“茎与运输作用”一节的实验教学设计与实施∗
时间：2023-01-25 18:50:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
周 密 黄薛蓉 王愉鑫
（1成都金苹果锦城第一中学 四川成都 610041 2四川省教育科学研究院 四川成都 610225）
生物学是一门基于实验的自然学科，每一个概念和规律的构建都离不开对事实的观察与分析。因此，在生物学教学中，可通过开展实验教学，借助对实验现象的深度分析，培养学生科学思维，帮助学生构建概念系统，促进学生生物学学科核心素养的提升。
本节选自北师大版义务教育生物学7年级上册第3单元第5章第5节“运输作用”。教材设置“生物圈中的绿色植物”单元，其中第5章“绿色植物的生活方式”主要阐述绿色植物的代谢活动，包括光合作用、呼吸作用、吸收作用、蒸腾作用和运输作用等[1]。植物通过吸收作用获得的水和无机盐、通过光合作用制造的有机物，需要通过导管和筛管运输到相应的部位。植物蒸腾作用、呼吸作用也需要借助运输作用才能正常进行。因此，遍布植物体的输导组织，可将整个植物体联系起来，使得植物体各器官的分工与协作能更好地进行。因此，在学习了光合作用、呼吸作用、吸收作用和蒸腾作用之后，学生通过对“运输作用”的学习，可系统地构建“植物是一个统一的整体”的概念。
本节课，希望学生通过有意义的观察和探究活动，构建“植物体内的输导组织彼此连接和贯通，形成一个完整的管道系统，运输水分、无机盐和有机物养料”这一重要概念，并在学习过程中感受美、运用美。
基于此，对教材设置的2个实验：“观察茎对水和无机盐的运输”和“观察枝瘤”进行了改进和创新：
1）增设“制作炫彩鲜花，送给要感谢的人”前置活动。该活动既可作为教学导入，也可作为帮助学生构建“植物体内的输导组织彼此连接和贯通”的观察素材，还能渗透情感教育。
2）改进“观察茎对水和无机盐的运输”实验。设置了2个分组和1个演示实验。学生通过对实验现象的观察、分析与总结，可构建“根吸收的水和无机盐是通过木质部的导管运输的”的次位概念。
3）引导学生对“枝瘤”的形成进行推理，迁移学习“叶片合成的有机物是通过韧皮部中的筛管运输的”这一次位概念。
1）解剖观察植物茎，辨认茎的主要结构。
2）阐述植物体中水、无机盐、有机物的运输途径。
3）简述植物输导组织在植物体中的作用。
4）运用所学知识解释生活中的相关现象。
1）重点：通过解剖观察植物茎等实验，阐述植物体中物质的运输途径。
2）难点：简述植物体内输导组织彼此连接贯通，形成一个完整的管道系统。
4.1 回顾炫彩鲜花制作过程，提问质疑 炫彩鲜花是指利用纳米染料对白色鲜花进行染色后制作出的花朵。白色的百合、玫瑰、康乃馨、菊花等鲜切花均可作为实验材料。利用小刀将鲜花的茎从下至上纵剖平分或分为3部分，分别插入不同颜色的染料中，即可制作出多色炫彩鲜花。平分鲜切花的部分茎相对易操作，将平分后的2部分茎分别插入2种颜色的纳米染料，可得到双色花；
如果将茎纵剖为3部分，并将3部分分别插入3种颜色的纳米染料，则可得到3色花。但仅用小刀将茎三等分不太容易，因为体积越大的部分茎所浸泡的染料沿导管到达花瓣的量会越大，这样得到的花，3种颜色的分布面积会有差异，并会产生一定的交叉。如果想进行更均衡的等分，可使用专业的分枝器完成。课前，要求学生分组制作炫彩鲜花，并拍摄制作视频及照片备用（图1）。
课前展示炫彩鲜花，并播放制作视频。提出问题：为什么插入染料中的是茎，形成的却是炫彩鲜花？这个问题可引发学生的认知冲突，当然，学生也可能会想到“茎具有运输作用”。继续提问：茎为什么能将染料运到花里？学生并不能很好地解释这个问题，但能推测是因为茎里有相应的管道承担运输作用。这就需要利用实验提供证据。
4.2 解剖观察植物茎，探索水和无机盐的运输途径 本环节设置了2个分组实验和1个演示实验：分组解剖并观察玫瑰茎，分组观察芹菜中的导管，演示解剖染色后的玫瑰茎并观察。
首先，学生可通过对玫瑰茎进行横切和纵切，辨认玫瑰茎的组成。在实际教学过程中，学生能观察到玫瑰的横切面由3个部分组成，并能迁移辨认纵切面。借助数码显微镜，学生能更好地进行交流。教师可根据需要补充这3个部分结构的名称，并强调树皮中具有韧皮部。
