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第1节 植物生长素的发现

覃勇
石门县第一中学
高中
生物
必修3
人教版
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    教学准备

    学情分析

    本章节虽相对独立,但学生在第二章学习了动物和人体生命活动的调节,对于激素对生物生命活动的调节有了初步的认识,为学习理解本章节植物激素对生命活动的调节打下了坚实的基础,本章节与实际生活联系密切,学生有兴趣,但内容比较抽象,需要老师启发引导,让学生通过实验设计去体验实验探究并且学生通过对必修一和必修二的学习,学生已经对探究性实验设计的对照原则和单一变量原则有了一个基本的认识,有能力去分析去探究。

    教学工具

    多媒体遥控笔、导学案备用纸张、意见反馈表、磁铁等

    教学设计

    教学目标

    知识目标:

    1. 概述植物生长素的发现过程

    2. 体验发现生长素的过程和方法

    3. 说明植物向光性的原因

    能力目标:

    1.体验发现生长素的过程和方法,初步学会科学探究实验的设计方法。

    2.训练严密的逻辑思维能力,观察能力,养成良好的生物学素养

    情感目标:

    1.利用生长素发现过程进行科学发展史教育。

    2.让学生在关注生活现象理解生物学概念的基础上形成生命观念并能够用生命观念尝试解决生产生活中的生物学问题。

    3.让学生体验科学发现之美,形成积极探索、用于进取的求知精神和追求真理的好意志品质。

    教学重难点

    1.教学重点:生长素的发现过程

    2.教学难点:生长素发现的实验设计,及科学实验设计的严谨性分析;植物向光性的原因


    教学方法


    教的方法:教师引领,步步为营,寻根问底,以问题为线索,以思维训练为基准,以科学史为背景,以生动形象的语言和逻辑推理为手段

    学的方法:小组合作交流,让学生选择不同方式展示本小组对“生长素发现过程”的理解。


    教学过程

    盆栽植物表现出生长弯曲的特征,这是生活中非常常见的现象,是什么环境因素导致这种变化的? 

    生:光照刺激  

    师:有什么好处?

    生:有利于植物对光照的利用 进行光合作用 促进自身生长

    师: 对  这就是植物的向光性

    也就是说,如果我们给予单侧光刺激,植物会弯向光源生长,我们把这种特性叫做植物的向光性。许多人可能对植物向光性的现象视若无睹,然而,正是对向光性的研究,揭开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。今天我们就一起随科学家探索植物生长素的发现历程,体会科学的研究方法。



    材料 介绍  

    胚芽鞘  单子叶植物,特别是禾本科植物胚芽外的的锥形套状物叫做胚芽鞘。它能保护生长中的胚芽。

    小组合作讨论

    阅读教材P46-47,小组讨论下列问题,将答案写在纸上。

    1、胚芽鞘的哪部分影响弯曲生长?感受光刺激的是哪部分结构?为什么达尔文要分别遮住胚芽鞘尖端和下部?

    2、詹森的实验证明了什么?

    3、拜尔的实验证明了胚芽鞘弯曲生长的原因是什么?尖端产生的影响能传到下部,那是什么原因导致分布不均呢?

    4、生长素由谁命名?温特有没有提取出生长素?

    5、总结出植物向光性的原因?

    6、从生长素的发现史中你得到什么启示?


    【过渡】科学研究总是在问题中产生,达尔文提出“植物为什么向光弯曲生长”呢?

    【教师描述】介绍胚芽鞘,实验过程和结果:

    实验一:单侧光照射胚芽鞘一段时间后,发现胚芽鞘向光弯曲生长;

    实验二:单侧光照切去尖端的胚芽鞘,发现胚芽鞘不生长,不弯曲;

    实验三:用锡箔小帽套住胚芽鞘顶端,用单侧光照射,幼苗继续直立生长;

    实验四:用锡箔小帽环套住胚芽鞘尖端下面的一段,用单侧光照射,幼苗向光弯曲生长。

    (胚芽鞘的初始生理状况相同)

    【学生讨论】思考:

    (1).   达尔文的实验组中哪些可以形成对照,为什么?各种对照分别能得出怎样的结论?

