李佩宁

植物朝着有阳光的方向生长，看起来是一个很简单的事实，但其所蕴含的科学道理却不能用一句简单的“植物就是要向着有阳光的方向生长”向学生解释。因为这样做会使学生仅仅死记硬背了这个事实，却错失了理解更重要的科学规律：科学是通过观察事实，从事实中抽象出规律，再回到事实中进行证明的过程。

一、课程重点

本节课旨在让学生自己设计实验方案、设置对照组、记录实验数据并尝试证明植物具有趋光性这一现象，体会如何完成一个科学实验，并对为何植物具有趋光性做出猜想和推断。通过本节课，学生不但可以学习到植物的向性运动，更重要的是建立科学实验的思维和批判性思维，从而在今后面临复杂的现实问题时，能够抓住问题的关键点，提出解决方案并迅速整理思路和做法，提高解决实际问题的能力。

【涉及领域】生物、科学、工程

【建议年级】小学中年级

【建议时间】110分钟（除植物生长时间）

【材料】纸板、剪刀、种子（萝卜、黄豆或小麦种子）、鞋盒、胶带、花盆和土壤（或者培养皿和棉花）、光源（LED台灯）

二、课程任务

将学生们分为几个小组，让学生尝试设计一组能够证明植物趋光性的实验。本节课中，学生应当运用严谨的科学实验流程设计实验，尝试从多种影响因素里面分离出需要研究的因素——光照，通过合理的实验设计过程、设立对照组等手段，来更好地证明植物具有趋光性。

三、课程步骤

1.导入（10分钟）

教师可以给学生播放一段影片，或者预先制作一个植物暗盒（见图1）。

如图1所示，暗盒里的植物生长过一段时间以后，會明显地向着光源的方向弯曲。教师请学生进行观察，并用以下问题进行引导式提问。

（1）猜测一下为什么盒子里的植物会向着有光的方向生长？

（2）是否因为其他因素，造成了盒子里的植物向着一个方向生长，而非光照？

（3）如果将盒子换一个方向进行摆放，实验结果是否会不一样？

（4）如果驱光生长的假设是正确的，那么怎么解释一些植物（如爬山虎）沿着墙壁生长的特性？

（5）如何解释室外的植物向上生长的特性？

（6）总结一下，植物都有哪些生长的特性？

（7）为什么植物体现出了以上特性？

2.宣布任务及评价量规（5分钟）

【宣布任务】小组合作，设计实验证明植物具有趋光性。宣布任务后，呈现评价量规（见表1）。

3.提出假设（10分钟）

教师整理前面学生对问题的解答，并组织各小组讨论：植物体现出了哪几种特性？为什么体现出了这几种特性？教师可以将提出的所有猜想记录在黑板上。影响因素包括但不限于光、重力、新鲜空气、触摸、湿度大的空气、温度、风、声音、震动、颜色、细菌、气压、土壤，等等。

经过小组的讨论，教师应当再次宣布本课程的主要任务是验证一个假设：植物会向着有光的方向生长，而不是受到其他因素的影响。教师要告知学生：在考虑如何设计实验方案的时候，应当首先考虑怎样证明植物朝某个方向生长，并且只是受到了光而不是其他因素的影响。

4.“对照组”和“实验组”解惑（10分钟）

教师向学生出示一组双胞胎图片（见图2），对学生进行提问：她们生下来的时候长相相同，是什么原因造成了她们现在有这么大的差异？

学生会做出各种各样的预测。各种预测都是有可能性的，教师可以告知学生：左边的是一位“老烟民”，右边这位不吸烟，吸烟这个因素，造成了最大的差异。请学生思考：怎么能够证明是因为吸烟这个因素造成了双胞胎的差异？在人身上做实验比较困难，时间会很漫长，可以用植物实验来进行进一步的思考。

比如，教师出示图3所示的植物图片，请学生猜测为什么这盆植物枯萎了。学生会做出各种各样的猜测，教师需要引导学生结合双胞胎的案例进行思考。有的学生会提出，在没有得到进一步信息之前，可能性有很多。

教师接下来展示下一张图片：两盆植物放在同样的位置上，唯一的不同是一盆没有浇水（见图4）。向学生提问：为什么右边的植物枯萎了？进一步追问：为什么不是因为其他的因素造成了植物的枯萎？

学生们会很快理解到，在一个实验中，如果要判断一个因素起到了决定性的作用，最好的办法就是在其他条件都没有改变的情况下，仅仅改变需要观测的那个因素。用做参考的那一组就叫做“对照组”，参加实验的那一组叫做“实验组”。

5.思考实验（10分钟）

教师向学生提问：在上面列举出的诸多影响因素里面，怎样设计不同的实验方案来进行判断？

水：一盆不浇水，一盆放在附近正常生长；

风：一盆放在电风扇旁边不断地吹，另一盆正常；

温度：一盆使用电暖气进行不间断加温，另一盆正常；

……

请学生们提出实验方案，由教师进行补充，或是教师提出实验方案，由学生进行评估，并预测会有什么现象发生。

6.设计实验方案（25分钟）

科学的实验方案应当遵循一定的流程。在一个设计良好的实验中，所有会影响到实验结果的因素都应该保持相同，而只变化需要验证假设中的那个因素。一种很好的办法是设置对照组。这样如果实验组和对照组实验的现象产生了差异，那么就可以归结为两组实验中发生改变的那个因素产生了影响。

将学生们分组，各小组仔细考虑如何设计实验过程才能够分离“光照”这一因素，证明或者证伪这一假设。各小组应当进行讨论，然后画出设计图纸，交给教师进行检查。种子的发芽和生长一般需要几周的时间，可以请学生们查询种子的发芽和生长时间，然后安排好每天浇水和观察的时间，并设计好实验报告（见表2）。

除了书面的实验记录，如果有条件，还可以安排学生对实验箱进行照相记录，最后可以附在实验总结报告中。

7.分析数据（15分钟）

实验数据包括观察数据和测量数据。在实验告一段落时，应该对实验数据进行分析，看一看数据有什么规律，或者整理成为图表，这样常常可以更清晰地表现数据的规律。

在所有的数据收集完成以后，教师可用以下问题来引导学生进行深入思考。

（1）你收集的数据有什么规律？

（2）实验组和对照组的因素有什么异同？这样的异同是怎样反映在实验数据当中的？

（3）实验的结果能不能证明预先提出的假设？

（4）是否避免了其他所有因素的影响，而单单证明了光照对植物的影响？

（5）如果实验数据不能够支持假设，那么实验还存在哪些缺陷？如何改进？

通常，学生们会清楚地发现，对照组的设立会有效地排除其他影响因素，而清晰地体现出植物的趋光性。如果实验没有成功，教师要帮助学生分析是哪一个步骤出现了问题，并引导学生寻求改进的方法以修正这些问题。而对于植物为什么具有趋光性，教师也应当要求各小组提出假设，并设想实验方案来验证假设。

数据分析完成以后，给各小组一段时间将实验的整个过程和数据分析整理为实验报告，用于展示和存档。

8.总结和展示（25分钟）

教师应给每个小组至少五分钟的时间，让其在讲台上进行展示。展示内容应当包括实验设计思路、分工情况、整个实验过程和展示实验记录，以及最后的实验数据分析。教师和其他学生可以向台上展示的学生提出问题和建议，台上的学生应当对问题进行解答和分析。

（责任编辑 张慧籽）endprint