刘本举 （首都师范大学附属中学 北京 100048）

按照现代认知心理学的知识分类系统，知识可分为陈述性知识和程序性知识两大类。陈述性知识要求的心理过程主要是记忆，但其获得过程要求新知识必须与原有知识形成联系。所以，单纯的机械记忆是难以达成教学目标的。要做到新知识与原有知识形成联系，就需要借助于原有知识的迁移，通过个体思考获取新知识。因此，在《普通高中生物学课程标准（2017年版）》所规定的内容中，陈述性知识的教学思路可借助于“资料型探究”活动进行设计，有助于帮助学生构建新知识，提升学科核心素养。

“资料型探究活动”的教学设计，需要教师按照课程标准的要求，结合教材内容查找相关资源，从知识的来源组织资料，整合为适合学生探究的小课题，以探究性思考题为主线，引导学生进行基于资料的探究性学习活动。通过思考、分析、论证获取新知识，才能建立与原有知识的联系。本文以“其他植物激素”一节为例，探讨基于“资料型探究活动”的教学实施策略。

1 教材分析及设计思路

“其他植物激素”是高中生物学选择性必修1第5 章第2 节，主要内容为其他激素的种类和作用、植物激素间的相互作用，主要是陈述性知识。本节课是“植物生长素”一节内容的重要补充及延伸，具备其固有的教育价值，对于学生从宏观上掌握植物的激素调节网络具有不可替代的作用。能让学生从整体上认识到各种激素并非孤立地起作用，而是多种激素共同调控植物的生长发育和对环境的适应；并且挖掘其中蕴含的教育素材，设计为学生的探究性学习活动，可从论证、推理等方面培养学生的科学思维与科学探究能力，在培养学生学科核心素养上起到很好的作用。

教材以平铺直叙的方式，介绍了赤霉素的发现过程；简单介绍了细胞分裂素、脱落酸、乙烯等植物激素的产生部位及主要功能；举例说明了各种激素的相互作用关系。如果按照教材内容平铺直叙地讲解，整个教学过程就呈直线状，直白而简单，学生被动接受、机械记忆知识。没有科学思维的训练，科学探究能力的提升也无从谈起。植物激素的发现和研究历程都蕴含了科学家的智慧和科学方法，好的教学设计能使学生沿着科学家探索生命世界的道路，理解科学的本质和科学研究的思路和方法，对于提高学生的生物学学科核心素养很有意义。本节课以“基于资料的探究性学习”为主线，重组资料，设计探究性学习活动，让学生通过探究获取知识。

2 教学过程

2.1 赤霉素

2.1.1 赤霉素的发现 将相关科学史转化为学生探究性学习的小课题，让学生在“读（获取信息）→想（利用原有知识进行思考与分析）→说（解决问题的办法）”的过程中学习相关知识。

资料1：1926年，科学家观察到，当水稻感染了赤霉菌后会疯长（恶苗病），极大降低结实率。研究者将赤霉菌培养基的滤液喷施到水稻幼苗上，也出现了恶苗病症状。

从这份资料中你能得出什么结论？引导学生思考并总结：导致水稻患恶苗病的不是赤霉菌菌体，而是赤霉菌产生的某种化学物质。

资料2：20世纪50年代，科学家从赤霉菌培养液中分离和鉴定了可导致恶苗病的3 种不同的赤霉素，分别命名为赤霉素A1（GA1）、A2（GA2）、A3（GA3）。

果然，植物体内含有这种可导致恶苗病的化学物质。但是，到此为止，还不能确定赤霉素是植物激素，因为只是从赤霉菌培养基中获得了这种物质，还没有从植物体内发现过。植物体内是否有这种物质？

