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5.1 由玉米胚芽鞘向光性實(shí)驗(yàn)引發(fā)的系列探究說課文稿-2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修二

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5.1 由玉米胚芽鞘向光性實(shí)驗(yàn)引發(fā)的系列探究說課文稿-2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修二

資源簡(jiǎn)介

由玉米胚芽鞘向光性實(shí)驗(yàn)引發(fā)的系列探究(說課文稿)
一、教材分析
1、說教材
本課題選自人教版高中生物選擇性必修 1 大概念教學(xué)內(nèi)容《植物生命活動(dòng) 的調(diào)節(jié)》。
2、說教學(xué)目標(biāo)
(1)能運(yùn)用物質(zhì)觀和能量觀解釋植物向光性的原因。
(2)針對(duì)特定現(xiàn)象進(jìn)行交流、討論并得出結(jié)論,以此發(fā)展學(xué)生的歸納與概括、 演繹與推理等科學(xué)思維。
(3)使學(xué)生具備觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià),設(shè)計(jì)和完善實(shí)驗(yàn)方案的能力。
(4)逐漸形成以科學(xué)實(shí)踐解決現(xiàn)實(shí)生活中生物學(xué)問題的意識(shí),并通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)培養(yǎng)批判性思維。
3、說教學(xué)重難點(diǎn)
(1)教學(xué)重點(diǎn):通過由玉米胚芽鞘向光性實(shí)驗(yàn)引發(fā)的一系列探究,加強(qiáng)學(xué)生的 知識(shí)的應(yīng)用和知識(shí)體系的整合。
(2)教學(xué)難點(diǎn): 改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。
4、說教法與學(xué)法
重溫實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)問題---分析問題,優(yōu)化方案---創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),解決問題--- 得出結(jié)果,交流討論
二、實(shí)驗(yàn)過程
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>(1)通過自制的實(shí)驗(yàn)裝置,探究單側(cè)光對(duì)玉米胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的原因。 (2)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作,讓學(xué)生能自己動(dòng)手操作,體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究的過程。
(3)通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生真正理解多種因素對(duì)于胚芽鞘生長(zhǎng)的影 響。
2、實(shí)驗(yàn)原理
單側(cè)光照射下, 胚芽鞘尖端下部?jī)蓚?cè)生長(zhǎng)素分布不均勻, 背光側(cè)比向光側(cè)生 長(zhǎng)快,導(dǎo)致胚芽鞘出現(xiàn)向光彎曲生長(zhǎng)的現(xiàn)象。
3、實(shí)驗(yàn)器材 數(shù)碼互動(dòng)顯微系統(tǒng)、自制的實(shí)驗(yàn)裝置、記號(hào)筆、指甲油、游標(biāo) 卡尺、培養(yǎng)皿、燒杯、量筒、小毛刷
4、實(shí)驗(yàn)材料 玉米種子、小麥種子、水稻種子、燕麥種子
實(shí)驗(yàn)前, 先將班級(jí)同學(xué)分成四組, 四組同學(xué)分別水培玉米種子、水稻種子、 燕麥種子、小麥種子, 之后再分別觀察玉米胚芽鞘、水稻胚芽鞘、燕麥胚芽鞘和 小麥胚芽鞘的形態(tài)大小。發(fā)現(xiàn)玉米胚芽鞘比較粗壯, 便于實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀 察。并且, 部分玉米胚芽鞘長(zhǎng)度超過 2cm 時(shí), 就會(huì)長(zhǎng)出真葉, 在一定程度上, 真 葉會(huì)影響胚芽鞘的繼續(xù)生長(zhǎng), 所以選擇長(zhǎng)度為 1cm 的玉米胚芽鞘作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)。
5、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)重溫經(jīng)典實(shí)驗(yàn)
利用自制的實(shí)驗(yàn)裝置重溫達(dá)爾文的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。
(2)發(fā)現(xiàn)問題
錫箔小帽處理組和剪去尖端處理組中, 均有胚芽鞘出現(xiàn)向光彎曲生長(zhǎng)的現(xiàn) 象,分析推測(cè)可能因?yàn)槭沁@兩個(gè)處理組沒有把尖端完全罩住或是完全剪掉, 仍保 留部分感光部位, 才會(huì)出現(xiàn)與教材描述不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這也引發(fā)了學(xué)生們的思 考:胚芽鞘尖端的位置在哪里?該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究?
(3)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
探究 1:探究玉米胚芽鞘尖端的位置在哪里?
