基于问题探究教学模式的课堂教学设计

［摘 要］问题探究教学模式被广泛应用在课堂教学中，以问题为导向的问题探究教学模式既可以提高教学效率，又可以充分锻炼学生的思维能力和科学探究能力。文章阐述如何以问题探究及资料分析为主导展开课堂教学设计，并多处引导学生通过建构模型厘清知识的脉络，实现学生对必备知识的掌握和关键能力的提升。

［关键词］问题探究；教学模式；教学设计；环境因素；激素调节；基因表达调控

［中图分类号］ G633.91 ［文献标识码］  A ［文章编号］ 1674-6058（2023）32-0086-04

一、教学内容及学情

“环境因素参与调节植物的生命活动”选自人教版（2019年）高中生物学选择性必修1第5章第4节的内容。学生在初中已经掌握了植物的生长发育受光、温度、水分等环境因素的影响等知识，但初中生物学教学侧重让学生了解生物现象，对具体的植物生命活动调节机制并没有涉及。通过本节课的学习，学生不仅应明确光、温度、重力等环境因素参与调节植物的生长发育，还应理解环境因素调节植物生长发育的部分机制，并能根据探究活动得出的相关结论，独立构建植物生长发育的整体调控模型。

二、教学目标

结合本节课的内容，确定如下教学目标：

生命观念：通过对重力、光、温度等环境因素参与调节植物的生长发育的学习，使学生形成稳态与平衡观。

科学思维：通过重力、光、温度等环境因素参与植物的生长发育调节的实例分析，培养学生的逻辑思维能力。

科学探究：通过相关资料引导学生进行问题探究及分析归纳总结，锻炼学生科学探究能力和分析与解决问题的能力。

社会责任：通过引导学生分析与解决生产生活中的一些实际问题，培养学生的社会责任意识。

三、教学重难点

教学重点：认同光对植物生长发育的调节作用及调节机制，认同植物生长发育调控的复杂性和整体性。

教学难点：认同植物生长发育调控的复杂性和整体性。

四、教学设计思路

本节课的教学以“环境因素对植物生命活动的调节”为主线，分别探究重力、光、温度三种主要环境因素对植物生长发育的调节作用，并把每个部分的探究结果相串联，引导学生建构植物生长发育的整体调控模型。教师以学生为主体，为学生设置探究问题，学生通过结合课本内容及补充资料，小组讨论分析得出相关结论，由此获得了更多的表达机会，提高了课堂参与度。教师采用教具及建构模型的方式帮助学生直观理解光调控机制，进一步培养学生的结构与功能观。教师以建构植物生长发育的整体调控模型的方式使学生明确环境因素调节、激素调节和基因表达调控三者之间的关系。教师引导学生基于所学内容分析与解决生产生活中的一些实际问题，实现学以致用，从而培养学生的社会责任意识。

五、教学过程

（一）创设情境，导入新课

教师播放视频“2008北京奥运会颁奖瞬间”，介绍中国红月季的美好寓意，并设问：“为什么原本在五月盛开的月季花会出现在八月的领奖台上？”待学生思考后，教师说明原因：是由于专业人士通过科学的方法改变了月季花的培养温度、光照时长等，进而改变了月季花的花期。教师提出问题：“像温度、光照、重力这样的环境因素都会影响植物的生命活动，那么这些环境因素是如何参与调节植物的生命活动的呢？”

（二）问题探究，逐步总结

1.探究重力对植物生长发育的调节

教师先展示植物茎的背地性及根的向地性的有关图片，再引导学生观看图片并提问：“这是植物的哪种生长现象？”学生根据已有的知识回答：“茎的背地性，根的向地性。”教师追问：“图中植物的生长受哪种环境因素的调节？去除相应的调节因素，植物会如何生长？”教师结合学生的回答继续追问：“植物又是如何感受到重力作用，并对上下做出反应的呢？”教师让学生思考后尝试说出自己认为合理的假设。教师评价学生的回答并介绍人们普遍接受的解释——“淀粉—平衡石假说”，同时展示“淀粉—平衡石假说”教具（如图1）。

设计意图：根据学生已掌握的知识，向学生提出难度逐渐加深的问题，引发学生思考，在拉近学生与课堂知识的距离的同时，激发学生对问题进行深层次探究的欲望。通过教具直观展示重力影响植物激素分布的过程，将抽象的生物学知识具体化、形象化，在帮助学生理解认同重力参与植物生命活动调节的同时使学生对这部分知识产生深刻的印象。

