11101選修生物主題二－第一週植物的生存策略與適應性

在這個學期有一個我等了很久的契機。

第一次有機會一個人教「選修生物 主題二－植物的形態與構造」的全年級所有班級。

終於可以就學科本質與重要理解來重新解構這一個課程，也希望能夠有更符合認知架構形成歷程的學習活動。

在這個主題有一個獨特的學習困難，就是學生其實沒有機會仔細的去觀察過植物，更不用說植物生長的過程。

所以在一直以來，這個主題在課綱與課本安排的單元「組織-光合作用-物質運輸-生殖-感應」的順序，其實學生是在沒有植物觀察經驗時，學習有關植物的各種抽象知識，即使是形態部分的單元，學生也是從照片與專有名詞中學習。

更不用說這樣子的安排順序其實是從微觀與抽象開始，慢慢學習到巨觀與具象，然後是巨觀階層的抽象（個體內與個體間）交互作用。 

這樣的順序很奇怪，在建構概念上也會遇到很大的困難。尤其在沒有任何觀察植物的經驗下，學生其實是硬記憶這些名詞，然後用想像的形成概念。

另外一個在教植物主題的困難，其實是老師自己在理解這些植物的結構功能與反應時，其實可能也沒有觀察過植物生長的經驗。

也很少被自己師培時期的老師引導去思考在植物單元的主要教學目的會是什麼。

如果這個學生未來並不是植物學家，而是生醫、動物、分子生物、生物資訊等方向，那麼在植物主題會學到哪些對他們有幫助的重要理解呢？

想要進一步了解或思考的夥伴可以看

• 高中生物課程中的植物教學
• 高中生物課程中的植物教學-分享心得

這個會影響到老師如何梳理知識內容結構、重構學習知識的架構與歷程，當然也就會決定了學習活動的安排。

在這個地方最常見的安排就是介紹很多的名詞，然後介紹很多的關係。

對於老師也好、學生也好，可能都是覺得不知道學習的意義為何。

因為老實說在學光合作用、生殖、感應的時候，其實並沒有那麼需要組織層級的知識。

不過這並不是說這些知識並不重要，而是說這樣的知識在學習植物這個單元時，扮演的角色其實是應該是在不同層級。

所以我這個學期打算從學科本質出發， 將重點錨定在植物的結構特點如何讓生命形式與機制作用是與動物完全不同。

在數年前提取自己的生物學科本質如下

• 生命是不斷輸入能量、物質,有各種調控以維持秩序的複雜系統
• 生物學研究需使用實驗研究及歷史敘事尋求最有效解釋
• 生物體的現象與機制必然往提高生存與繁衍機會的方向改變(演化)
• 以物理及化學原理解釋生命系統中的基本現象

融合選修生物的學習內容後，本課程的重要理解有

第一章 生源說、有機演化、新自然發生說、生命形式的演化、內共生假說

➥生命的起源無法以實驗重現，只能先以邏輯提出數個可能假說，並以現有形態或實驗證據驗證"是否有可能發生"後，提出"最有可能"的情境。

    因此，實驗本身的論證歷程會影響假說的評估，而當實驗技術能取得的資料更新時，會有新的情境。

第二章 植物組織系統、四類植物組織、根莖葉的外部形態與內部構造

➥植物能自營且有細胞壁，因此生命形態(無限生長、高再生性、死細胞也有功能、分散式功能所以一器官多功能、只更新或圍堵但不修復)與動物完全不同，

➥跟動物對照，植物因定點生長，所以運用更多其他生物來改善生長條件(土壤真菌細菌、真菌細菌、其他動物)

第三章 必須元素、共質體運輸、質體外運輸、菌根、根瘤、蒸散流、氣孔開閉機制、光反應(光系統與電子載體、化學滲透機制)、固碳反應(卡爾文循環)、光合作用速率、壓力流

➥跟動物對照，植物因有細胞壁，所以能用較少的細胞形成連續管道，並運用物理原理以更省能量的方式進行物質的運輸

➥跟動物對照，植物能自營，因此能每年更新運輸管道，維持運輸效率

➥跟動物對照，植物能自營，因此有大量能量可用來形成各種不同酵素系統，能合成與分解更多種生物分子

第四章 花的結構與傳粉、世代交替、果實與種子的結構與傳播、種子萌發過程與營養來源、影響種子萌發的因素、植物激素的種類與功能、拮抗、向性、傾性、光敏素、光形態發生、光週期、開花素、春化作用、逆境、植物防禦

