植物生长素专题教学教案与活动设计

植物生长素专题教学教案与活动设计一、引言植物生长素作为植物激素调节中的核心内容，不仅揭示了植物生命活动调节的奥秘，也为理解生命的整体性和适应性提供了重要视角。本教案旨在通过系统的理论讲解与精心设计的探究活动，引导学生深入理解生长素的发现历程、产生运输、生理作用及其在生产实践中的应用，培养学生的科学探究能力、逻辑思维能力和知识迁移能力。二、教学理念与目标（一）教学理念以学生为主体，教师为主导，采用“问题驱动-探究发现-合作交流-应用拓展”的教学模式，注重科学史教育与实验探究相结合，引导学生在主动参与中构建生物学核心概念，发展科学素养。（二）教学目标1.知识与技能：*简述植物生长素的发现过程，体验科学家探索的艰辛与智慧。*说明生长素的产生部位、运输方式（极性运输）和分布特点。*阐述生长素的生理作用及其两重性特点。*举例说明生长素类似物在农业生产实践中的应用。*初步学会设计和实施与生长素相关的简单实验（如生长素类似物促进插条生根的最适浓度探究）。2.过程与方法：*通过分析经典实验，学习科学探究的基本方法（提出问题、作出假设、设计实验、分析结果、得出结论）。*通过小组合作进行实验设计与讨论，提升合作探究能力和表达交流能力。*通过联系生产生活实际，培养运用所学知识解决实际问题的能力。3.情感态度与价值观：*通过生长素的发现史学习，认同科学研究的严谨性、曲折性和继承性，激发科学探究的兴趣。*认识植物激素对植物生命活动的重要调节作用，理解生命活动的整体性和复杂性。*关注生长素类似物在农业生产中的应用，辩证看待科技进步对人类生活的影响。三、教学重点与难点（一）教学重点1.生长素的发现历程及其体现的科学思想方法。2.生长素的生理作用及其两重性。3.生长素在农业生产中的应用。（二）教学难点1.生长素发现实验（如达尔文实验、温特实验）的设计思路和结论推导。2.生长素的极性运输机制。3.生长素生理作用的两重性（低浓度促进、高浓度抑制）及其实例分析（如顶端优势、根的向地性与茎的背地性）。四、教学对象高中生物学学生（通常为高二或高三年级）五、课时安排建议3课时（理论课2课时，实验/活动课1课时）六、教学准备（一）教师准备1.多媒体课件：包含生长素发现历程的经典实验图片、动画，生长素运输示意图，生理作用图解，相关实例视频（如顶端优势、向地性生长）等。2.实验材料与用具（活动课）：*生长素发现模拟实验：玉米胚芽鞘（或小麦、燕麦）若干、不透光锡箔纸、琼脂块、刀片、光源等。*生长素类似物促进插条生根实验：不同浓度的萘乙酸（NAA）或吲哚丁酸（IBA）溶液（低、中、高浓度梯度）、一年生杨树枝条（或月季、柳树枝条）若干、烧杯、培养皿、清水、标签、直尺等。3.学案：包含预习提纲、课堂思考讨论题、实验指导、巩固练习题等。4.板书设计：规划好主要知识点的呈现方式。（二）学生准备1.预习教材中关于植物生长素的内容，完成学案中的预习提纲。2.搜集生长素类似物在农业生产中应用的实例（可选）。七、教学过程设计第一课时：生长素的发现与运输（一）导入新课（约5分钟）*情境设问：展示向着窗外生长的盆栽植物（或图片/视频），提问：“同学们，大家观察到了什么现象？植物为什么会表现出向光性生长呢？”引导学生思考植物的这种“定向运动”是如何调节的，从而引出“植物激素”的概念，并聚焦本节课的主题——生长素。（二）新课讲授：生长素的发现历程（约25分钟）*达尔文的实验（19世纪末）：*呈现实验：利用多媒体展示达尔文父子关于燕麦胚芽鞘向光性的四组对照实验：1.完整胚芽鞘，单侧光照射→向光弯曲生长。2.去除尖端胚芽鞘，单侧光照射→不生长，不弯曲。3.用锡箔纸罩住尖端，单侧光照射→直立生长。4.用锡箔纸罩住尖端下部，单侧光照射→向光弯曲生长。*问题串引导：*实验1和2对比，说明了什么？（胚芽鞘的生长和弯曲与尖端有关）*实验3和4对比，说明了什么？