    1与2 自变量 有无尖端     弯曲生长与尖端有关

    1与3 自变量 有无锡箔纸   弯曲生长需要尖端感受单侧光

    3与4 自变量 锡箔纸的位置 感受单侧光的部位是尖端

    (2).达尔文实验的巧妙之处在何处?

    生:设计对照实验,实验材料,无关变量处理相同

    分析实验结论:

    生:单侧光照射使胚芽鞘的尖端产生某种刺激,当这种刺激传递到尖端下面一段时,会造成背光面比向光面生长快,因而出现向光性弯曲。

    【教师归纳】

    实验设计的原则:对照原则和单一变量原则

    达尔文提出:单侧光照使胚芽鞘向下面的伸长区传递某种“影响”传递到伸长区的“影响”会造成背光面比向光面生长快

    达尔文的结论其实是一种推论,科学重视实证,也需要一定创造性思维。推论正不正确,还需要实验去进一步验证。

    这种影响是什么?电信号?化学信号?达尔文没有进一步做研究。



    【过渡】这种影响究竟是什么?爱因斯坦说,科学永远是一本写不完的书,我们一起来看看詹森的实验:

    【学生展示】

    实验过程:在单侧光照射一段时间后,切去胚芽鞘的尖端后加上琼脂片,再将琼脂片上放置尖端。

    【教师提问】

    (1). 詹森的实验设计严谨吗?如果不严谨,如何改进?(设置对照,排除琼脂本身的影响)

    (2). 詹森实验的巧妙之处在哪里?(选择琼脂)如果选用云母片呢?

    【教师提示】教师介绍阻断运输的材料:

    云母:水分和小分子物质不能通过;

    琼脂片:水分和小分子物质能通过。

    【教师归纳】该实验的自变量是琼脂片上是否有尖端产生的影响,詹森的实验就很好的证明了胚芽鞘的尖端确实产生了一种影响,这种影响可以通过琼脂片传递给下部。


    【学生展示】

    实验过程:黑暗环境中切去胚芽鞘的尖端放在胚芽鞘的一侧,结果发现胚芽鞘弯向对侧生长。

    【教师提问】

    (1).实验的自变量是什么?从实验结果中我们能得出怎样的结论?

    尖端的位置(影响分布不均匀,有尖端的位置“影响”分布较多,无尖端的位置影响几乎没有);结论:胚芽鞘的弯曲生长,是因为尖端产生的影响在其下部分布不均匀导致的。

    (2).   拜尔的实验设计思路是什么?即他进行了怎样的假设?

    (胚芽鞘弯曲生长是因为影响分布不均匀导致的)

    (3). 该实验为什么要在黑暗环境中进行?(排除单侧光的影响,控制单一变量)

    【教师归纳】拜尔的实验证明,胚芽鞘的弯曲生长,是因为尖端产生的影响在其下部分不均匀造成的。在拜尔的实验中,是什么因素导致分布不均匀的?在达尔文的实验的中,是什么因素导致影响分布不均匀的呢?

    【教师归纳】总结三位科学家的实验,这些实验初步证明尖端产生的影响可能是一种化学物质造成的,这种化学物质的分布不均匀造成了胚芽鞘弯曲生长。

    【过渡】影响究竟是不是化学物质呢?科学的脚步依然没有停止,探究总是在新问题中产生。温特为我们揭开了谜团,下面我们有请学习小组为我们展示温特的实验:


    【学生展示】 小组展示

    实验过程:把切下的燕麦尖端放在琼脂块上,几个小时后,取下胚芽鞘的尖端,将琼脂切成小块。再将处理过的琼脂块放在切去尖端的燕麦胚芽鞘一侧,结果胚芽鞘会朝向对侧弯曲生长。但是如果放置的是没有接触过胚芽鞘尖端的琼脂块,胚芽鞘将既不生长也不弯曲。

    (1). 温特实验的自变量是?实验结论是?