资料3：20世纪50年代，科学家发现：外源GA可使矮生型玉米（一种突变体）显著长高，达到正常（野生型）玉米的高度，但不能使正常玉米明显增高（图1）。

图1 赤霉素处理矮生型玉米可使其达到正常高度

对此现象有2 种解释（学生自行阅读），你认同哪一种？请说出你的理由。

①矮生型和野生型玉米体内均可产生内源性GA，但矮生型缺乏GA 的受体；②矮生型玉米体内产生的内源性GA 较少，外源GA 补充了内源性的不足。

教师提问后引导学生分析：激素必须与其特异性受体结合才能发挥作用。若该矮生型玉米缺乏GA 受体，则添加外源GA 是不能发挥作用的。因此，第1 种解释是不对的。如果矮生型玉米内源性GA 产生过少而导致植株矮小，添加足量的外源GA 即可生长至正常高度。如何解释野生型对外源GA 不敏感？是因为其自身产生的内源性GA 已足够多的缘故（注意：GA 在促进生长方面没有两重性，浓度高也不会造成抑制，这点与IAA 不同）。可见，第2 种解释更为合理。能合理解释实验现象是否一定正确？不一定，因为这仅是一种科学推理。植物体内是否能产生内源性赤霉素？

资料4：1958年，人们从红花菜豆未成熟的种子中提纯了赤霉素GA1。后来又陆续发现了植物体内有多种GA。

至此，已确认植物体内可合成GA，并且不止一种，赤霉素属于植物激素。

上述资料已充分表明，GA 能促进植物茎伸长。有关资料表明其还可促进种子、块茎等休眠体的萌发。

解释休眠体：植物的种子、块茎形成之后不能立即萌发，被称为休眠体，其实属于植物的一种适应性，有利于植物顺利度过寒冷的冬天。春天来了，万物复苏，种子等休眠体开始萌发，这是否是GA 在发挥作用？

2.1.2 赤霉素可促进种子的萌发 让学生通过“资料阅读→获取信息→实验分析→信息关联→综合推断”，解释GA 是如何促进种子萌发的。

资料5：种子中的GA 主要来自胚，GA 可促进种子的萌发。种子中胚的萌动需要胚乳提供营养物质，小麦种子的胚乳中储存大量淀粉，为胚的生长发育提供充足的能源物质。某生物学兴趣小组为了探究GA 促进种子萌发的原理，用去胚小麦种子（保留完整胚乳）进行了如下实验：将若干小麦种子均去掉胚（仅去掉胚，保留完整的胚乳部分），随机均分为甲、乙2 组；甲组用清水、乙组用一定浓度的赤霉素溶液浸泡，30℃培养48 h；将甲、乙2 组种子均切为两半，分别放入2 个加入淀粉的琼脂平板内（切面接触平板）；6 h 后用I2-KI 溶液冲洗平板，结果如图2。

图2 去胚小麦种子实验

提出问题：请根据资料解释实验现象，并尝试推测GA 促进种子萌发的原理（提示：你需要从资料中获取有效信息，并利用学过的知识进行推理，关联相关信息，解释GA 是如何促进种子萌发的）。

分析总结：透明圈的出现是因为淀粉被水解，常温、常压下淀粉的水解需要借助于淀粉酶。实验组产生了淀粉酶而对照组没有，说明GA 可诱导胚乳产生淀粉酶。再结合资料可知，种子萌发过程中，胚可产生GA，而GA 可诱导胚乳产生淀粉酶，促进淀粉水解，为胚的萌发提供充足的能源物质，从而促进种子的萌发。

总结GA 的发现、生理功能等知识，并布置任务。还有其他几种植物激素：细胞分裂素、脱落酸、乙烯等，学生可阅读教材第97 页，以表格形式总结归纳其产生部位、生理作用等，在此不再赘述。

2.2 植物激素间的相互作用

2.2.1 生长素与赤霉素的相互作用

资料6：①生长素（IAA）与受体结合才能发挥其作用。ABP1是生长素的受体蛋白，在生长素足量的情况下，ABP1的过量表达，可使生长素的作用增强。在ABP1过量表达的烟草叶片中，处于G2 期的细胞核比率是野生型的2 倍。在实验条件下，离体的植物细胞在只有生长素（IAA），没有细胞分裂素（CTK）的条件下，会形成大量多核细胞。在存在细胞分裂素的条件下，生长素才能促进细胞分裂。②生长素可使植物形成顶端优势现象，若施加细胞分裂素，则可促进侧芽发育，形成侧枝，打破顶端优势。