（感受单侧光刺激的部位是尖端，而弯曲生长的部位是尖端下部）*得出结论：达尔文推测，胚芽鞘尖端受单侧光刺激后，会产生某种“影响”，并传递到下部，造成背光面比向光面生长快，因而出现向光弯曲。*教师点拨：强调实验设计的对照原则和单一变量原则。*詹森的实验（1910年）与拜尔的实验（1914年）：*简述实验：詹森证明“影响”可以透过琼脂块传递给下部；拜尔证明“影响”在尖端下部的分布不均匀导致了弯曲生长（黑暗中，将尖端切下，分别放在去顶胚芽鞘的一侧，均弯向对侧生长）。*引导分析：这些实验进一步支持了达尔文的推测，并暗示这种“影响”可能是一种化学物质，且其分布与生长弯曲有关。*温特的实验（1928年）：*重点剖析：展示温特实验的关键步骤：1.把与胚芽鞘尖端接触过的琼脂块放在去顶胚芽鞘的一侧→胚芽鞘向对侧弯曲生长。2.把未与胚芽鞘尖端接触过的空白琼脂块放在去顶胚芽鞘的一侧→胚芽鞘不弯曲，不生长。*问题讨论：该实验是如何排除琼脂块本身对实验结果影响的？（设置空白对照）*得出结论：温特正式将这种化学物质命名为“生长素”，并确认它是由尖端产生的，能促进生长。*后续发展：简要介绍1934年科学家从人尿中分离出吲哚乙酸（IAA），以及后来发现植物体自身能合成IAA等生长素类物质。*科学史总结与升华：*师生共同梳理：生长素的发现是多位科学家历经半个多世纪的探索，不断继承、修正和发展的结果。*情感教育：强调科学研究需要严谨的态度、创新的思维和不懈的努力。（三）新课讲授：生长素的产生、运输和分布（约10分钟）*产生部位：主要在幼嫩的芽、叶和发育中的种子（强调“分生组织旺盛的部位”）。*运输方式：*极性运输：是重点。结合示意图讲解，指生长素只能从形态学上端（如胚芽鞘尖端）运输到形态学下端（如胚芽鞘基部），而不能反过来运输。方向是单向的。（可提及这是一种主动运输过程，需要载体和能量，但高中阶段不做深入要求）。*非极性运输：在成熟组织中，通过韧皮部进行的运输，方向不固定。简单提及。*分布特点：相对集中地分布在生长旺盛的部位，如胚芽鞘、芽和根顶端的分生组织、形成层、发育中的种子和果实等处。（四）课堂小结与巩固（约5分钟）*师生共同回顾：生长素的发现过程中的关键实验和结论，生长素的产生、运输（尤其是极性运输）和分布。*快速练习：针对极性运输设置一个思考题，如“将一段燕麦胚芽鞘倒置，在其形态学下端给予单侧光照射，胚芽鞘会如何生长？为什么？”第二课时：生长素的生理作用与应用（一）复习导入（约3分钟）*提问回顾：上节课我们学习了生长素的发现，哪位同学能简述一下温特实验的巧妙之处？生长素在胚芽鞘内是如何运输的？*过渡：这种由尖端产生并向下运输的生长素，对植物的生长究竟有什么作用呢？我们这节课来深入探讨。（二）新课讲授：生长素的生理作用（约25分钟）*促进生长：*实例引入：展示正常生长的幼苗和去除尖端后停止生长的幼苗图片，说明生长素最基本的作用是促进细胞伸长生长。*曲线分析（重难点）：展示“生长素浓度对植物不同器官生长的影响”曲线图。*引导观察：同一浓度的生长素对根、芽、茎的作用效果是否相同？（不同，敏感性：根>芽>茎）*核心概念——两重性：引导学生发现，对于每一种器官，都有一个“最适浓度”，低于这个浓度，促进作用随浓度升高而增强；高于这个浓度，促进作用减弱，甚至达到“抑制浓度”时会抑制生长。即“低浓度促进生长，高浓度抑制生长”。*实例分析（两重性的体现）：*顶端优势：*现象展示：展示具有明显顶端优势的植株（如向日葵、玉米）和去除顶芽后侧芽萌发生长的图片/视频。*原理讲解：顶芽产生的生长素向下运输，积累在侧芽部位，使侧芽处生长素浓度过高，从而抑制侧芽的生长；顶芽处生长素浓度较低，促进顶芽生长。*生产应用：打顶摘心（如棉花、番茄）以促进侧枝发育，提高产量。*根的向地性与茎的背地性（拓展）：*情境设问：将一株水平放置的幼苗，一段时间后根会向地生长，茎会背地生长，这是为什么呢？*原理简析：结合重力对生长素分布的影响（近地侧生长素浓度高于远地侧）以及根和茎对生长素敏感性的差异进行解释。