➥跟動物對照，植物因定點生長，所以生活史中有兩個可移動的階段，提高子代播遷效率，減少資源競爭

➥跟動物對照，植物因定點生長，當環境改變時，無法移動。所以必須要能偵測更多種類的訊號，也要有更多元的反應系統，配合或回應環境的變動，才能提高生存與繁衍的機會。

➥跟動物對照，植物用更少的化學分子與反應機制搭配出更多元的結果，精準對應生長發育、逆境、防禦等需求，能以更經濟的方式適應多變的環境。

考量概念形成的歷程以及學習困難，將課程的順序做一些調整讓學生有機會從巨觀的觀察開始，才慢慢進入到微觀的階層。

我安排前的學習活動順序為

1. 從觀察花與果實開始，理解兩者的關係，接著引入世代交替， 學習植物的各個階段變化如何讓世代交替可以進行，也探討世代交替的優點
   
   
2. 然後觀察種子的結構與發芽過程中的各種變化
   
   
3. 接下來才是看在這樣子的歷程當中有哪一些交互作用。
   
   
4. 這個階段引入激素、防禦與感應的概念與機制
   
   
5. 最後才是看這樣子的反應機制在器官層級是如何運作的。
   包含根莖葉的結構與功能的連結，以及器官間的交互作用。
   
   
6. 要能有上面的器官間作用機轉，在組織層級的結構要有哪些特點才能協助完成
   
   
7. 這些生命形式與策略是奠基於植物能自營及無限生長，所以接下來就會介紹光合作用。
   
   
8. 整個學期的最後則是結束在探討這些不同的生命形式是如何演化出來的，以及科學家如探究這種無法重現的現象。

如果我未來有機會再次教授這個主題，但是需要與其他老師共同分擔班級課務的話，順序還是可以調整成課本的次序，只要將每個單元活動的起點與收尾做微幅調整即可。

這樣的課程設計過程非常耗腦力，尤其是需要學生做單週的觀察，但是要形成時間軸的概念。

也要挑選合適的材料，讓學生是比較有感覺，還要考量操作的方便性。

既然是第一次測試的課程，所以就讓我逐週做紀錄與修正吧

以下是我的課程紀錄。

 除了雲端教室的部分之外，第一節課最重要的是確定成績計算的方式。

過去我在高三上課程通常安排實驗報告作為學期產出，今年配合這個主題的調整，改為讓他們做植物栽植報告作為平時成績的一半。

這個學期產出對老師與學生來說都是非常大的挑戰。

因為在高三上學期，學生通常會因為學測而有很大的壓力，比較沒有心思去做完全陌生的學習任務。尤其又是需要長期進行，更容易會沒有及早積極安排，到最後就放棄繳交。

這會對他們的成績有非常大的影響，所以也要思考如何讓學生覺得進行這個任務本身是有趣、沒那麼麻煩，幫助他們逐週具體的安排進度，確保他們至少會有一部分的成績。

 這項植物栽植研究的設計，理念是希望學生透過觀察紀錄與測量植物的生長，能夠真實地察覺一些現象，並且利用課本上的原理去解釋、預測，甚至去評估網路上各式各樣的資訊。

產出的形式可以是紙本或電子檔，也可以幫助他們在期末的時候作為學習歷程檔案、在高三下的作為備審資料。

也引導學生理解作為被審資料的學習歷程檔案，必須要能夠展示在學習上的一些成果，而不是像一般網路上的植物學小白可以有的紀錄。

記錄的部分要展現植物學的學習內容，使用學到的植物學描述方式與專有名詞，也要應用高二探究與實作所學習的科學研究特點。

觀察要有測量數據，就可以在結果部分以進階方式呈現趨勢、也可以進行分析比較。

例如不同植物在萌發時的條件與生長的速度差異是否能對應原產地的生態條件。

評分就分成四個等級

1. 僅有質性描述

1. 未使用植物學專有名詞

2. 有使用植物學專有名詞

2. 質性描述＋量化數據

1. 使用植物學專有名詞並以數據呈現具體狀態

2. 使用植物學專有名詞並整理數據

3. 質性描述＋分析後數據

1. 使用植物學專有名詞、分析數據趨勢，歸納抽象生長發育的現象

2. 使用植物學專有名詞並分析數據，比較多種植物生長發育趨勢的模式

4. 質性描述＋分析後數據＋以課本內容解釋

