張小丹

摘 ?要 利用NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，克服傳統(tǒng)課堂個(gè)別實(shí)驗(yàn)無法在課堂上實(shí)踐的局限。以“植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)為例，利用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)史實(shí)驗(yàn)的過程，提高生物教學(xué)質(zhì)量，落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 NOBOOK;實(shí)驗(yàn);虛擬實(shí)驗(yàn);生物學(xué);核心素養(yǎng);植物生長(zhǎng)素

中圖分類號(hào)：TP391.9 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）13-0046-03

1 前言

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)課程的特點(diǎn)，也是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一。新課標(biāo)提倡有條件的學(xué)校可以充分利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)及無線通信技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)[1]。NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱NB實(shí)驗(yàn)）平臺(tái)是北京樂步教育科技有限公司于2014年打造的一款教學(xué)軟件[2]，支持電子白板、臺(tái)式機(jī)、一體機(jī)、平板電腦等終端使用。NB實(shí)驗(yàn)采用3D技術(shù)，實(shí)驗(yàn)材料和儀器高度仿真，利用鼠標(biāo)即可完成實(shí)驗(yàn)操作并迅速觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。NB實(shí)驗(yàn)可以克服某些實(shí)驗(yàn)安全性和時(shí)空的限制，提高生物教學(xué)質(zhì)量，利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 教材內(nèi)容分析

本節(jié)內(nèi)容選自人教版高中《生物》（必修三）第3章第1節(jié)，主要內(nèi)容是生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)的四個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)以及生長(zhǎng)素合成、運(yùn)輸及作用部位。本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了動(dòng)物和人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)，因此，本節(jié)內(nèi)容是對(duì)前面知識(shí)的延伸，有利于學(xué)生對(duì)動(dòng)植物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)方式的整體認(rèn)識(shí)。四個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)前后聯(lián)系，鮑森·詹森和拜爾的實(shí)驗(yàn)以達(dá)爾文的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ);溫特實(shí)驗(yàn)綜合了鮑森·詹森和拜爾的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維以及科學(xué)探究能力的良好素材。生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)史歷時(shí)半個(gè)多世紀(jì)，對(duì)植物向光性的研究一直延續(xù)至今，這有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究是一個(gè)不斷深化的過程，利于學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和樂于探索的科學(xué)精神。

3 學(xué)情分析

在本節(jié)課之前，學(xué)生學(xué)習(xí)了動(dòng)物和人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)，對(duì)生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)已有前概念，如激素、反射、反射弧等。植物向光性是常見的生命現(xiàn)象，學(xué)生已有感性認(rèn)識(shí)，但不明其本質(zhì)。經(jīng)過一年的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解科學(xué)探究的過程及方法，具備一定的科學(xué)探究能力，能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行邏輯推理分析。該階段學(xué)生的好奇心和求知欲較強(qiáng)，結(jié)合學(xué)生已有認(rèn)知和心理特征，引導(dǎo)學(xué)生在NB實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)科學(xué)史實(shí)驗(yàn)，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣，促成學(xué)生核心素養(yǎng)的達(dá)成。

4 教學(xué)目標(biāo)

1）知道植物的生命活動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)的過程，是整體作用的結(jié)果。

2）體驗(yàn)科學(xué)史實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙與不足，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行邏輯推理分析，對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸納概括，掌握科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路及方法。

3）運(yùn)用科學(xué)研究的一般方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)探究中敢于質(zhì)疑，敢于創(chuàng)新，形成批判性思維和創(chuàng)造性思維。

4）根據(jù)所學(xué)知識(shí)能解釋生活中與植物向光性相關(guān)的生命現(xiàn)象，形成正確的科學(xué)觀。

5 教學(xué)策略與方法

受植物生長(zhǎng)時(shí)間以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，傳統(tǒng)教學(xué)以教師“講實(shí)驗(yàn)”或動(dòng)畫展示為主，課堂教學(xué)是靜態(tài)灌輸，學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)難以形成理性認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)積極性不高。因此，本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)試圖在電腦機(jī)房以NB實(shí)驗(yàn)輔助傳統(tǒng)教學(xué)。教師通過層層設(shè)疑，組織學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后利用NB實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作，推理分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納概括實(shí)驗(yàn)結(jié)果，真正體驗(yàn)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)的過程。

