史佳琴

（蘇州高新區(qū)第一中學(xué) 江蘇蘇州 215011）

1 教材分析與設(shè)計思路

“植物組織培養(yǎng)原理與應(yīng)用”是人教版《選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》第二章第一節(jié)的內(nèi)容，是植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用之一，也是植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的基礎(chǔ)。在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中，本節(jié)課的內(nèi)容隸屬于選擇性必修課程模塊3“生物技術(shù)與工程”中的大概念4，即“細(xì)胞工程通過細(xì)胞水平上的操作，獲得有用的生物體或其產(chǎn)品”。通過新授課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握無菌操作、植物組織培養(yǎng)的條件與過程，因此教師可引導(dǎo)學(xué)生對已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深化和拓展。由于高三學(xué)生的時間有限，課前一周，教師組織學(xué)生到學(xué)校的生物組培實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及基本操作；學(xué)生分組自主完成探究實(shí)驗(yàn)，以便于課堂上交流總結(jié)。

《關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》中指出，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力是高考將考查的重點(diǎn)。知識結(jié)構(gòu)化是把看似混亂、無序的信息按照一定的聯(lián)系結(jié)構(gòu)重新整合，用來更好地學(xué)習(xí)、思考、表達(dá)和解決問題的一種思維過程?；谔招兄纳罱逃砟?，下面以“植物組織培養(yǎng)原理與應(yīng)用”的復(fù)習(xí)為例，教師用真實(shí)的情境展現(xiàn)問題，創(chuàng)設(shè)與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的問題解決的環(huán)境，在問題的引領(lǐng)下將教材內(nèi)容進(jìn)行劃分，形成知識組塊，引導(dǎo)學(xué)生主動探究。教師引導(dǎo)學(xué)生將重要的事實(shí)、概念、過程等聯(lián)系起來形成良好的知識結(jié)構(gòu)的同時，引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷生物學(xué)知識產(chǎn)生的過程，幫助他們發(fā)現(xiàn)各知識點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，提升其遇到問題積極思考、探究、歸納分析的綜合能力，內(nèi)化成解決問題的技能，進(jìn)而提高核心素養(yǎng)和思維能力。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過資料分析，針對人類生產(chǎn)生活實(shí)際需求，說出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理，以及與微型繁殖的聯(lián)系，并能描述人工種子、脫毒苗的制備方法，解決實(shí)際困難。

（2）在植物細(xì)胞工程中基于問題運(yùn)用生物學(xué)基本概念和原理，選取相應(yīng)生物技術(shù)和方法，進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計和過程操作。

（3）能夠根據(jù)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理，聯(lián)系誘變育種、單倍體育種、基因工程育種等技術(shù)，說出作物育種的新途徑，增強(qiáng)認(rèn)知建構(gòu)能力和綜合運(yùn)用能力。

3 教學(xué)過程

3.1 情境設(shè)疑，導(dǎo)入新課

教師播放位于“九大仙草”之首的藥用植物——鐵皮石斛的視頻，針對野生鐵皮石斛的瀕危之困，提出問題：如何實(shí)現(xiàn)鐵皮石斛的大量快速繁殖以滿足市場需求？學(xué)生想到利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行微型繁殖，由此引出本節(jié)復(fù)習(xí)課的主題——植物組織培養(yǎng)技術(shù)。教師解釋：工廠化生產(chǎn)鐵皮石斛時，可以利用少量外植體材料，循環(huán)操作某些流程就可以實(shí)現(xiàn)大量微型繁殖。

設(shè)計意圖：教師呈現(xiàn)生產(chǎn)、生活中遇到的實(shí)際難題，使學(xué)生在教學(xué)與生活生產(chǎn)中實(shí)際問題之間搭建起橋梁，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境激發(fā)學(xué)生聯(lián)想，調(diào)動學(xué)生的思維。

3.2 合作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程結(jié)構(gòu)化

課前學(xué)生通過教師發(fā)放的實(shí)驗(yàn)任務(wù)單（表1），完成分組實(shí)驗(yàn)。課堂上，教師通過設(shè)置一系列問題串：①微型繁殖利用的植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理是什么？主要過程有哪些？②植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些？③在展示的MS培養(yǎng)基配方中分別含哪些大量元素和微量元素？用蔗糖作為有機(jī)碳源的優(yōu)勢有哪些？④培養(yǎng)過程如何促進(jìn)生根和長芽？⑤無菌操作流程對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響？學(xué)生在帶著問題回顧基礎(chǔ)知識的同時，結(jié)合課前完成的分組實(shí)驗(yàn)，小組進(jìn)行結(jié)果交流分享。