    自变量:胚芽鞘的尖端是否接触过琼脂块。

    温特的实验结论:胚芽鞘弯曲生长确实是由一种化学物质引起的,并且这种化学物质留在琼脂块上。

    (2).温特的实验想要解决什么问题?即他实验的假设是什么?(这种影响是一种化学物质)

    (3).琼脂在实验中起什么作用?(介绍物质转移法,化学物质可以在琼脂中扩散)

      【教师归纳】温特认为这可能和动物激素类似的物质,并给这种物质命名为生长素。温特提出植物体内存在生长素时,有没有提取出这一种物质?没有。要得出这样的结论,既需要以事实为依据进行严密的逻辑推理,还需要一定的想像力。

    这种化学物质究竟是什么呢?1931年,科学家首先从人尿中分离出具有生长效应的化学物质-吲哚乙酸。1946年,郭葛等人从植物中分离出生长素,并确认它就是IAA,进一步研究发现,植物体内具有生长素效应的物质除了IAA以外,还有苯乙酸,吲哚丁酸等。


    科学的发展是承前启后,继往开来的。从19世纪末达尔文最先注意到植物的向光性,提出问题,作出假说,到1946年人们从植物中分离出生长素并确认就是吲哚乙酸的过程,实验验证,得出结论,经历了约50年的时间,人类的许多科学发现,就是像这样经过一代又一代的探索,才一步步接近事实的真相。

    科学研究的方法:提出问题-作出假说-实验验证-得出结论


    【过渡】那么,联系科学家的实验,你现在能解释为什么植物具有向光性了吗?

    学生思考总结向光性的机理:

    1,尖端以下部分背光面生长素浓度高于向光面的生长素浓度,所以背光面的生长速度要快与向光面的生长速度,导致植物出现向光性生长现象

    2.为什么植物在单侧光照射下,背光侧的生长素浓度高于向光侧呢?

    学生可能提出的:

    ①光抑制了向光侧生长素的合成②光促进向光侧生长素的分解③光促进生长素从向光侧转移到背光侧   (设计意图:培养思考问题能力)

    3.我们比较倾向于第三种解释,总结植物向光性原因:

    在单侧光照射下,背光侧生长素生长素从向光侧横向运输至背光侧,在向下运输至尖端以下,导致背光侧生长素浓度高于向光侧,背光侧生长速度比向光侧快。

    外因:单侧光刺激

    内因:生长素分布不均匀。

    机理:背光侧生长素分布多,细胞生长快,向光侧生长素分布少,细胞生长慢。

    【学生活动】 学生根据描述画出生长素的运输方向示意图。



    自主学习:阅读课本P48,完成下列填空(见导学案)

    【学生总结】

    植物激素:由植物体内产生,能从产生部位运送到作用部位,对植物的生长发育有显著影响的微量有机物,称作植物激素。

    主要合成部位:幼嫩的叶、芽和发育中的种子

    主要分布:生长旺盛的部位

    运输方式:极性运输(形态学上端运到形态学下端)

    思考:极性运输消耗能量吗?


    1.课堂小结

    2.课堂检测(见ppt)

    3.板书设计

    第一节   植物生长素的发现

    一、向光性的概念

    二、植物生长素的发现过程

    1、胚芽鞘

    2、发现过程:

    (1)达尔文实验:提出“影响”

    (2)詹森和拜尔的实验:“影响”可能是一种物质

    (3)温特实验:“影响”确实是一种化学物质

    3、植物向光性的原因:单侧光使生长素分布不均,向光侧少,背光侧多

    4、植物激素的概念:效应显著、微量

    三、生长素的产生、运输和分布

    1、产生:幼嫩部位(幼嫩的芽、叶等)

    2、分布:生长旺盛部位(胚芽鞘等)

    3、运输:极性运输;非极性运输(成熟组织)


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