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阿梅的生物圈一號韓中梅製作,以創用CC 姓名標示 3.0 台灣 授權條款釋出。
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這個部落格的目的

1.讓學生在需要時能有材料自學/預習/複習
2.生物教師(現在及未來的)能一起討論更棒的教學活動

所以請求檔案分享時請您寫個信告訴我您是誰囉~


感謝台中二中葉婉儀老師、台南二中李宜欣老師、平鎮高中蔣佑明老師、嘉義高中林芳妃老師、旗美高中蔡佳娟老師融入校內課程
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2022年11月11日 星期五

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。。。

 

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