞘弯曲生长的部位是尖端或者尖端下部。3、设计实验：用墨水在生长的胚芽鞘上着色,胚芽鞘会生长但颜色不可能伸长,颜色断裂的地方则是其生长的部位。4、实施实验：5、分析结果，全班交流、讨论、评价。6、得出结论：胚芽
16、鞘弯曲生长的部位是尖端的下部，而且背光面比向光面生长快，因而使胚芽鞘出现向光性弯曲。改变常规教学中只是由老师介绍生长素发现过程的有关实验，而让学生处于被动，机械地接受知识，没有积极地参与到课堂教学中的教学方式。探究（explore）解释（explain）是“5E”合作探究教学法的核心，让学生像“小科学家”一样去发现问题、解决问题。在探究过程中获取知识，发展技能，培养能力。（1）培养学生理解实验设计原理的能力。（2）培养学生分析实验现象，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。不拘泥于教材，大胆地对达尔文实验进行改进，让实验更有
17、说服力。教材并未设计该实验，根据达尔文的结论提出新问题，锻炼学生的逆向思维能力，培养学生的创新精神。质疑与改进：詹森、拜尔实验从以上实验可以看出，胚芽鞘的向光性与尖端有关，但为什么发生向光弯曲生长的却是尖端下面一段?是否存在尖端产生了某种物质往下运输使尖端以下的部位发生弯曲?如果你是科学家，你会如何设计实验验证呢？多媒体呈现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：1、詹森提出什么问题？2、詹森实验作出什么假设？3、根据詹森的假设，詹森的实验有没有不严密的地方?可以做出什么样的改进?教师组织学生交流、讨论、评价。詹森通过实验得出了传递到下部的刺激最可能是
18、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？多媒体呈现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：1、拜尔为什么要将切下的尖端放在胚芽鞘的一侧？这个实验说明了什么？2、拜尔为什么要在黑暗中做这个实验?3、根据拜尔实验，请你大胆推测出单侧光所起的作用是什么？ 小组讨论，分析，对詹森实验做出改进：詹森的实验缺少了对照实验，应如下设计： 经改进实验后分析讨论总结：詹森的实验表明尖端产生的刺激可以通过琼脂片而不能通过云母片传递给下部，说明这种刺激可能是一种化学物质。小组讨论分析，总结：拜尔的实验表明
19、胚芽鞘的向光弯曲生长是因为尖端产生的刺激在其下部分布不均匀造成的。在黑暗中做实验表明某种刺激是尖端本身产生的，而不是单侧光照射使尖端产生。（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。从对实验的分析及对詹森实验的质疑中，训练学生的推理能力和批判性思维，进一步体会对照实验的思想。训练学生从实验现象得出结论和做出推测的能力。评价与强化：温特实验提出问题：如果想要证明这种“刺激”是一种化学物质，最好的方法是直接将这种化学物质加在胚芽鞘的上方，然后观察现象。但詹森和拜尔的实验都还是离不开胚芽鞘的
20、尖端。那么结合之前的几个实验，你有没有更好的实验设计？ 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：1、温特提出的问题是什么？2、作出的假设是什么？3、分析结果，得出的实验结论是什么？4、是否可以取消对照组实验？请阐述理由。5、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。总结：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，也是发现的第一种植物激素。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
21、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。思考并讨论实验设计，明确采用介质转移方法，形成以下方案：（1）个人自主分析温特实验的原理，与前面的实验进行对照。（2）小组讨论、思考。（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
22、刻领会科学发展永无止境的本质特征。精致（elaborate）生长素的产生、分布和运输采取问题驱动，组织自学相关内容：1、植物体内生长素在哪些部位合成的？2、植物体内的生长素主要在哪些部位起作用？3、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？4、举例说明什么是极性运输。5、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。课堂延伸：1、请你破案：居民楼发生了一起“跳楼事件”，一盆花好端端的从阳台上摔了下来，粉身碎骨，你认为谁是凶手呢？2、你能从生物学角度分析下“满园春色关不住，一枝红杏出墙来”的原因吗？3、请你设计实验探究生长素的横向运输和极性运输。（1）通过自学解决教师提出的问
23、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。精致化（elaborate）即“5E”教学中的扩展，强化，强调对知识的迁移应用，课堂延伸。（1）培养学生的自学能力。（2）培养学生利用知识解决实际问题的能力。小结1、用游戏进行小结，回归重点：概述生长素发现的过程。2、从这些科学家的经历当中你能获得什么？“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。”关于植物向光性的研究还在继续，科学往往在这样的争议中发展。游戏：选出四名同学分别代表达尔文、詹森、拜耳和温特，假设他们在
