“莖與運輸作用”一節的實驗教學設計與實施?

周 密 黃薛蓉 王愉鑫

（1成都金蘋果錦城第一中學 四川成都 610041 2四川省教育科學研究院 四川成都 610225）

生物學是一門基于實驗的自然學科，每一個概念和規律的構建都離不開對事實的觀察與分析。因此，在生物學教學中，可通過開展實驗教學，借助對實驗現象的深度分析，培養學生科學思維，幫助學生構建概念系統，促進學生生物學學科核心素養的提升。

1 設計思路

本節選自北師大版義務教育生物學7年級上冊第3單元第5章第5節“運輸作用”。教材設置“生物圈中的綠色植物”單元，其中第5章“綠色植物的生活方式”主要闡述綠色植物的代謝活動，包括光合作用、呼吸作用、吸收作用、蒸騰作用和運輸作用等[1]。植物通過吸收作用獲得的水和無機鹽、通過光合作用制造的有機物，需要通過導管和篩管運輸到相應的部位。植物蒸騰作用、呼吸作用也需要借助運輸作用才能正常進行。因此，遍布植物體的輸導組織，可將整個植物體聯系起來，使得植物體各器官的分工與協作能更好地進行。因此，在學習了光合作用、呼吸作用、吸收作用和蒸騰作用之后，學生通過對“運輸作用”的學習，可系統地構建“植物是一個統一的整體”的概念。

本節課，希望學生通過有意義的觀察和探究活動，構建“植物體內的輸導組織彼此連接和貫通，形成一個完整的管道系統，運輸水分、無機鹽和有機物養料”這一重要概念，并在學習過程中感受美、運用美。

基于此，對教材設置的2個實驗：“觀察莖對水和無機鹽的運輸”和“觀察枝瘤”進行了改進和創新：

1）增設“制作炫彩鮮花，送給要感謝的人”前置活動。該活動既可作為教學導入，也可作為幫助學生構建“植物體內的輸導組織彼此連接和貫通”的觀察素材，還能滲透情感教育。

2）改進“觀察莖對水和無機鹽的運輸”實驗。設置了2個分組和1個演示實驗。學生通過對實驗現象的觀察、分析與總結，可構建“根吸收的水和無機鹽是通過木質部的導管運輸的”的次位概念。

3）引導學生對“枝瘤”的形成進行推理，遷移學習“葉片合成的有機物是通過韌皮部中的篩管運輸的”這一次位概念。

2 教學目標

1）解剖觀察植物莖，辨認莖的主要結構。

2）闡述植物體中水、無機鹽、有機物的運輸途徑。

3）簡述植物輸導組織在植物體中的作用。

4）運用所學知識解釋生活中的相關現象。

3 教學重、難點

1）重點：通過解剖觀察植物莖等實驗，闡述植物體中物質的運輸途徑。

2）難點：簡述植物體內輸導組織彼此連接貫通，形成一個完整的管道系統。

4 教學過程

4.1 回顧炫彩鮮花制作過程，提問質疑 炫彩鮮花是指利用納米染料對白色鮮花進行染色后制作出的花朵。白色的百合、玫瑰、康乃馨、菊花等鮮切花均可作為實驗材料。利用小刀將鮮花的莖從下至上縱剖平分或分為3部分，分別插入不同顏色的染料中，即可制作出多色炫彩鮮花。平分鮮切花的部分莖相對易操作，將平分后的2部分莖分別插入2種顏色的納米染料，可得到雙色花；如果將莖縱剖為3部分，并將3部分分別插入3種顏色的納米染料，則可得到3色花。但僅用小刀將莖三等分不太容易，因為體積越大的部分莖所浸泡的染料沿導管到達花瓣的量會越大，這樣得到的花，3種顏色的分布面積會有差異，并會產生一定的交叉。如果想進行更均衡的等分，可使用專業的分枝器完成。課前，要求學生分組制作炫彩鮮花，并拍攝制作視頻及照片備用（圖1）。

課前展示炫彩鮮花，并播放制作視頻。提出問題：為什么插入染料中的是莖，形成的卻是炫彩鮮花？這個問題可引發學生的認知沖突，當然，學生也可能會想到“莖具有運輸作用”。繼續提問：莖為什么能將染料運到花里？學生并不能很好地解釋這個問題，但能推測是因為莖里有相應的管道承擔運輸作用。這就需要利用實驗提供證據。

4.2 解剖觀察植物莖，探索水和無機鹽的運輸途徑 本環節設置了2個分組實驗和1個演示實驗：分組解剖并觀察玫瑰莖，分組觀察芹菜中的導管，演示解剖染色后的玫瑰莖并觀察。

首先，學生可通過對玫瑰莖進行橫切和縱切，辨認玫瑰莖的組成。在實際教學過程中，學生能觀察到玫瑰的橫切面由3個部分組成，并能遷移辨認縱切面。借助數碼顯微鏡，學生能更好地進行交流。教師可根據需要補充這3個部分結構的名稱，并強調樹皮中具有韌皮部。