当学生构建了木本植物茎结构的次位概念后，提出问题：茎的什么结构能运输染料？学生会作出各种推测，认为是髓、树皮的韧皮部或木质部。这就需要进行演示实验：解剖观察染色后的玫瑰茎。利用平板电脑的投屏功能，学生能全程观察实验操作过程；
借助数码显微镜，学生能很清晰地观察到茎内的木质部被染料染色（图2），因此，明确运输染料的是木质部。
此时要求学生观察导管的模型和显微照片，介绍导管形成过程：组成导管的细胞是死细胞，这些细胞首尾相连，细胞横壁和内容物消失，形成中空的管道；
导管外壁往往有横纹。在实验中观察到染料通过木质部的导管运输，自然界中通过木质部导管运输的是水和无机盐。
继续提问：植物体中是否只有茎才有导管？
学生通过观察“炫彩鲜花”和染色后的芹菜等（图3）不难发现，染料通过茎运输至叶、花等器官；
结合之前所做的解剖观察果实、种子等实验，可归纳得出“导管遍布植物体各器官”的结论。
初步构建“木质部的导管运输水和无机盐”的概念后，进行下一个分组实验：观察芹菜中的导管（图4）。学生能直接观察到红墨水在芹菜导管中的运输情况。同时，对芹菜的叶柄或茎进行横切，在数码体视显微镜下观察芹菜中导管的分布特点。
对比玫瑰茎的横切和纵切图，得出结论：不同种植物的导管分布存在差异，但都具有运输水和无机盐的功能。进一步强化“导管运输水和无机盐”的概念。
结合前期所学，学生还能归纳得出导管运输水和无机盐的方向通常是从下至上，运输的动力来自于蒸腾拉力。
通过2次分组和1次演示实验，学生能构建“根吸收的水和无机盐是通过木质部的导管运输的”这一次位概念。结合“炫彩鲜花”观察活动和前期所学，学生能归纳总结“植物体通过导管联系在一起”的次位概念。为帮助学习构建“植物是一个整体”的概念作好铺垫。
4.3 分析枝瘤现象，探析有机物的运输途径 继续提问：叶光合作用产生的淀粉通过什么结构运输？学生可结合茎的结构进行猜测。
教师进一步介绍科学家环剥树皮实验，并展示枝瘤实物或图片，要求学生基于实证进行分析。学生根据切口上方出现膨大的现象推理得出“树皮能自上而下运输有机物”。
教师展示树皮中筛管的图片，并指出筛管的主要特点：组成筛管的细胞是活细胞，这些细胞首尾相连，细胞与细胞之间有很多孔，称为筛孔。进而精准地构建“叶片合成的有机物是通过韧皮部中的筛管运输的”这一次位概念。
4.4 巧用拓展环节，建立概念系统 增加拓展环节，展示红薯、马铃薯等植物的营养器官，请学生辨认它们属于植物的何种器官，并追问其所储存的有机物从何而来？学生能表述这些营养主要是通过叶制造，再通过植物体内的筛管运输到茎、根等器官存储。此项活动既强化了学生对“植物体内的输导组织彼此连接和贯通”的理解，又是学生对刚才所学知识的一次运用。最后，借助板书进行可视化的归纳概括，帮助学生进一步构建“植物是一个整体”的概念（图5）。
新课结束后，开展“炫彩鲜花表感恩”活动，请学生将制作的炫彩鲜花送给想要感谢的人，既合理处置了实验材料，又渗透了情感教育。
本次课堂教学实践，是通过实验教学促进概念系统构建的一次有意义的探索。
5.1 充分运用实验教学实现概念的系统化构建，发展学生的科学思维 炫彩鲜花制作活动，既锻炼了学生的动手能力，又提供了教学素材。3次观察实验，很好地引导学生在观察中归纳、从现象中推理和比较，逐步构建“茎由树皮、木质部和髓等结构组成”“木质部中的导管运输水和无机盐”等次位概念。学生运用相似的学习方法，借助“枝瘤”现象的实例，迁移推理出“树皮的韧皮部中的筛管运输有机物”的次位概念。最后，运用拓展环节和板书，促进学生构建“输导组织遍布植物体”“植物体是一个整体”的概念系统。
这样的教学方式，有利于学生在实验中充分感知事实，自主思考体悟，并进行深度交流分析，得出结论，构建概念，最终实现融通；
也有利于学生基于实证进行系列思维活动，从而促进科学思维的发展。
5.2 在实验教学过程中渗透美育，充分发挥学科育人功能 本节课包含了前置活动和后续活动。通过前置活动制作出的炫彩鲜花非常漂亮，让学生在生物学学习过程充分感受学科之美；
在后续“炫彩鲜花表感恩”活动中，学生将鲜花赠与家人、教师和学生，还有学生在妇女节，运用所学再次制作炫彩花感谢母亲和教师，达到了润物无声渗透感恩教育的效果。
5.3 现代信息技术的合理运用，确保实验教学效果 本次实验教学过程中，演示实验运用了平板电脑的无线投屏技术，可很好地帮助全体学生观察实验过程；
数码体视显微镜的运用，帮助学生更清晰地观察到植物茎的组成结构。切实实现了信息技术与实验教学的深度融合。