表1 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)及探究任務(wù)單

甲組學(xué)生展示、匯報：滅菌不徹底的培養(yǎng)基會長出霉菌等微生物，導(dǎo)致愈傷組織等難以正常生長。MS培養(yǎng)基中添加蔗糖，除了為植物提供更多的碳源和能源物質(zhì)外，能更好地維持培養(yǎng)基中低滲環(huán)境，避免植物因細(xì)胞脫水而生長受影響。此外，通過與添加葡萄糖組對比，微生物生長最容易利用的是葡萄糖。乙組學(xué)生匯報不同濃度試劑的處理組合下外植體的誘導(dǎo)率和染菌率不同：外植體的誘導(dǎo)率最高而染菌率相對較低的是體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氯化汞組合濃度，實(shí)驗(yàn)材料不同結(jié)果有差異。丙組學(xué)生匯報植物激素生長素與細(xì)胞分裂素在不同使用比例下的結(jié)果，分析不同種類的培養(yǎng)基主要區(qū)別在于激素的巧妙應(yīng)用，并指出部分植物脫分化過程有光會導(dǎo)致不出現(xiàn)愈傷組織而生成維管組織，但工廠化生產(chǎn)鐵皮石斛對愈傷組織的擴(kuò)大培養(yǎng)可以不避光。師生總結(jié)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)的過程因植物種類、提取部位、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡炔煌胁町悾⒎鞘且粋€僵化的過程。

設(shè)計意圖：課前，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)任務(wù)單，完成組內(nèi)合作探究，在實(shí)踐中將植物組織培養(yǎng)的基本實(shí)驗(yàn)流程結(jié)構(gòu)化。學(xué)生通過親自實(shí)驗(yàn)，定時觀察，如實(shí)記錄，在合作實(shí)踐與嘗試中學(xué)習(xí)，完成對知識的梳理、重構(gòu)，有助于保持旺盛的學(xué)習(xí)和探究熱情。學(xué)生不僅能說出實(shí)驗(yàn)原理、流程等，對探索實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題進(jìn)行分析歸納思考，在交流合作過程中還可以生成知識。這些經(jīng)歷可以提高他們分析問題能力和深入思考能力，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)思維。

3.3 挖掘材料，在任務(wù)驅(qū)動下探究

教師展示野生鐵皮石斛極為細(xì)小的種子圖片，創(chuàng)設(shè)情境：這些種子在自然條件下很難正常萌發(fā)和保存。鐵皮石斛含有多糖類、生物堿類、倍半萜類及揮發(fā)油類等多種藥用成分。如何獲得鐵皮石斛的種子？如何利用所學(xué)知識在短時間獲得鐵皮石斛中大量重要生物活性物質(zhì)？學(xué)生在學(xué)案上寫出流程圖。學(xué)生討論后，得出：獲得鐵皮石斛種子的流程是取外植體→培養(yǎng)至愈傷組織階段→胚狀體、叢芽→人工種子；獲得生物活性物質(zhì)的流程是取外植體→培養(yǎng)至愈傷組織階段→在液體培養(yǎng)基中懸浮震蕩培養(yǎng)→提取多糖及生物堿。

植物愈傷組織經(jīng)懸浮培養(yǎng)可得到有藥用價值的細(xì)胞產(chǎn)物，但也出現(xiàn)了新的問題。教師接著呈現(xiàn)情境，引導(dǎo)學(xué)生思考：技術(shù)人員在對鐵皮石斛的原球莖（簡稱PLBs，類似愈傷組織的高級階段）進(jìn)行懸浮培養(yǎng)時，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞干重隨蔗糖濃度和pH變化而下降。①愈傷組織細(xì)胞干重在后期下降的可能原因有哪些？②培養(yǎng)過程中，不斷通入無菌空氣并進(jìn)行攪拌的好處是什么？學(xué)生分析后回答。

設(shè)計意圖：教師充分挖掘材料，通過問題情境幫助學(xué)生聯(lián)想到人工種子和細(xì)胞懸浮培養(yǎng)的技術(shù)，使學(xué)生理解植物組織培養(yǎng)技術(shù)已應(yīng)用于社會生產(chǎn)的各個方面。同時，結(jié)合愈傷組織培養(yǎng)過程出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生串聯(lián)復(fù)習(xí)細(xì)胞培養(yǎng)中的知識點(diǎn)。