教师总结结论：重力可以通过影响生长素的分布调节植物的生长方向（板书①）。这也说明重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。教师提出新问题：“那么除重力外，我们还学过哪种环境因素可以影响植物的生长方向呢？”

2.探究光对植物生长发育的调节

学生回忆已学知识很容易地回答出：“光照（在单侧光照射下胚芽鞘会向光生长）。”教师根据学生的回答继续追问：“在单侧光照射下植物会向光生长，外部因素是光照，内部因素又是什么呢？”学生回答：“是生长素不均匀分布的结果。”教师总结并提出新的探讨点：光照也可以通过影响生长素的分布影响植物的生长方向（板书②），由此可见光不仅仅为植物的光合作用提供所需的能量，还参与了植物生命活动的调节，那么光具体参与植物哪些生命活动的调节呢？教师引导学生完成活动一。

［活动一］探究光对植物生长发育的影响。

请同学们阅读课本P105“思考·讨论”栏目中的内容，分组讨论下列问题：

①那些需要光才能萌发的种子是需要光照给种子萌发提供能量吗？

②从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响？

③有些植物根据昼夜长短“决定”是否开花，是哪种环境因素在起作用？

设计意图：引导学生分析光照影响植物生长发育的生命现象，总结出不同生命现象背后的共性规律，形成生物与环境相适应的观念。通过资料探究，使学生认同光作为一种信号，参与调控种子萌发及植物的生长、开花、衰老等过程。在此过程中，锻炼学生的资料分析及归纳总结能力，使学生对光如何参与植物生长发育的调节产生兴趣。

教师继续追问：“光作为一种信号，是如何被植物感受到的呢？”

3. 探究光对植物生长发育的调节机制

教师引导学生完成活动二。

［活动二］探究光照对植物生长发育的调节机制。

请同学们阅读课本P106的相关内容，分组讨论下列问题：

①植物细胞通过哪种物质感受到光信号？这种物质主要分布在哪里？

②植物细胞感受到光后会发生怎样的调控过程？依次是什么？

③请根据信息及材料包，建构光调控植物生长发育反应机制的模式图。

学生通过阅读课本及教师讲解，了解光敏色素的结构、化学本质及功能，并认同光敏色素是植物细胞感受光信号的结构基础，进一步落实结构与功能观的培养。学生小组讨论并尝试以贴纸的形式在导学案上建构光调控植物生长发育反应机制的模式图（如图2）。学生积极分享模型建构结果并讲解光调控过程，教师及时对学生的模型建构结果进行合理评价及适当反馈。

设计意图：学生通过活动二可以透过现象看到现象内在的本质，并在教师的引导下联系已有知识，层层深入地不断完善知识体系，形成完整的知识结构。通过对光敏色素结构和功能的学习，使学生认同光敏色素是植物细胞感受光信号的结构基础，促进学生形成结构与功能观。通过光调控机制模型的建构，训练了学生的图文转化能力，培养了学生的抽象思维能力。

光调控机制依次经过感受信号、传导信号、发生反应三个过程。首先，植物细胞通过光敏色素感受到光信号，光敏色素被激活，结构发生改变，即感受信号阶段。然后，经过一系列的信号传导将信号传至细胞核，即传导信号阶段。最后，通过影响细胞核内基因的表达影响激素的合成及分布来发挥作用，即发生反应阶段。教师总结：在光调控机制中，光可以通过影响基因表达，进而影响激素的合成和分布，从而调节植物的生命活动（板书③）。教师提出新问题：“除重力、光外，温度对植物生命活动的调节有什么影响呢？”

4. 探究温度对植物生长发育的调节

教师引导学生完成活动三。

［活动三］探究温度对植物生长发育的调节。

资料1：研究表明，春化作用可能与赤霉素有关，小麦、油菜、燕麦等多种作物的种子经过低温处理后，体内赤霉素含量升高。实验证明，一些需要春化的植物未经低温处理而施用赤霉素，也能开花［1］。

请同学们阅读P107“思考·讨论”栏目中的相关内容，并结合资料1，分组讨论下列问题：

①树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？

②有的植物需要经过春化作用才能开花，这对于它们适应生存环境有什么意义？

③资料1说明了温度与激素的合成量有关吗？

设计意图：通过活动三使学生了解到温度也参与植物生命活动的调节，进而对环境因素参与调节植物生命活动产生更深刻的体会，同时理解春化作用的概念及意义，体会赤霉素与春化作用之间的关系，从而对温度影响激素的合成达成共识。

