11101選修生物主題二－第十週 結合學科本質、由巨觀到微觀的植物組織系統，咻咻咻就上完了!

我的所有課程設計都是圍繞著我在做研究教師時，萃取的高中教學應有的生物學科本質。

• 生命是不斷輸入能量、物質,並有各種調控機制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 

即使是這次的植物組織也是一樣。

而且將運輸中的壓力流合併在這邊，真是太適合了

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這周打算試試看快速讓學生走完組織系統的設計。

以前我是會寫板書，然後用功能看細胞在結構上的需求，然後系統性的把相同結構的細胞抓出來看，最後用例子讓學生熟悉(以前的課程紀錄)

今年因為先上了植物的各種生理功能與各部位結構，所以得延續由巨觀往微觀的脈絡。

這邊主講左邊，而且先不講篩管、伴細胞等名詞。

主要的階段:

一、壓力流概念

上周的木質部運輸可以運用物理原理，是因為水與鹽只需要由下往上。可是植物也有其他方向運輸的需求。

例如有機養分，就常常需要是從葉子運到其他地方。因為葉子才是主要進行合成物質的地點。

可能需要運去花與果實(剛好有學生種的小黃瓜竟然開花了)，也可能要運去根啊。

這個時候就需要另一套機制與管線了。

用的方式很簡單。

就是一端透過主動運輸造成蔗糖濃度上升，旁邊的水跑過來導致水壓上升。

另一端用同樣的機制但相反的方向，讓水壓下降。

這樣一來，液體就會流動了

(簡單問為什麼是以蔗糖來運，而非葡萄糖或澱粉，帶學生去思考化學性質在這邊可能的影響)

二、韌皮部的細胞特徵

這邊是大約半節課的討論，我超喜歡的。在合適的操作下，學生會非常投入。

首先是對照木質部完全運用物理與大氣原理，所以細胞死掉能提供寬闊的管道空間，很是合理。

但韌皮部的管子因為需要用到主動運輸的機制，所以一定是活細胞。

更奇怪的是，主要的細胞竟然沒有核!

沒有核就很多事情不能做，不能轉錄轉譯，合成新物質，甚至會讓細胞壽命變短。

那麼，為什麼這個細胞會沒有核呢?

沒有核有什麼樣的巨大好處，讓這個細胞即使壽命縮短，也都對植物的生存是有幫助的呢?

(停大概十秒鐘，讓學生以為要討論，但不知從哪邊開始想起)

接下來就直接問，那我們身上有沒有活細胞但是沒有細胞核呢??

學生很快就會回答紅血球~

太好了

我就會說，所以紅血球的壽命也是超短的。

因為紅血球是必須要暴露在大量氧氣的細胞，氧分子會攻擊細胞膜上的脂肪酸。

沒有核，不能轉錄轉譯，就沒有新物質能修復了!!!

那麼。

❓❓沒有核有什麼樣的巨大好處，讓這個細胞即使壽命縮短，也能對動物的生存有幫助呢?

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指導語如下

給大家五分鐘，提出一個小組的同學想到的意見

但不用擔心，這個沒有唯一正確答案。畢竟，演化的優勢，只能找最合理的猜測，而沒辦法"證實"

待會我會隨機抽每組的特定一位同學，把小組想到的想法分享給全班

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上面的指導語中有三個安全保證，通常能讓學生學的安全，小組應該都可以開始討論

時間不用長，只要有機會聽到學生說："我覺得應該是....因為......"，就可以收線。

可能是因為題目本身看起來不一定有唯一正確答案，也看起來好像不一定需要很多科學名詞
(沒有核有什麼樣的巨大好處，讓這個細胞即使壽命縮短，也能對動物的生存有幫助呢?)

可能是我已經保證是沒有人知道唯一正確答案。

也可能是前面課程的經營與經驗。

所以學生在我的話結束後，就轉身到小組中開始要討論。

這讓我超開心，暗爽在心裏哈哈。

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通常我都是用"選小組的座號第X大的學生"，有時候也會選小組座位在第X象限(學生坐田字型的座位)

但這個班是跨班的，用位置選又可能讓我自己陷入太有針對性地陷阱，所以就是學號末兩碼第X大的學生。

這邊點學生的時候，節奏要快。

只要學生可以說出一個主要因素，老師幫助學生把句子講完就好。

❌老師的回應要記得"不要"說"那這樣會有XXX的問題"

❌也切記不能總是快速打槍某些答案，只追問自己覺得正確的答案

⭕只要提出如果是這個因素，要考量OOO的條件或是提出一個無法解釋的例子

⭕這時候可以問有沒有哪些組是相同的主張，是否有更多的解釋方式。

⭕也可以問有沒有哪些組是不同的主張，如何看待這個主張。

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學生常見的主張有

1. 沒有核的體積比較小，比較好移動
2. 沒有核比較輕，比較好移動
3. 沒以核可以帶更多氧氣
4. 沒有核比較省能量，可以攜帶更多氧氣
5. 沒有核比較省能量

可以參考的回覆如下，重點都不在找到正確答案，全部都是在帶著學生學習思考一個生物問題時常見的策略!