取長(zhǎng)度為 1cm 左右的玉米胚芽鞘隨機(jī)均分為 4 組, 依次剪去尖端 3mm、4mm、 5mm、6mm,分別測(cè)量各組起始的平均長(zhǎng)度。
再將各組胚芽鞘放入自制的實(shí)驗(yàn)裝置中, 給予單側(cè)光照射, 分布于 8h 和 24h 后測(cè)量各組胚芽鞘平均增長(zhǎng)長(zhǎng)度,并且觀察是否有向光性。
實(shí)驗(yàn)表明:初始長(zhǎng)度為 1cm 左右的胚芽鞘,在切除 5mm 的尖端后, 24h 后觀 察胚芽鞘不表現(xiàn)向光性
探究 2:玉米胚芽鞘生長(zhǎng)彎曲的部位在哪里?
問題 1:如何對(duì)胚芽鞘的尖端和尖端下部分布別進(jìn)行標(biāo)記?
方法 1:用記號(hào)筆在尖端和尖端下部的分界處畫一條線
方法 2:用不同顏色的記號(hào)筆分別涂抹尖端和尖端下部
方法 3:用不同顏色的指甲油分別涂抹尖端和尖端下部
3 組胚芽鞘放在單側(cè)光照射下, 24h 后觀察,發(fā)現(xiàn):涂抹記號(hào)筆和指甲油處 理組 24h 胚芽鞘幾乎不生長(zhǎng), 推測(cè)可能是因?yàn)榇竺娣e涂抹記號(hào)筆和指甲油, 其中 有毒有害物質(zhì)影響了胚芽鞘的繼續(xù)生長(zhǎng)。劃線處理組胚芽鞘生長(zhǎng)情況正常。同學(xué) 們分別統(tǒng)計(jì)劃線處上部和下部的長(zhǎng)度。
分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察,得出:在單側(cè)光照射下,尖端下部生長(zhǎng) 明顯,發(fā)生彎曲的部位也是尖端下部,且尖端下部背光側(cè)比向光側(cè)生長(zhǎng)快。
探究 3:從細(xì)胞水平探究尖端下部背光側(cè)比向光側(cè)生長(zhǎng)快的原因呢?
取完全黑暗條件培養(yǎng)和單側(cè)光照射下培養(yǎng)的兩組胚芽鞘, 分別取兩組胚芽鞘 尖端下部?jī)蓚?cè)的細(xì)胞做縱切片, 使用數(shù)碼互動(dòng)顯微系統(tǒng)在相同放大倍數(shù)下觀察細(xì) 胞形態(tài)和長(zhǎng)度。
黑暗條件下:
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在黑暗條件下,尖端下部?jī)蓚?cè)細(xì)胞形態(tài)和長(zhǎng)度相似。 單側(cè)光照射下:
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在單側(cè)光的照射下,尖端下部背光側(cè)細(xì)胞比向光側(cè)細(xì)胞更長(zhǎng)。學(xué) 生分析得出:在單側(cè)光照射下,尖端下部背光側(cè)細(xì)胞縱向生長(zhǎng)快,導(dǎo)致背光側(cè)比 向光側(cè)生長(zhǎng)快,進(jìn)而出現(xiàn)向光彎曲生長(zhǎng)的現(xiàn)象
探究 4:?jiǎn)蝹?cè)光照射下胚芽鞘的生長(zhǎng)長(zhǎng)度的影響呢?
取長(zhǎng)度在 0.8cm—1cm 左右的胚芽鞘隨機(jī)均分為 3 組,先測(cè)量三組胚芽鞘的 起始平均長(zhǎng)度, 再放入自制的實(shí)驗(yàn)裝置中, 一組完全光照, 一組黑暗處理, 一組 單側(cè)光照射,于 16h、24h、39h 后測(cè)量每組胚芽鞘的平均增長(zhǎng)長(zhǎng)度。
實(shí)驗(yàn)表明:完全光照、黑暗、單側(cè)光條件下,相同時(shí)間內(nèi),胚芽鞘的生長(zhǎng)長(zhǎng) 度差異不明顯。
探究 5:探究在單側(cè)光照射下,旋轉(zhuǎn)對(duì)胚芽鞘生長(zhǎng)的影響?
問題 1:把直立生長(zhǎng)的玉米胚芽鞘放在勻速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上, 給予單側(cè)光照射, 24h 后,胚芽鞘如何生長(zhǎng)?
學(xué)生預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:把直立生長(zhǎng)的玉米胚芽鞘放在勻速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上,給予單側(cè)光照 射, 24h 后,胚芽鞘仍直立生長(zhǎng)。
問題 2:把直立生長(zhǎng)的玉米胚芽鞘放入暗盒中,再將暗盒放在勻速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn) 盤上,給予單側(cè)光照射, 24h 后,胚芽鞘又如何生長(zhǎng)呢?
學(xué)生預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,利用黑色的禮品盒改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:直立生長(zhǎng)的玉米胚芽鞘放入暗盒中,再將暗盒放在勻速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn) 盤上,給予單側(cè)光照射, 24h 后,胚芽鞘向小孔彎曲生長(zhǎng)。
探究 6:探究多種因素對(duì)胚芽鞘生長(zhǎng)的影響?