當學生構建了木本植物莖結構的次位概念后，提出問題：莖的什么結構能運輸染料？學生會作出各種推測，認為是髓、樹皮的韌皮部或木質部。這就需要進行演示實驗：解剖觀察染色后的玫瑰莖。利用平板電腦的投屏功能，學生能全程觀察實驗操作過程；借助數碼顯微鏡，學生能很清晰地觀察到莖內的木質部被染料染色（圖2），因此，明確運輸染料的是木質部。

此時要求學生觀察導管的模型和顯微照片，介紹導管形成過程：組成導管的細胞是死細胞，這些細胞首尾相連，細胞橫壁和內容物消失，形成中空的管道；導管外壁往往有橫紋。在實驗中觀察到染料通過木質部的導管運輸，自然界中通過木質部導管運輸的是水和無機鹽。

繼續提問：植物體中是否只有莖才有導管？

學生通過觀察“炫彩鮮花”和染色后的芹菜等（圖3）不難發現，染料通過莖運輸至葉、花等器官；結合之前所做的解剖觀察果實、種子等實驗，可歸納得出“導管遍布植物體各器官”的結論。

初步構建“木質部的導管運輸水和無機鹽”的概念后，進行下一個分組實驗：觀察芹菜中的導管（圖4）。學生能直接觀察到紅墨水在芹菜導管中的運輸情況。同時，對芹菜的葉柄或莖進行橫切，在數碼體視顯微鏡下觀察芹菜中導管的分布特點。

對比玫瑰莖的橫切和縱切圖，得出結論：不同種植物的導管分布存在差異，但都具有運輸水和無機鹽的功能。進一步強化“導管運輸水和無機鹽”的概念。

結合前期所學，學生還能歸納得出導管運輸水和無機鹽的方向通常是從下至上，運輸的動力來自于蒸騰拉力。

通過2次分組和1次演示實驗，學生能構建“根吸收的水和無機鹽是通過木質部的導管運輸的”這一次位概念。結合“炫彩鮮花”觀察活動和前期所學，學生能歸納總結“植物體通過導管聯系在一起”的次位概念。為幫助學習構建“植物是一個整體”的概念作好鋪墊。

4.3 分析枝瘤現象，探析有機物的運輸途徑 繼續提問：葉光合作用產生的淀粉通過什么結構運輸？學生可結合莖的結構進行猜測。

教師進一步介紹科學家環剝樹皮實驗，并展示枝瘤實物或圖片，要求學生基于實證進行分析。學生根據切口上方出現膨大的現象推理得出“樹皮能自上而下運輸有機物”。

教師展示樹皮中篩管的圖片，并指出篩管的主要特點：組成篩管的細胞是活細胞，這些細胞首尾相連，細胞與細胞之間有很多孔，稱為篩孔。進而精準地構建“葉片合成的有機物是通過韌皮部中的篩管運輸的”這一次位概念。

4.4 巧用拓展環節，建立概念系統 增加拓展環節，展示紅薯、馬鈴薯等植物的營養器官，請學生辨認它們屬于植物的何種器官，并追問其所儲存的有機物從何而來？學生能表述這些營養主要是通過葉制造，再通過植物體內的篩管運輸到莖、根等器官存儲。此項活動既強化了學生對“植物體內的輸導組織彼此連接和貫通”的理解，又是學生對剛才所學知識的一次運用。最后，借助板書進行可視化的歸納概括，幫助學生進一步構建“植物是一個整體”的概念（圖5）。

新課結束后，開展“炫彩鮮花表感恩”活動，請學生將制作的炫彩鮮花送給想要感謝的人，既合理處置了實驗材料，又滲透了情感教育。

5 教學反思

本次課堂教學實踐，是通過實驗教學促進概念系統構建的一次有意義的探索。

5.1 充分運用實驗教學實現概念的系統化構建，發展學生的科學思維 炫彩鮮花制作活動，既鍛煉了學生的動手能力，又提供了教學素材。3次觀察實驗，很好地引導學生在觀察中歸納、從現象中推理和比較，逐步構建“莖由樹皮、木質部和髓等結構組成”“木質部中的導管運輸水和無機鹽”等次位概念。學生運用相似的學習方法，借助“枝瘤”現象的實例，遷移推理出“樹皮的韌皮部中的篩管運輸有機物”的次位概念。最后，運用拓展環節和板書，促進學生構建“輸導組織遍布植物體”“植物體是一個整體”的概念系統。

這樣的教學方式，有利于學生在實驗中充分感知事實，自主思考體悟，并進行深度交流分析，得出結論，構建概念，最終實現融通；也有利于學生基于實證進行系列思維活動，從而促進科學思維的發展。

5.2 在實驗教學過程中滲透美育，充分發揮學科育人功能 本節課包含了前置活動和后續活動。通過前置活動制作出的炫彩鮮花非常漂亮，讓學生在生物學學習過程充分感受學科之美；在后續“炫彩鮮花表感恩”活動中，學生將鮮花贈與家人、教師和學生，還有學生在婦女節，運用所學再次制作炫彩花感謝母親和教師，達到了潤物無聲滲透感恩教育的效果。

5.3 現代信息技術的合理運用，確保實驗教學效果 本次實驗教學過程中，演示實驗運用了平板電腦的無線投屏技術，可很好地幫助全體學生觀察實驗過程；數碼體視顯微鏡的運用，幫助學生更清晰地觀察到植物莖的組成結構。切實實現了信息技術與實驗教學的深度融合。