1. 沒有核的體積比較小，比較好移動
   👉那我們要先確認微血管的直徑是否跟紅血球接近
   👉又或者是其他動物有紅血球必須要經過微血管的，是不是也都沒有核
   👉血管中好像還有白血球，那個好像比紅血球大很多~
   
   
2. 沒有核比較輕，比較好移動(這是我很歡迎的答案，而且我也真的沒有支持或反對)
   👉我會有這樣的語氣 "啊，這是一個good guess! " (我們在課程中不斷強調這個，因為生物是複雜系統，沒有什麼可以完全被證實，只有解釋力最高的假說) 👉而且我會謝謝這個答案，因為有機會讓我帶大家思考在生物學中很重要的切入方式-"尺度" 在物理學的內容中，討論重力一般都是在肉眼可以看到的尺度中。 當尺度縮小時，就會有很多其他類型的作用力開始可能變成主導。 例如布朗運動，就不太討論重力的影響。 👉所以在紅血球的尺度，我們得想想，重力在這邊能影響的部分。 尤其對於單一個紅血球來說，血漿沖著它跑，好像比較像流體力學的情境~
3. 沒以核可以帶更多氧氣，因為空出空間
   👉可是紅血球沒有核以後，是塌下去的欸
4. 沒有核比較省能量，所以可以攜帶更多氧氣
   👉這邊只要問為什麼就可以了。通常學生說不出來。 老師只要歪頭表示一個是能量、一個是物質，中間的關聯是什麼呢? (但戲要演好)
5. 沒有核比較省能量 👉這個追問下去，有可能會有學生說因為這樣就轉錄轉譯，所以比較省能量，就可以繼續問，為什麼轉錄轉譯需要能量?(要追到學生使用同化代謝或是聚合物的概念) 👉也有其他主張的學生會說可是還有粒線體啊。 這個時候可以問清楚學生的想法。 我碰過兩種想法。 一個是因為還有粒線體，所以都還是會一樣進行很多有氧呼吸，消耗很多能量。 也有是說因為還有粒線體，所以會一直把氧氣消耗掉。 這個時候，老師就要演一下"ㄟ~~~，那這樣好像如果我們確定一下紅血球有沒有粒線體是很重要的"
   
   有的學生會想起來高一的考卷有出現過紅血球沒有粒線體。
   也可以讓學生現場用手機查。
   
   邏輯是這樣的，如果我們認為沒有核比較省能量，但我們又記得其實有沒有粒線體會大幅影響葡萄糖產能的效率。那麼，如果紅血球有粒線體，那麼"比較省能量"這個事情會發生的可能性就低。
   
   反過來，如果紅血球沒有粒線體，那麼"比較省能量"才有細胞結構上的合理支持。
   (一樣這邊帶到有越多方面的資料支持的答案，解釋力會比較高)
   (也帶到結構與功能一定綁在一起)
   
   也有的學生會在知道紅血球沒有粒線體後，冒出一個問題是，沒有粒線體為什麼消耗比較少能量。這時候就可以讓其他學生試著解釋看看。 如果真的沒有，老師可以順便複習一下發酵作用。
   
   不過這並沒有解決"沒有核比較省能量是因為不轉錄轉譯，還是因為沒有粒線體"?
   
   也就是，是因為不轉錄轉譯所以連粒線體也弄掉，還是因為沒有粒線體提供足夠能量去轉錄轉譯。
   
   也有學生會說有粒線體會消耗紅血球要運輸的氧氣。
   
   記得要大大稱讚，

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以上的討論幾乎都沒有用到"因為老師知道比較多生物知識"去讓學生發現自己需要再多一些思考。

這是非常重要的!

這樣學生才會相信他的思考是有意義的，而不會就等老師給答案(因為想了也不會是對的答案)

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也有學生會說有粒線體會消耗紅血球要運輸的氧氣。

記得要大大稱讚，因為我也覺得這是很合理的(但不能說是合理的猜測)

畢竟運鈔車的司機如果拿車裡的鈔票去買自己的東西就很尷尬!!!

精彩的轉折來了。

我說，不過我們要討論的其實是篩管。

好在篩管既不需要流動、也不需要通過微血管，更不需要運送氧氣。

所以從上面的討論中，我們篩掉1-4，只剩下省能量這個方向惹。

而且還可以加上篩管運送蔗糖，如果有大量的有氧呼吸，就可能讓蔗糖還沒運到目的地，就被攔截消耗完了。

要跟學生說，不過我沒有那麼確定篩管細胞有沒有粒線體。

我們可以查一下，如果也沒有，那就太好了，表示減少能量消耗(而非氧)的方向是很有可能的喔!!