問題 1:將已彎曲生長(zhǎng)的胚芽鞘繼續(xù)給予單側(cè)光照射,胚芽鞘的彎曲角度如 何變化?
實(shí)驗(yàn)表明:已彎曲生長(zhǎng)的胚芽鞘繼續(xù)給予單側(cè)光照射, 一定時(shí)間內(nèi),胚芽鞘 彎曲角度增大,之后,繼續(xù)照射,彎曲角度變化不明顯。
問題 2:將已彎曲生長(zhǎng)的胚芽鞘置于黑暗條件下,胚芽鞘的彎曲角度如何變 化?
實(shí)驗(yàn)表明:已彎曲生長(zhǎng)的胚芽鞘置于黑暗條件下, 2h 后胚芽鞘基本呈現(xiàn)直 立生長(zhǎng),之后,胚芽鞘繼續(xù)保持直立生長(zhǎng)。
問題 3:涂抹外源吲哚乙酸溶液的濃度為多少合適呢?
稱取吲哚乙酸 1.75g,用少量 1mol/L 的 NaOH 溶液溶解,加水定容至 1L 配 制 10-2mol/L 吲哚乙酸溶液, 使用時(shí)再進(jìn)行梯度稀釋, 取初始長(zhǎng)度為 2cm 左右的 胚芽鞘, 切取尖端下部 10mm 的切斷, 隨機(jī)均分為 7 組,分別放在 10-4—10-9mol/L 的吲哚乙酸和清水中,定時(shí)測(cè)量切斷的長(zhǎng)度,已尋找適宜濃度的吲哚乙酸溶液。
實(shí)驗(yàn)表明:10-4—10-9mol/L 的吲哚乙酸溶液對(duì)玉米胚芽鞘切斷的生長(zhǎng)均有促 進(jìn)作用, 10-6mol/L 的吲哚乙酸溶液的促進(jìn)效果最好。
問題 4:在已彎曲生長(zhǎng)的胚芽鞘的向光側(cè)涂抹適宜濃度的吲哚乙酸溶液,并 繼續(xù)給予單側(cè)光照射,胚芽鞘的彎曲角度如何變化?
實(shí)驗(yàn)表明:在已彎曲生長(zhǎng)的胚芽鞘的向光側(cè)涂抹適宜濃度的吲哚乙酸溶液, 繼續(xù)給予單側(cè)光照射, 一定時(shí)間內(nèi),胚芽鞘的彎曲角度逐漸變小。
問題 5:在已彎曲生長(zhǎng)的胚芽鞘的近地側(cè)涂抹適宜濃度的吲哚乙酸溶液,置 于黑暗條件下,胚芽鞘的彎曲角度如何變化?
實(shí)驗(yàn)表明:在已彎曲生長(zhǎng)的胚芽鞘的近地側(cè)涂抹適宜濃度的吲哚乙酸溶液, 黑暗條件下, 一定時(shí)間內(nèi),胚芽鞘的彎曲角度逐漸變小, 之后出現(xiàn)了向?qū)?cè)彎曲 生長(zhǎng)的現(xiàn)象。
三、實(shí)驗(yàn)反思
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路
根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn), 本著培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)為宗旨, 培養(yǎng)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn) 的能力,形成以科學(xué)實(shí)踐解決現(xiàn)實(shí)生活中生物學(xué)問題的意識(shí)。
2、實(shí)驗(yàn)亮點(diǎn)
(1)實(shí)驗(yàn)材料改進(jìn)
提出問題:金絲雀虉草的種子難以獲得
改進(jìn):(1)選擇生活中常見的四種禾本科植物(玉米、水稻、小麥、燕麥)的
種子進(jìn)行水培, 觀察胚芽鞘的形態(tài)大小,發(fā)現(xiàn)玉米胚芽鞘比較粗壯, 便 于實(shí)驗(yàn)操作和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。。
(2)觀察發(fā)現(xiàn), 部分玉米胚芽鞘長(zhǎng)度超過 2cm 時(shí),真葉就會(huì)長(zhǎng)出, 真葉在一定程度上會(huì)影響胚芽鞘的生長(zhǎng), 所以選擇 1cm 左右的 玉米胚芽鞘作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
(2)實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)
提出問題:普通光學(xué)顯微鏡在觀察時(shí)出現(xiàn)不易看清圖像,不能保存圖片,不能及 時(shí)反饋學(xué)生情況等問題。
資料顯示:數(shù)碼互動(dòng)顯微系統(tǒng)具有拍照、保存、標(biāo)記等功能,可以快速實(shí)現(xiàn)師生 之間的互動(dòng),更有利于學(xué)生觀察。
改進(jìn):使用數(shù)碼互動(dòng)顯微系統(tǒng)代替普通光學(xué)顯微鏡
(3)實(shí)驗(yàn)操作改進(jìn)
①提出問題:因?yàn)闊o法判斷玉米胚芽鞘尖端的位置,所以無法比較直觀的觀察出 生長(zhǎng)和彎曲的部位是在尖端還是尖端下部。
改進(jìn):(1)采用“減法原則”,利用自制的實(shí)驗(yàn)裝置,通過對(duì)剪去不同長(zhǎng)度的 胚芽鞘的生長(zhǎng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及是否有向光性進(jìn)行觀察, 進(jìn)而判斷出玉 米胚芽鞘尖端的大致長(zhǎng)度。
(2)在判斷出尖端的位置后, 用不同的方法對(duì)尖端和尖端下部進(jìn)行區(qū)分, 在單側(cè)光照射下, 24h 后, 觀察胚芽鞘的生長(zhǎng)情況, 可以非常清晰的 觀察到尖端下部生長(zhǎng)明顯, 發(fā)生彎曲的部位也是尖端下部, 且尖端下 部背光側(cè)比向光側(cè)生長(zhǎng)快。
②提出問題:從細(xì)胞水平探究尖端下部背光側(cè)比向光側(cè)生長(zhǎng)快的原因?