6 教學(xué)過程組織

故事導(dǎo)入，激發(fā)興趣 ?向?qū)W生講述達(dá)爾文的故事：

達(dá)爾文在環(huán)球航行時(shí)，為了飼養(yǎng)隨身帶的幾只鳥，種了一種叫草蘆的草。船艙很暗，只有窗戶透射進(jìn)陽光，達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)草的幼苗總是朝著窗戶的方向生長(zhǎng)。達(dá)爾文提出進(jìn)化論之后，晚年又利用金絲雀虉草的胚芽鞘對(duì)植物向光性進(jìn)行了研究。

聽完故事，學(xué)生注意力被吸引到課堂上。教師可趁機(jī)提問學(xué)生：是否見過植物向光生長(zhǎng)的現(xiàn)象？為什么植物會(huì)向光生長(zhǎng)？學(xué)生能想到植物向光生長(zhǎng)的外因（單側(cè)光照射），對(duì)內(nèi)因卻不清楚，產(chǎn)生認(rèn)知沖突。

【設(shè)計(jì)意圖】以故事導(dǎo)入，具有趣味性，能吸引學(xué)生的注意力。達(dá)爾文故事也為后面達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)做背景鋪墊，豐富教材內(nèi)容，拓展學(xué)生的知識(shí)面。達(dá)爾文的故事還啟發(fā)學(xué)生在生活中要善于觀察、樂于探究，培養(yǎng)學(xué)生具備解決日常生活中生物學(xué)問題的擔(dān)當(dāng)和能力。

以問導(dǎo)學(xué)，引導(dǎo)探究 ?植物生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)過程的四個(gè)經(jīng)典科學(xué)史實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)相扣，是科學(xué)家一步一步探索而逐漸揭示科學(xué)本質(zhì)的過程。教師以問題串引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家的步伐主動(dòng)探究，嘗試自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過NB虛擬實(shí)驗(yàn)置身于科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程，如臨其境地體驗(yàn)科學(xué)的奧妙，習(xí)得生物學(xué)科學(xué)知識(shí)。

1）達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)——初探。設(shè)疑：胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)，其感光部位在哪里？彎曲部位又在哪里？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究這兩個(gè)部位？提示實(shí)驗(yàn)材料：胚芽鞘、不透明小帽、透明小帽、不透明薄膜、刀片（如NB實(shí)驗(yàn)中儀器所示）。

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。然后組織學(xué)生打開電腦桌面NB虛擬實(shí)驗(yàn)中的“達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素的實(shí)驗(yàn)”，進(jìn)行NB虛擬實(shí)驗(yàn)操作，如圖1、圖2所示，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖2所示。教師設(shè)置問題串引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)。

①教材中的達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)并沒有用透明小帽遮住胚芽鞘尖端，而在NB實(shí)驗(yàn)中為什么要設(shè)置透明小帽遮住胚芽鞘尖端？（排除不透明小帽的重力對(duì)胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的影響，遵循單一變量原則以及無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。）

②實(shí)驗(yàn)中的自變量和因變量分別是什么？（自變量：胚芽鞘尖端的有無、胚芽鞘的感光部位。因變量：胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)。）

③分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你能得出什么結(jié)論？（胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)與尖端有關(guān)，胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的感光部位在尖端。）

④NB實(shí)驗(yàn)只能證明胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)與尖端有關(guān)，其彎曲生長(zhǎng)的感光部位是尖端，但其彎曲部位還無法判斷，你怎么設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究？（用不褪色的水筆在尖端處以及尖端下部劃線，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。）

在達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生小結(jié)達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：?jiǎn)蝹?cè)光引起植物的向光生長(zhǎng);向光性與胚芽鞘尖端有

關(guān);感光部位在胚芽鞘尖端。

2）鮑森·詹森和拜爾實(shí)驗(yàn)——再探。根據(jù)達(dá)爾文提出的假說（胚芽鞘尖端向伸長(zhǎng)區(qū)傳遞某種“影響”，這種“影響”造成胚芽鞘伸長(zhǎng)區(qū)背光側(cè)比向光側(cè)生長(zhǎng)快，因而胚芽鞘向光彎曲生長(zhǎng)），基于前面所學(xué)知識(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：這種“影響”會(huì)不會(huì)是一種神經(jīng)電信號(hào)呢？或者是一種類似于激素的化學(xué)物質(zhì)呢？如果要證明“影響”是化學(xué)物質(zhì)，并且能從胚芽鞘尖端運(yùn)輸?shù)郊舛讼虏?，該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明？通過逐步引導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)提示，結(jié)合必修一“細(xì)胞的大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”實(shí)驗(yàn)中物質(zhì)可以在瓊脂中擴(kuò)散，個(gè)別學(xué)生可能想到用瓊脂進(jìn)行實(shí)驗(yàn);還有學(xué)生可能想到用玻璃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)過思考和嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案之后，組織學(xué)生進(jìn)行鮑森·詹森NB虛擬實(shí)驗(yàn)操作，如圖3、圖4、圖5所示。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖5所示，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析。