问题1：请根据上述资料①推断IAA 和CTK在促进细胞分裂方面有何不同？IAA 和CTK 二者之间有什么关系？

问题2：资料②的实验现象说明生长素和细胞分裂素在影响植物顶端优势方面具有什么关系？能得出什么结论？

分析总结：根据资料①，生长素主要促进细胞核分裂，细胞分裂素能促进细胞质分裂，只有二者共同作用才能更好地促进细胞分裂，二者为协同关系。资料②说明在影响植物顶端优势方面，生长素和细胞分裂素具有拮抗关系。2 份资料联合说明2 种激素在调节不同的生理过程时，二者之间的关系并非固定不变，有时协同，有时拮抗。

2.2.2 赤霉素和脱落酸的相互作用

资料7：①赤霉素可促进种子、块茎等休眠体的萌发。②所谓胎萌现象，是指种子在未脱离母体植株前就开始萌发的现象。脱落酸（ABA）合成缺陷型突变体的胎萌现象可用外源ABA 处理加以抑制。

引导学生分析：根据资料可知，GA 可打破休眠，ABA 可促进并保持休眠，二者作用效果相反，为拮抗作用。通过资料推测，种子的休眠与萌发受GA 和ABA 共同调节，二者在调节种子萌发时有什么特点？请学生阅读下列资料，解决问题。

资料8（学生阅读）：拟南芥GA 缺陷型突变体的种子GA 含量极低，在缺乏外源GA 的培养基上是不能发芽的。将这些种子进行诱变处理，筛选能发芽的突变株。发现能发芽的植株不是能合成GA 的回复突变株，而是ABA 缺陷型突变体。检测发现这种双突变株种子内的ABA/GA 的比例与野生型种子相同，而2种激素的绝对水平都比野生型更低。

问题：请阅读资料8，分析ABA 和GA,调节休眠体萌发时有何特点？

分析总结：种子的休眠与萌发并非取决于2种激素的绝对量，而是由二者比例决定，ABA/GA比值较高促进休眠，反之促进萌发。还有很多类似现象，例如，脱落酸/赤霉素的比值较高有利于黄瓜形成雌花，反之，有利于形成雄花；在植物组织培养过程中，培养基中生长素/细胞分裂素的比值较高有利于根的分化，反之，有利于芽的分化。这些事实表明，植物的生命活动往往是多种激素共同调节的，并非一种激素的单独作用。

2.3 激素间相互作用的原理

2.3.1 生长素和乙烯的相互作用原理

资料9：生长素水平较高时可促进ACC（乙烯的前体物质）合成酶的活性，促进ACC 合成进而促进乙烯的生成。实验表明，外源施加IAA 可导致多个ACC 合成酶基因的转录水平提高，乙烯产量升高。若施加蛋白质合成抑制剂，则可阻断IAA 诱导的乙烯合成。乙烯可促进细胞横向扩张、抑制生长素合成。

问题：请根据资料，解释生长素水平过高可抑制茎伸长的原理。

引导学生分析：①低水平的生长素可促进细胞纵向伸长；②其水平过高时，诱导ACC 合成酶基因的转录水平提高，促进了ACC 的合成，进而促进了乙烯的合成；③乙烯水平的提高促进了细胞横向扩张，抑制细胞的纵向伸长。故高浓度IAA 可抑制茎的伸长。蛋白质合成抑制剂实验进一步验证了这个过程，说明IAA 并非直接促进乙烯的生成，而是通过促进和乙烯形成有关的某种蛋白质间接促进乙烯的生成。

2.3.2 生长素和赤霉素相互作用的原理

资料10：将豌豆分为3 组：分别保留顶芽、切去顶芽、切去顶芽并添加生长素。一段时间后检测植株中赤霉素的含量，结果如图3。

图3 生长素对豌豆幼苗赤霉素水平的影响

引导学生分析：顶芽是产生生长素的主要部位。去掉顶芽的豌豆赤霉素水平极低，不去顶芽的和去掉顶芽又添加生长素的组赤霉素水平均明显升高，得出结论：生长素可促进赤霉素水平的升高。

