实验设计中的重复落实

【摘要】有一句话是这么说的，“广告只有重复七次以上，才能够在人们的脑中留下印象。”而实验设计也一直是高中教学的难点，考试的重点。为了让学生更好的掌握实验设计的关键步骤及原则，特借助必修3第一章第一节“生长素的发现史”的教学，设计实验探究玉米胚芽鞘向光性原理，步步实验，步步为营，重复的流程中，又凸显不同，以达到教学目的。

【关键词】重复落实探究实验向光生长玉米胚芽鞘

植物的生命活动受到多种因素的调节，这些因素中最重要的是植物激素的化学调节。在高中生物必修3第一章第一节中，科学家对于植物向光性的研究，历时54年，由几代科学家通过一系列实验完成，最终发现生长素。这些实验集中了科学研究的一般方法，也体现了科学家发现问题、解决问题的清晰思路，是高中生物教学中科学实验探究方面的良好材料。本文将通过培养玉米种子，获得玉米胚芽鞘，并探究玉米胚芽鞘向光生长的原理，让学生追寻先辈的脚步，感受科学发现的艰辛，并培养学生树立正确的科学实验观。

在实验前，我们对生长素发现中做出卓越贡献的科学家及其实验，做了简单的罗列。

1880年，达尔文父子（英国）实验；

1913年，波森和詹森（丹麦）实验；

1926年，温特实验（荷兰）

1934年，郭葛（荷兰）最终发现生长素的化学本质――吲哚乙酸。

前后历时54年，终于发现生长素。而为了让学生感受发现历程，并从中学到科学的实验观，我们准备了玉米种子作为材料，让学生从培养玉米种子至长出胚芽鞘，然后利用玉米胚芽鞘作为实验材料，探究其向光生长的原理。

一、培养玉米种子：

将沙子铺满托盘，然后将玉米种子置于沙子上，加以适量清水，放于恒温箱中，培养一周时间， 解剖胚芽鞘。

学生查询有关胚芽鞘知识：胚芽鞘是单子叶植物特别是禾本科植物胚芽外的锥形鞘状结构。在种子萌发时，胚芽鞘首先穿出地面，保护着胚芽出土时不受到损伤，随后为胚芽所突破。与实验中的情况一致。

二、探究胚芽鞘向光生长的原理：

由于问题比较复杂，建议学生对问题进行分拆。首先，可将这一实际情况拆分成外因和内因两个方面，分别设计实验进行探究；再将内因拆分成两个方面，先探究生长的原理，再探究向光生长的原理。由此，此探究性问题可以拆分成三步解决。

（一）、探究玉米胚芽鞘向光生长的外因。

提出问题：

如何设计实验证明单侧光是引起玉米胚芽鞘弯向光源生长的外界刺激因素？

作出假设：

引起玉米胚芽鞘弯向光源生长的外界因素是单侧光。

实验材料：

玉米胚芽鞘、烧杯、泥土、纸盒、台灯等。

实验过程及结果：（见右图）

得出结论：胚芽鞘弯向光源生长的外因是单侧光。

（二）、探究玉米胚芽鞘生长的原理：

此时，在继续分析内因的时候，需要让学生发散思维，提出各种可能性，并利用这些问题，设计实验，一步步探究出生长的原理。经学生讨论，主要是如下三个问题，我们分别提供相应材料，由学生自己设计实验进行探究。

提出问题1：玉米胚芽鞘的生长是否与尖端有关？

作出假设：胚芽鞘的生长与尖端有关。

材料器具：带胚芽鞘的玉米幼苗，光源，刀片等。

实验过程及结果：（如右图）

实验结论1：胚芽鞘的生长与尖端有关。

提出问题2：胚芽鞘生长的部位在尖端还是尖端下部？

作出假设：胚芽鞘生长的部位在尖端。

材料器具：带胚芽鞘的玉米幼苗，印记针，测距尺等。

实验过程及结果：

1、取材。

2、用印记针在距离顶端2，15，25毫米处分别标记为a,b,c三点。

3、自实验开始一段时间后分别测量，记录各点到顶端的距离。

4、最终测量之后，发现a点到顶端距离未变，而b点到顶端距离变大。

实验结论2：胚芽鞘生长的部位在尖端。

提出问题3：是否胚芽鞘尖端产生某种物质向下运输，促进尖端下部生长？

作出假设：胚芽鞘尖端会产生某种物质，向下运输，促进尖端下部生长。

材料器具：带胚芽鞘的玉米幼苗，光源，琼脂块，刀片等。

实验过程及结果：（如右图）

实验结论3：尖端确实能产生某种物质，运送到尖端下部，促进尖端下部生长。

由此实验结论1，2，3.在加上资料查阅，1934年，郭葛确定此物质的化学本质为生长素，由此，我们可以得出胚芽鞘尖端生长的原理：

尖端产生生长素，运送到尖端下部起作用，促进胚芽鞘的生长。

（三）、探究玉米胚芽鞘向光生长的原理

那么，是什么原因导致玉米胚芽鞘在受到单侧光的照射时，会出现向光生长的现象呢？科学家在思考这个问题的时候，解剖了发生向光生长的胚芽鞘，结果发现其尖端下部，背光一侧，细胞生长速度快，向光一侧细胞生长速度慢。引导学生推论，是不是因为，背光侧的生长素多，才生长快？

提出问题4：可能是因为背光侧生长素多，生长快？

作出假设：因为背光侧生长素多，所以生长快。

设计实验证明：（温特实验重现，见教材图）

得出结论1：玉米胚芽鞘向光生长确是因为背光侧生长素多，生长快，向光侧生长素少，生长慢。

那么，之前我们已经得出，单侧光是其向光生长的外因，那必然是单侧光引起的生长素分布不均匀。如此，我们可以推测出，玉米胚芽鞘必然有一部分结构能够感受到单侧光刺激，那么这部分结构是尖端？还是尖端下部？

提出问题5：能够感受到单侧光刺激的是尖端，还是尖端下部？

做出假设：能够感受单侧光刺激的是尖端下部。

材料器具：带胚芽鞘的玉米幼苗，纸盒，光源，锡箔，透明帽

实验过程及结果：（如右图）

得出结论5：能感受单侧光刺激的是尖端。

植物在单侧光照射下弯向光源生长。这个现象被解释为“光线能够使生长素在背光一侧比向光一侧分布多。”

提出问题6：为什么生长素在背光一侧比向光一侧分布多？是因为向光侧的生长素在光的影响下被分解了，还是向光侧的生长素向背光侧转移了。

作出假设：是因为向光侧生长素向背光侧转移了。

实验过程及结果：

得出结论6：光不会影响生长素分解及其向下运输，在单侧光照射下，向光侧生长素向背光侧转移。

总结：由结论4、5、6，我们可以得出玉米胚芽鞘向光生长的原理：

尖端产生生长素，由于单侧光的刺激，向光侧生长素向背光侧移动，从而导致尖端下部背光侧生长素多，生长快，向光侧生长素少，生长慢，从而弯向光源生长。

从整个探究玉米胚芽鞘向光生长的过程中，我们不断的强调科学的试验方法应该包含的四个基本步骤，提出问题，作出假设，设计实验，得出结论。并在不断的重复中，让学生领会到，假设应当如何书写，实验设计过程应当注意什么问题，结果和结论是不一样的。其实，在生物教学中，我们往往容易迷失在一些题目当中，而忽视事物的本质及通性，这点在实验设计别明显。如果我们能够抓住本质，重复落实，我想，这完全可以算是有效性教学。