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回到這張圖

既然篩管沒有核，那麼蔗糖進出的控制就需要旁邊的細胞來主導，叫做伴細胞。

雖然用"伴"細胞，但其實是主控權在它。

另外一個也很重要的是，篩管隔壁一定是木質部，才能有源源不絕的水。

這也是為什麼在莖的橫切面上，不論是哪一類植物，韌皮部與木質部都是並列在一起。

這時候一樣帶學生看一個是單圈，一個是多圈，讓學生自己想哪個在運輸上比較有效率。

我們之前有說過單雙子葉在演化上其中一個比較advanced，讓他們自己猜哪個是單子葉。

右邊的是單子葉，但是缺點是不能像雙子葉一樣每年增粗，因為變粗在結構上沒有意義，會讓內側的維管束失效。

但我們又說過篩管沒有核，壽命短。需要有新的篩管來代替!

所以單子葉植物怎麼辦?要有新篩管才能活久一點，但它又不會又新篩管~~

呵呵呵，就不要活這麼久啊。子代數量才是重點。活的時間長並沒有意義。

(順便說說人類的失敗演化方向)

不過雙子葉雖然可以增粗，但有另一個問題。

因為不是只有新的篩管，也會有新的導管。

問題在哪裡?

就是往外增加的直徑會使得表皮破裂。

這邊就提起我們在植物學一開的時候有說到植物細胞有全能性，所以皮層的細胞就會回春哈哈。變成會分裂的細胞。

往外弄出更防水的細胞。簡單講樹皮囉~

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印象中，上到這邊是下課的

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第二節課一開始，回到這一張。

既然是假說，表示還沒有驗證完整。

那要怎麼設計實驗來檢驗呢?

(老師們也可以想想看喔)

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這邊要帶學生學的是，面對一個複雜假說時，如何先用思想實驗去排出好的待解決問題順序!

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邏輯上，應該先檢驗什麼問題呢?

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一樣是帶著學生想喔，不是丟給學生討論喔

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我們應該先處理最直接的因子~因為最直接的因子如果不成立，其他間接的都不用花時間啊

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哪一個呢?

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就是管中液體移動真的是壓力差造成的嗎?

讓學生去想，管子中的液體除了受兩端水壓差的驅動外，還有哪些可能的方法造成水的移動呢?

記得要有耐心等候學生思考。

學生有機會提出重力或是濃度兩個因素

那我們就可以繼續想想看如何推理或做實驗排除這兩個因素。

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如果我們(老師與學生)可以想出方法排除重力與濃度直接造成液體移動，那麼水壓差就是值得我們繼續探討的因素。

接下來呢?要檢驗什麼問題?

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接下來就是壓力差是因為蔗糖濃度改變造成的液體體積改變......

根據實際有的時間長度，老師可以決定在這邊的討論時間與節奏

因為不是要真的想出實驗怎麼設計，而是生物學常用的設計實驗的邏輯與脈絡

整個系統應該是分成這四階段。

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好喔，我們從一開學到目前為止，學過好多細胞。

這些細胞一開始被分裂出來的時候都一樣，但因為要能執行特定功能，所以慢慢有不同的結構。

植物跟動物都一樣。

植物有更特別的兩點。

一是可以用死細胞提供某些功能。

二是可以在細胞壁上做很多變化。

接下來是猜猜看時間。

小組內，四個人先各分一類細胞，猜猜看在結構上可能有哪些特點。

然後在我們前面上過的課程中，在植物的根莖葉裡，分別有哪些構造會提供這些功能

可以根據前幾週學習單上註記的對應課本頁數去查閱。

但「不可以」翻今天的學習單上註記的對應課本頁數。

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接下來是四個人組合與討論的時間。

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現在才開始帶著學生看課本上植物組織的內容。

只帶他們看一小段。

例如這一段

裡面就提到會不斷分裂的細胞是薄壁、纖維素，而且在頂端分生組織跟形成層。

還有行光合作用的細胞也是薄壁、纖維素，而且在葉肉。

接下來再給學生時間，對照這個部分的課文，調整自己原來的勾選。

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最後我才快速講這個單元的脈絡。

但是重點在引入層級概念、單型與複合組織。

實際進到個組織細胞，也是用「功能」對應「死活」「是否分裂」「細胞壁結構」與位置。

這邊才介紹維管束裡面並不是只有疏導組織與分生組織，還有厚壁細胞形成的纖維。（我前面在講運輸機制時都特別避開。）

到這邊會剛好第二節課結束～～～～

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下週會接著讓學生在某種規劃中去學習生物組織的觀察與歸納。

後面接著這張整理表，還有開書考。

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有發現雖然我講的時間很少，但學生其實看了很久課本，也用兩種不同的方向去看植物組織嗎？？

而且我講課的時候，學生是已經看過課本內容了喔。。。