24、一起开了一个座谈会，设计一个片段，都用简洁的一两句话概括“自己”在生长素发现过程中的贡献。（要求：语言要生动、准确）（1）回归主题，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。七、评价（evaluate）l 我的收获：1、通过我们这节课的学习，你了解向光性产生的原因了吗？2、通过对生长素的发现史的学习，我们收获了什么？3、你知道实验设计有哪些原则？4、你能否较好地将本节所学的知识运用到生活实践中？l 实验评价量规：评价指标评价要求评分优（2016或108)良(1612或86)需努力(12或6)自评他评提出问题和做出假设（10）能够确定一个可以通过实
25、验探究活动回答的问题；确切且全面的说出与问题有关的背景知识；根据已有条件能够做出一种可检验的合理的假设。基本可以确定一个可以通过实验探究活动回答的问题；可以说出一些与问题有关的背景知识，但不够全面；能够作出一个可检验的假设，但假设的内容范围控制不合理，需要修改。需要在老师的帮助下确定一个可以通过实验探究活动回答的问题；无法指出与问题相关的知识背景；需要在外力的帮助下作出一种可检验的假设。实验设计（20）能够严格遵循实验设计的原则设计实验，实验设计严整；在了解题目要求的基础上明确试验目的的原理，根据原理对实验做出假设，并对可能产生的现象做出预测，充分利用实验材料设计实验思路；能够根据实验目的、原
26、理和思路，设计出合理的实验装置和实验步骤，可操作性强；正确陈述自变量和因变量的关系，并能够客观详略得当地描述观察或测量变量的方法。能够基本遵循实验设计的原则设计实验，但对个别原则有所忽略；实验设计基本上符合逻辑；能够提出较为合理的假设，可以利用实验材料设计实验，但有些地方仍需改进；能够根据实验目的、原理和思路，设计出实验装置和实验步骤，但装置及步骤在合理性上需要进一步做出调整；对观察或测量变量的方法作了一定的描述，但详略不够得当需要调整。所设计的实验有很多项不符合实验设计原则，需做大幅度的修改；实验设计不严整，需要修改；虽然能够提出假设，但没有合理地利用实验器材设计实验；设计出的实验装置和实验
27、步骤与实验目的、原理和思路之间存在一定的偏差，需要改进。实验过程（20）顺利按照实验设计完成实验操作，实验操作逻辑顺序合理，操作规范，了解实验工具结构及其性能，使用方法及其注意事项等，科学正确地使用实验工具。基本能够按照实验设计完成实验操作，操作不够规范，能够基本正确地使用实验工具。不能完全按照实验设计完成实验操作，操作过程中错误较多，实验工具使用不准确。收集实验证据（20）设计合理清晰的实验记录表；读者无需解释说明能够自行阅读表格的记录内容；认真观察实验现象，并根据所观察的现象科学地收集、客观真实地记录实验数据；实验记录条理清晰，逻辑严谨。设计出了记录表格，能够记录下实验所得的基本信息；基本
28、可以将实验所得的数据收集、整理、记录下来，但条理性不强，文字的逻辑还有待进一步调整。表格设计混乱，需要进一步修改；记录的内容加入了自己的主观认识，不够客观全面；实验记录条例不够清晰。解释与结论（20）根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、推理等处理，得出合理正确的结论，明确假设是否得到支持；使用简洁正确的语言，条理清晰、详略得当地组织文字报告，并对探究过程进行了反思。通过实验得出基本结论，但与设计初衷之间存在偏差；能够基本正确得当地使用概念性词汇组织语言，也存在一定的偏差；对结论只是简单的罗列，没有提出自己的观点和看法。得出了实验结论，但与任务要求之间存在很大的偏差；语言不够简练，重复的内
29、容过多。情感态度（10）能够自始至终地积极参与整个实验过程，态度端正、认真观察、如实记录。基本上可以完成整个实验过程，但不够认真仔细，会开小差。实验过程中有离开的情况，没有全心投入到实验当中。满分100总计得分八、板书设计：第一节 植物的激素调节九、练习设计1.生长素的发现过程观察与思考归纳与结论达尔文的实验结论：1、感受光刺激的部位是 。2、 植物向光性的原因是 。1910年詹森的实验结论：胚芽鞘尖端产生的 可以透过 传递给下端。1914年拜尔的实验结论：胚芽鞘弯曲的原因是 。1928年温特的实验结论：温特的实验进一步证明造成胚芽鞘弯曲的化学物质是 。1942年其他科学实验结论：。 胚芽鞘向
30、光的原因是 2.完成下面概念图 3、讨论思考下列情况下一段时间后胚芽鞘的生长情况（都是左侧单侧光照射）。十、教学反思本课尝试采用BSCS 的“5E”教学模式结合问题式教学展开教学，结合多媒体、实物等手段将教材的知识情景化、形象化、直观化，并层层设问，以问题为主线、探究为主轴、学生为主体、教师为主导，培养学生科学探究的能力，严谨的思维过程，分析问题、解决问题的能力。“5E”教学模式起源于问题，来源于生活。首先通过实验将学生司空见惯的“向光性”现象搬到课堂，引起学生兴趣，激发学生的探究欲，以期达成“心求通而未得”之效，“不愤不启，不悱不发”；其次在探究过程中让学生有具体可操作的材料，亲身经历体验科
31、学家的探究历程，让学生体会到科学研究并不是很神秘，而是渗透到我们日常生活中，激发其学习生物学的兴趣。学生在一步步的思考、分析、判断中感受、理解知识的产生和发现过程；在动脑、动手的实践和探究中，掌握植物向光性的原因，锻炼科学的思维和学会科学研究方法，也在“做科学”的过程中体验了科学家进行探究实验的辛苦和成功的乐趣，养成严谨的实验作风、求实的科学态度、探索未知的科学精神及团结合作的精神，较好地达成了三维目标。但本节设计对学生的能力要求较高，时间跨度较大，需要课前做大量的前期工作，要想在一节课里完成本节教学内容难度较大，需要学生积极参与。同时本节以问题为主线，问题的设置需考虑不同层次学生的水平，对于很多同学而言，提出一个问题比解决一个问题，确实要难的多!高考资源网版权所有，侵权必究！