1. 以單一學理提出解釋與推論

2. 根據學理提出兩種以上解釋與推論，並比較、評估效力

內容必須包含上課各週的單元內容

▣ 動植物生命比較

▣ 花➜果實

▣ 種子➜種子苗

▣ 根莖葉生長 - 激素調控

     - 偵測環境與反應

▣ 根莖葉形態功能 - 物質運輸

     - 光合作用

▣ 植物組織系統 - 結構、功能與適應

                       - 動植物比較

同時發給學生開始規劃的計畫書，可以在本週後半自由觀察時間跟我討論。

 學生今天就可以決定要種什麼植物，以及還有他觀察的方向與重點會是什麼。

因為本次的活動中會提供水果（根據課本準備所準備的蘋果，還有我自己安排的花生、木瓜、西瓜、芒果、芭樂、青楓）給學生觀察，所以可以今天觀察完畢以後就帶回去，取種子開始培育，或者是他自己喜歡的水果。

我也提供校園植物的種子或果實，讓他們選擇。

（有很多選擇是重要的）

我也提前兩週將當季的水果種子做一些萌發與栽種測試，確保學生在自己進行育苗時，可以在兩週內萌發，三週內發芽，第四週則看得到葉子。
也在第一週上課時佈置在教室後方，讓學生自由操作時可以觀察與討論。

有很多方法可以不花錢就取得水果種子，所以老師們不一定要用買水果取種子。

像是冰店會有芒果核、飲料店或飲料攤會有金桔、西瓜、酪梨、木瓜等種子、甘草芭樂攤會有芭樂種子。

如果學生要用自己家裡面既有的種子也可以，唯一的限制就是要能夠從種子開始觀察。

 接下來就是課程正式開始。

一開始引導學生思考植物與動物的生命形式有哪些不同。

植物沒有動，是因為「不能動」，還是因為「不移動」其實有更多的好處？

 原先在這邊的課程設計是讓小組先討論，在白板上列出各組結論之後，由老師做彙整並且補充。

 不過，後來的班級我就調整為直接由我「快速而簡單地」介紹。

考量點有兩個。

第一，是如果在這邊做討論，學生會在第二節課的後半沒有機會跟我討論自己的規劃。

第二，學生所知有限（其實如果以我要討論的方向來說留很多生老師都不知道），這邊可以討論出來的東西會非常雷同。而且即使有迷思，也不適合老師在這個時間糾正。因為他們是尚未學過、不知道，而不是錯誤。

 簡單講過植物與動物的差異之後，就讓學生開始觀察花與果實，觀察看看果實跟種子是怎麼出現的。

 這邊開始就讓學生搭配學習單與課本，觀察花的結構與果實的剖面。

直接讓他們可以從多種水果的觀察，歸納出花的子房與胚珠的數量、排列方式，決定的果實裡種子的數量排列方式。

每組會領回一個大碗（有每人一個豌豆莢、花生莢、青楓果實）還有每人一朵百合花。

觀察完後，再來跟我領取另一個大碗（有蘋果、鳳梨、芒果、芭樂、木瓜、番茄，都有橫剖面與縱剖面並且包好保鮮膜）

學生要做的事情依序如下

花的部分先根據課本的描述，勾選百合花是屬於     

◻完全花 ◻不完全花          ◻整齊花 ◻不整齊花

◻兩性花◻單性花              ◻離瓣花 ◻合辦花

接著根據在學習單上的照片與上面百合花的練習，判斷豌豆、蘋果、鳳梨、青楓與花生的花是

◻完全花 ◻不完全花          ◻整齊花 ◻不整齊花

◻兩性花◻單性花              ◻離瓣花 ◻合辦花

然後將果實的剖面結構畫在學習單中。

並且要標註是從花的哪些結構發育而來。

花生要看完才能吃掉～～

上面的階段是給花與果實，讓學生歸納出子房、胚珠兩者與果實、種子的關係與相對位置。

有點小挑戰，但是學生還滿投入的，不會覺得無聊或是抱怨為什麼要畫。

每一個小組如果完成的話，就可以把自己的大碗拿來，跟我換另外一個大碗進行下一個階段。

第二階段是給學生（無名稱）花的結構，給定五種果實（也都有兩種切面、包好保鮮膜，放在大碗中，但是全班共用一組水果，一次只能拿一碗，判斷完再來跟我換第二碗），讓他們從果實中種子的數量與位置，推測可能是來自於哪一張圖中的花。