教师总结并提出问题：“通过探究，我们了解到温度与树木年轮的形成、种子的春化作用密切相关，根据资料1我们发现，温度可以通过影响激素的合成调节植物的生长发育（板书④）。探究到这里我们知道环境因素、激素的合成与分布、基因表达调控都会影响植物的生命活动，那么植物生长发育的整体调控是怎样的呢？

（三）模型建构，锻炼思维

1.建构植物生长发育的整体调控模型

教师引导学生完成活动四。

［活动四］建构植物生长发育的整体调控模型。

请同学们阅读课本P108的相关内容，分组讨论下列问题：

①植物生长发育的调控是如何进行的？

②细胞与细胞之间、器官与器官之间如何传递信息？

③环境因素调节、激素调节、基因表达调控之间有什么关系？如何建构植物生长发育的整体调控模型？

学生阅读课本并根据前期的探究结果绘制出植物生长发育的整体调控模型。教师补充讲解（板书⑤）：重力、温度分别通过影响激素的分布及合成调节植物的生命活动，光除直接影响激素的分布外，还通过基因表达调控影响激素的产生和分布进而调节植物的生命活动，我们也把激素的合成及分布称为激素调节。教师继续提出问题：“那么激素调节又是如何调节植物的生命活动的呢？”

2.完善植物生长发育整体调控的概念图

教师引导学生完成活动五并根据资料2、资料3完善植物生长发育整体调控的概念图。

［活动五］完善植物生长发育整体调控的概念图。

资料2：细胞分裂素（CTK）可直接调控细胞和基因分裂，从豌豆染色质中分离出一种CTK受体蛋白，在RNA合成系统中加入CTK及这种蛋白质，可以使RNA合成速度增加20%到150%，表明CTK受体蛋白能够识别豌豆芽DNA中某些特异性起始片段，调控其转录［2］。

资料3：在种子发育的中、晚期，随内源脱落酸（ABA）升高，某些mRNAs大量增加，这些mRNAs的翻译产物包括植物凝集素、酶抑制剂、脂质体蛋白和储藏蛋白［3］。

请同学们根据资料2、资料3完善植物生长发育整体调控的概念图。

设计意图：引导学生通过阅读资料完善植物生长发育整体调控的概念图，帮助学生形成科学合理的知识结构，在引导学生辩证地看待问题的同时锻炼学生的逻辑推理能力。在探究活动中，使学生真切地体会到植物生命活动调节的整体性及复杂性并达到认同，激发学生保护物种多样性的社会责任意识。

教师与学生一起完善植物生长发育整体调控的概念图（板书⑥，如图3），并说明激素作为信息分子会影响细胞的基因表达，从而起到调节植物生命活动的作用。

（四）延伸拓展，学以致用

教师总结本节课的教学内容，使学生理解与掌握环境因素参与调节植物的生命活动的方式及过程，并认同植物生命活动调节的整体性及复杂性。教师提出问题：“环境因素参与植物生命活动的调节这部分内容在生产实践中有什么应用呢？”学生畅所欲言，结合生活中的见闻相互交流，分享生活中环境因素参与调节植物生命活动的例子。通过分析与解决生产生活中的一些实际问题，学生形成了社会责任意识，提升了核心素养。

六、教学反思

本节课的教学设计涉及多个探究点，教师以问题串的形式逐步向学生提出问题，通过问题探究与资料分析的方式推进教学进程，充分体现了教师的主导作用。在教师的引导下，学生通过小组合作的方式参与探究活动，体会环境因素参与调节植物生命活动的过程及重要意义。通过模型建构建立环境因素调节、激素调节、基因表达调控之间的联系，使学生体会植物生命活动调节的整体性及复杂性，此过程中充分体现了学生的主体作用。正式教学中基本完成了预设的教学目标，课堂时间分配比较合理，学生有充足的时间参与课堂探究，情绪高涨。教师对学生的探究结果给予及时的反馈，逐步推进整节课的教学进程。本节课的教学成果十分显著，在今后的教学中可多尝试运用问题探究教学模式开展教学。

［   参   考   文   献   ］

［1］  胡巍，侯喜林，史公军. 植物春化特性及春化作用机理［J］.植物学通报，2004（1）：26-36.

［2］［3］  孙长明. 植物激素对基因表达调控的研究［J］. 山东电大学报，2000（3）：32-33.

（责任编辑 黄春香）