①鮑森·詹森的實(shí)驗(yàn)和你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)一致嗎？有什么不同？（缺少瓊脂塊的空白對(duì)照。）

②鮑森·詹森的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了什么？（胚芽鞘尖端產(chǎn)生的“影響”能透過瓊脂塊向下傳遞。）

鮑森·詹森實(shí)驗(yàn)只能證明尖端產(chǎn)生的“影響”能透過瓊脂塊，但是胚芽鞘為什么彎曲生長(zhǎng)還是無法解釋？由此引出拜爾實(shí)驗(yàn)。組織學(xué)生分析拜爾實(shí)驗(yàn)。

①前面兩位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)均是在光照條件下進(jìn)行，為什么拜爾要選擇在黑暗環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？（排除光照對(duì)胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的影響，控制單一變量。）

②你覺得拜爾實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處在哪里？（絕大部分學(xué)生能想到拜爾實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明尖端產(chǎn)生的“影響”分布不均勻，導(dǎo)致胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)。教師需要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)拜爾設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)也證明了尖端向下產(chǎn)生的“影響”不是電信號(hào)，而有可能是化學(xué)物質(zhì)。）

3）溫特實(shí)驗(yàn)——深化。鮑森·詹森和拜爾的實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明胚芽鞘尖端向下產(chǎn)生“影響”，“影響”分布不均勻，導(dǎo)致胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)。這種“影響”是否是一種化學(xué)物質(zhì)還無法確定，該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明呢？教師設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面幾位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)論設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案，然后組織學(xué)生進(jìn)行溫特虛擬實(shí)驗(yàn)，如圖6～圖11所示，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖6～11所示，引導(dǎo)學(xué)生分析溫特實(shí)驗(yàn)。

①教材中溫特實(shí)驗(yàn)只是用接觸有胚芽鞘尖端的瓊脂塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并沒有用空白瓊脂塊（沒有接觸尖端的瓊脂塊）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣設(shè)計(jì)的理由是什么？剛剛你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中有沒有設(shè)置空白對(duì)照？（排除瓊脂塊本身對(duì)胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的干擾，控制單一變量原則。）經(jīng)過鮑森·詹森實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能意識(shí)到這里用空白瓊脂塊的理由，進(jìn)一步掌握科學(xué)研究的方法及原則。

②溫特實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明了什么？（胚芽鞘的彎曲生長(zhǎng)確實(shí)是一種化學(xué)物質(zhì)引的，溫特把這種物質(zhì)命名為生長(zhǎng)素。）

③溫特實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處是什么？（用瓊脂塊來代替胚芽鞘尖端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，排除其他因素如氣味、磁場(chǎng)等對(duì)胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的影響，證明胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的原因是尖端產(chǎn)生一種化學(xué)物質(zhì)。）

7 評(píng)價(jià)與反思

整個(gè)過程以植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)歷程為脈絡(luò)，教師設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生思考并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合NB實(shí)驗(yàn)一步一步地揭示植物向光生長(zhǎng)的內(nèi)因，學(xué)生自主探究而明其所以然。因此，知識(shí)的形成是主動(dòng)構(gòu)建的，學(xué)生是課堂的主人，體現(xiàn)了“生本”理念。NB實(shí)驗(yàn)具有“親臨感”和“逼真感”，學(xué)生的學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)，能更好地掌握科學(xué)研究的方法及原則，體驗(yàn)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。

當(dāng)然，NB實(shí)驗(yàn)也存在一些不足，其實(shí)驗(yàn)步驟以及現(xiàn)象都是預(yù)設(shè)好的，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。虛擬實(shí)驗(yàn)畢竟不是實(shí)體，學(xué)生只能看、不能摸，沒有切身體會(huì)。虛擬實(shí)驗(yàn)可重復(fù)進(jìn)行，學(xué)生可能沒有像在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中那么嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致。因此，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為主，考慮到安全性、時(shí)空限制等因素，則可以輔助NB虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]樂步教育.NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[EB/OL].https：//www.nobook.com/.