這邊是讓學生發現自己可能有的誤解，也讓我確認學生是否正確的理解子房、胚珠兩者與果實、種子的發育關係

果實的選項有西瓜、芒果、芭樂、木瓜、番茄。

這邊就有點難度，學生常常必須互相討論與反覆對照。我也就可以觀察（偷聽）學生判斷過程的推理，看看是否要做一些引導

當然這在一般課程裡面，老師兩句話就可以帶過這個部分。

不過就我的觀察學生其實並沒有真的理解這個關聯，所以常常在後面如果做應用的題目的時，還是不會連結到這個部分。

第三階段 種子成熟過程發生了哪些變化呢？

 在學生看完橫切面與縱切面後，就把前面選項中的西瓜分切給學生，讓學生把西瓜裡面的種子挑出來。

依照發育的成熟度去做排列（洗乾淨、排好、晾乾，貼在學習單中），觀察種子在成熟的過程當中有哪些變化。

 

最後，在這週的課程最後學生要能夠回答下列問題：

 

從花發育為果實需要很長的時間，結構上也有很多變化。

花的結構可以如何幫助植物有更好的花粉傳播與異體受精？請從下列特性及課本資訊提出你的想法。

1. 花瓣大小：                                                                           。

2. 花粉重量：                                                                    。

3. 單性花或兩性花：                                                                 。

果實的結構可以如何幫助種子有更好的傳播與發芽機率？請從下列構造的差異提出你的想法

4. 子房壁發育為多汁或薄片狀結構：                                                                       。

5. 種子從柔軟、微小發育為堅硬飽滿：                                                                  。

6. 有的果實只有一顆大種子，有的果實有非常多顆小種子：                          。

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在開學前的兩週，我不斷地在試種水果的種子，這樣可以確認學生自己種的時候，可能會遇到哪些問題。

同時也累積一些照片給學生做示範用。

因為我有引導他們在記錄時要有數據。

所以在這邊就可以讓他們比較具象的知道要做哪些事情。

而且我有規定拍照要有名字跟日期（免得他們用網路上的照片）

這樣就可以去紀錄各種發育的速度。

同時還要為下週的課程做準備。

下週學生會拿到熟花生莢、剛開子葉的花生芽（當週跟生機飲食店取得），還有一株已經長葉的花生幼株。

花生幼株會需要提前兩週開始從花生苗用水耕種，好讓學生看到根系

（所以要提前做另一次的取得）

我使用花生的考量有很多。

1. 花生可以從種子就讓學生覺得有樂趣（比起觀察黃豆或菜豆）
2. 花生米可以看到具體而微的幼胚結構，這是黃豆與菜豆比不上的。
3. 花生芽很大，各種構造都可以看得很清楚，甚至切面的維管束發育也可以區辨的出來（接下來我要測試一下食用色素是否能派上用場）
4. 花生幼株比較粗短，分枝與長葉可以在比較小的空間中讓學生觀察，老師在場地佈置與準備時比較簡單。

我也得到很多樂趣。自己種才知道原來金桔（還有很多水果）的種子是多胚。

不同種子所多出來的胚會有不同的來源，有的是來自胚乳，有的是來自珠被。

這顆就有兩個胚根，很可愛～

  很像小怪獸～～

從開始泡水算起的話，一個月可以長出有單身複葉的葉子～～

芒果的種子超奇怪，但很好玩～

網路上很多文章說如何打開那個果核，但其實很簡單，只要把某個角落（紅色箭頭）撕開就好。

種子在裡面似乎會開始發育，因為我開過四個，有的根都已經突出到果肉、有的已經木質化，也有像這邊的還是青青的。

比較青春的種子，還可以看到明顯小一號的種皮跟連結的構造。

泡水一天後，某個位置會打開，裡面有小小的綠芽～

  一個月的變化

 一個月的西瓜則是可以長這樣～

我還有火龍果、芭樂、龍眼、榴槤、酪梨～～