资料11：图4表示赤霉素对生长素水平的影响图解。

图4 赤霉素对生长素水平的影响图

根据图4分析：赤霉素可通过促进色氨酸转化为生长素、抑制生长素的分解（即增加来源、减少去路）以提高生长素的水平。即赤霉素也可促进生长素水平的提高。豌豆体内的IAA 和GA 相互促进，二者表现为协同作用。

根据上述资料及结论，回答问题：表1是科研工作者研究棉花幼苗顶端优势时发现不同植物激素对侧芽生长的影响。请分析乙组和丙组出现了相反结果的原因（由学生讨论解决）。

表1 不同植物激素对棉花幼苗侧芽生长的影响

总结：根据资料得知，GA 可促进IAA 水平的提高，对IAA 具有增效作用。乙组没有去掉顶芽，直接施加GA，促进了IAA 水平的进一步提升，所以，顶端优势更加显著。丙组去掉顶芽，失去了IAA 的主要来源，在切口处施加GA，GA 直接发挥作用，导致侧芽迅速生长。

2.4 植物激素在不同发育阶段表现为不同水平的调节 首先，引导学生分析草莓果实发育过程中乙烯含量的动态变化图，让学生明白植物激素在不同发育阶段是动态变化的；在此基础上，再让学生分析猕猴桃果实发育和成熟过程中激素的动态变化，并进行激素动态变化和果实发育的相关性分析。

图5为草莓果实发育过程中乙烯含量的动态变化。利用已学知识，分析乙烯动态变化与草莓果实发育过程的相关性。

图5 草莓果实发育过程中乙烯的动态变化[4]

引导学生分析：草莓乙烯水平升高可促进开花，授粉后乙烯保持高水平可促进花瓣脱落，果实逐渐膨大。之后，乙烯一直保持低水平，果实在其他激素作用下迅速发育。果实成熟期乙烯水平再次提升，促进果实成熟，果实成熟时乙烯水平达到最高。

图6为猕猴桃果实发育和成熟过程中激素的动态变化。

图6 猕猴桃果实发育过程中多种激素的动态变化[4]

提出问题：图6为猕猴桃果实发育和成熟过程中生长素、细胞分裂素、赤霉素和脱落酸的动态变化，请根据所学知识描述各种激素变化过程和猕猴桃果实发育成熟过程的相关性？（由学生讨论解决）

分析归纳：开花后30 d 内生长素和细胞分裂素水平较高，可较好地促进果实生长膨大，后期处于低水平有利于果实的成熟；赤霉素在生长素和细胞分裂素高峰之后促进果实发育；脱落酸在开花初始阶段水平较高，有利于花瓣脱落，后期升高有利于果实的衰老和成熟后的脱落。不仅各种激素都是动态变化的，而且不同激素的调节还出现了一定的顺序性。正是各种激素的动态变化、顺序出现，在不同的阶段发挥调节作用，才促进了植物体的正常生长发育、花开花落、迭代更替，让神奇的大自然鸟语花香、生机盎然。

2.5 对“资料型探究活动”的思考 陈述性知识的教学设计常简单化和直白化，导致在核心素养的培养方面有所欠缺，怎样才能使新知识与原有知识形成联系？怎样才能顺利构建新知识并促成知识迁移？这是值得思考的问题。基于“资料型探究活动”的教学过程，不仅摒弃了以机械记忆为主的接受式学习，使知识学习与能力培养无缝衔接，并创设了良好的思考与探究氛围，对于好奇心较强的中学生来说，非智力因素的提升也是必然的。

本节课充分挖掘和筛选激素发现和研究过程的科学史料，加工重组为适合学生阅读思考的小课题，创设科学探究的氛围，利用问题引导学生通过思考解决问题。教学设计尽力引导学生主动思考，摒弃以往教学仅注重知识传授的接受式学习，避免机械记忆，倡导探究学习。在此过程中，激发了学生的学习兴趣和学习积极性，在思考和探究的过程中培养了学生的科学思维和科学探究能力，在非智力因素的养成和智力发展方面均起到了良好的教学效果。