改進(jìn): 取完全黑暗培養(yǎng)和單側(cè)光照射下培養(yǎng)的兩組胚芽鞘,分別取兩組胚芽鞘 尖端下部?jī)蓚?cè)的細(xì)胞做縱切片, 使用數(shù)碼互動(dòng)顯微系統(tǒng)觀察細(xì)胞形態(tài)和 長(zhǎng)度。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析原因更加直觀。
③提出問題:探究單側(cè)光照射對(duì)胚芽鞘生長(zhǎng)長(zhǎng)度的影響?
改進(jìn):取長(zhǎng)度在 0.8cm—1cm 左右的胚芽鞘隨機(jī)均分為 3 組,先測(cè)量三組胚芽鞘 的起始平均長(zhǎng)度, 再放入自制的實(shí)驗(yàn)裝置中,一組完全光照, 一組黑暗處 理, 一組單側(cè)光照射, 于 16h、24h、39h 后測(cè)量每組胚芽鞘的平均增長(zhǎng)長(zhǎng) 度。讓學(xué)生清楚單側(cè)光照射對(duì)胚芽鞘生長(zhǎng)長(zhǎng)度的影響
④提出問題:探究在單側(cè)光照射下,旋轉(zhuǎn)對(duì)胚芽鞘生長(zhǎng)的影響?
改進(jìn): 首先提出兩個(gè)不同條件的單側(cè)光照射下的處理,讓學(xué)生先預(yù)測(cè)可能的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果,再改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置,讓學(xué)生動(dòng)手操作,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析, 讓學(xué)生真正理解單側(cè)光對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。
(4)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處:
① 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置:自制的實(shí)驗(yàn)裝置使實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行,且取材方便,學(xué)生可 以自己動(dòng)手制作,并且能夠在高中教學(xué)中推廣使用。
② 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料:玉米種子容易獲取,且玉米胚芽鞘生長(zhǎng)粗壯便于實(shí)驗(yàn)操作和 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察。
③ 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案:從探究胚芽鞘尖端的位置入手,引出從形態(tài)學(xué)和細(xì)胞水平探 究胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的部位和原因,層層遞進(jìn),再由局部升華到對(duì)整體的探究, 讓學(xué)生真正理解多種因素對(duì)于胚芽鞘生長(zhǎng)的影響。
④ 優(yōu)化教學(xué)過程:對(duì)于題目中常見的問題,不局限于理論的推測(cè),更注重讓學(xué) 生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,培養(yǎng)學(xué)生獲得研究生物現(xiàn)象的思路和方法。
3、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)
(1)從裝置制作,到實(shí)驗(yàn)設(shè)施,學(xué)生全程參與,真正成為學(xué)習(xí)過程中的主體。 (2)學(xué)生積極思考、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案, 科學(xué)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 體現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。 (3)在設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)的過程中,學(xué)生領(lǐng)會(huì)了科學(xué)探究的精神,體會(huì)了合作學(xué) 習(xí)的快樂。
4、實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題
(1)玉米種子發(fā)芽時(shí)間不一,且在定量實(shí)驗(yàn)中,需要大量長(zhǎng)度相似的玉米胚芽 鞘且需要重復(fù)實(shí)驗(yàn),這就導(dǎo)致需要大量處理實(shí)驗(yàn)材料,實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)。
(2)學(xué)生制作切片能力較弱,在制作切片時(shí),需要老師指導(dǎo)和反復(fù)練習(xí),才能 取得比較好的效果。

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