（根对生长素敏感，近地侧高浓度抑制生长，远地侧低浓度促进生长，故根向地弯曲；茎对生长素不敏感，近地侧高浓度促进生长的效果更强，故茎背地弯曲。）此部分可根据学生情况决定讲解深度。*其他生理作用：简要介绍生长素还能促进扦插枝条生根、促进果实发育（如无子番茄的培育）、防止落花落果等。（三）新课讲授：生长素类似物及其应用（约10分钟）*生长素类似物：由于植物体内产生的生长素含量非常少，且易分解，在生产上应用不便，因此人们合成了一些与生长素具有相似生理效应的化学物质，如萘乙酸（NAA）、2,4-D等，称为生长素类似物。*农业生产应用实例：*促进扦插枝条生根：用一定浓度的生长素类似物溶液浸泡插条基部。*促进果实发育，获得无子果实：如在未受粉的番茄雌蕊柱头上涂抹一定浓度的生长素类似物溶液，可促使子房发育成果实（无子番茄）。*防止落花落果：如棉花在蕾铃期喷洒一定浓度的生长素类似物，可防止蕾铃脱落。*作为除草剂：高浓度的2,4-D能抑制甚至杀死双子叶杂草（因为双子叶植物对生长素类似物更敏感），而对单子叶作物影响较小。*展示图片或视频资料，加深学生理解。（四）课堂小结与拓展（约7分钟）*总结：生长素生理作用的两重性及其在生产实践中的应用。*讨论：“生长素类似物在农业生产中应用广泛，是否意味着可以无限制使用？”引导学生关注科学技术应用的两面性，合理使用植物生长调节剂。第三课时：实验探究与活动课（一）活动一：生长素发现经典实验的模拟与分析（可选，约20分钟）*目的：加深对生长素发现实验设计思路的理解，体验科学探究过程。*材料：玉米胚芽鞘（提前培养）、锡箔纸、琼脂块、刀片、光源、培养皿等。*分组：将学生分成若干小组，每组选取一个经典实验（如达尔文的部分实验、温特实验的简化版）进行模拟。*过程：学生根据实验方案（教师提供或小组讨论设计）操作，观察并记录实验现象，尝试分析得出结论。*交流：各小组展示实验结果和结论，教师点评。（二）活动二：探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度（重点，约35分钟）*提出问题：不同浓度的生长素类似物（如NAA）对插条生根的影响有何不同？促进某种植物插条生根的最适浓度是多少？*作出假设：（引导学生根据所学知识作出假设）如“在一定浓度范围内，NAA能促进插条生根，且存在一个最适浓度，低于或高于此浓度，促进效果都减弱。”*材料用具：（见“教学准备”）*方法步骤（教师指导与学生操作相结合）：1.选材与处理插条：选取生长健壮、粗细长短大致相同的一年生枝条，剪去部分叶片（保留少量幼叶和芽），下端切成斜面（增加吸水和生根面积）。2.配置浓度梯度：（教师提前准备或指导学生稀释）如设置清水对照组，以及低、中、高（如X.Xppm,X.Xppm,X.Xppm）等几个浓度梯度的NAA溶液。3.浸泡或沾蘸：将插条基部浸泡在不同浓度的NAA溶液和清水中（注意区分组别，做好标记），浸泡一段时间（如几小时至一天，视具体情况而定）。4.培养：将处理好的插条分别放入装有清水或相应浓度溶液的烧杯/培养皿中，置于适宜环境下培养（温度、光照适宜）。*观察与记录：*实验期间：学生定期观察（如每天或隔天），记录各组插条生根的时间、根的数量、根的长度等。（此部分可作为课后持续观察的内容，或在后续课堂上分享结果）。*实验结束（如一周后）：统计各组插条的生根总数、平均根长等数据。*分析与结论：绘制生根数量/长度与生长素类似物浓度的关系曲线图，分析实验结果，得出促进该种插条生根的最适浓度范围或大致浓度。*讨论：实验中哪些因素可能影响结果？如何提高实验的准确性？（如插条的一致性、浓度梯度的设置、重复次数等）（三）实验结果交流与总结（若时间允许，或安排在后续课堂）*各小组汇报实验数据和结论，进行班级内交流讨论，教师引导学生分析实验的成功之处与不足。八、教学评价建议1.形成性评价：*课堂参与：观察学生在课堂讨论、提问、小组活动中的表现。*学案完成情况：检查学生预习、课堂练习、实验报告的完成质量