3.4 思維延展，用多種技術(shù)解決新問題

教師指出：鐵皮石斛組培苗由于反復(fù)培養(yǎng)易受病毒的侵染，導(dǎo)致品質(zhì)退化，通過脫毒技術(shù)可提高鐵皮石斛的產(chǎn)量和品質(zhì)。如何獲得脫毒的鐵皮石斛植株？學(xué)生聯(lián)想到脫毒苗技術(shù)。教師展示不同熱處理時間、莖尖長度等實(shí)驗(yàn)條件下對脫毒苗成活率和脫毒率的影響數(shù)據(jù)，學(xué)生總結(jié)對鐵皮石斛的莖尖脫毒效果更好的實(shí)驗(yàn)條件。

教師介紹植物抗病毒機(jī)制的最新科研情況：2020年10月9日出版的雜志報道了中國科技大學(xué)趙忠團(tuán)隊(duì)的研究成果，找到了植物中普遍存在的干細(xì)胞免疫病毒的關(guān)鍵因子——WUSCHEL（WUS）蛋白，由WUS基因表達(dá)產(chǎn)生，易受病毒感染誘導(dǎo)，闡明了植物干細(xì)胞廣譜抗病毒的機(jī)制。并引導(dǎo)學(xué)生思考：①鐵皮石斛脫毒苗會感染病毒嗎？②若想獲得抗病毒鐵皮石斛可用什么方法？其遺傳學(xué)原理是什么？需要處理什么結(jié)構(gòu)？學(xué)生分組討論，提出：誘變育種和用轉(zhuǎn)基因技術(shù)育種等，誘變后培育出的鐵皮石斛不一定抗病毒，可以利用基因工程向植物導(dǎo)入抗病毒基因，定向改造生物。教師總結(jié)并繼續(xù)延展學(xué)生思維：檢測獲得的轉(zhuǎn)基因鐵皮石斛植株是否具有抗病毒的特性，往往需要進(jìn)行個體生物學(xué)水平鑒定。教師引導(dǎo)學(xué)生思考簡單的實(shí)驗(yàn)思路。

設(shè)計意圖：教師在日常教學(xué)中帶領(lǐng)學(xué)生在聯(lián)系知識的同時，也注重多級開放，關(guān)注科研進(jìn)展。將鐵皮石斛面臨的問題逐步呈現(xiàn)在學(xué)生面前，激活知識之間的聯(lián)系，以強(qiáng)有力的情境引導(dǎo)學(xué)生提取和遷移知識，轉(zhuǎn)化成解決實(shí)際問題的技能。學(xué)生在應(yīng)用過程中感受到科學(xué)帶來的福祉，更能激發(fā)學(xué)習(xí)的動力與熱情。

3.5 構(gòu)建結(jié)構(gòu)化知識框架，引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)

教師呈現(xiàn)資料：鐵皮石斛的不同部位都可以食用，發(fā)揮的功效也不同，市場上存在的石斛產(chǎn)品，多數(shù)是對鐵皮石斛不同部位進(jìn)行粗加工和深加工得到的，如石斛鮮條、石斛粉等。教師提出問題：①從鐵皮石斛上取下的不同部位，經(jīng)植物組織培養(yǎng)后，得到的基因型都和親本一致嗎？②花藥離體培養(yǎng)得到的是什么植株？有什么特點(diǎn)？③哪些措施能夠獲得穩(wěn)定遺傳的植株？學(xué)生討論后總結(jié)：通過改變外植體，如提供花粉、雜種細(xì)胞、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞等，就可以利用植物組織培養(yǎng)得到不同的產(chǎn)品；利用物理或者化學(xué)方法處理愈傷組織，有希望得到突變體，這為作物育種提供新的思路。教師結(jié)合以上問題，請學(xué)生構(gòu)建圍繞植物組織培養(yǎng)的知識框架，同時借助希沃教師助手展示學(xué)生寫的結(jié)果，通過學(xué)生自評、互評后完善流程圖，具體如圖1所示。

圖1 植物組織培養(yǎng)的知識框架

設(shè)計意圖：植物組織培養(yǎng)除了應(yīng)用于微型繁殖、作物脫毒、人工種子等，還可以結(jié)合其他育種技術(shù)。深度學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)生要在深入理解的基礎(chǔ)上，將知識遷移到不同新情境下以解決問題。在“解決野生鐵皮石斛瀕危之困”的背景下，運(yùn)用整體聯(lián)系的觀點(diǎn)將相關(guān)的現(xiàn)代生物技術(shù)綜合起來思考，能夠點(diǎn)燃學(xué)生的思維火花，激發(fā)探究欲望，培養(yǎng)高階思維。這樣既鍛煉了學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐中的認(rèn)知建構(gòu)能力，又促進(jìn)學(xué)生對知識的遷移，使學(xué)生真正體會知識技術(shù)背后的應(yīng)用價值，有助于提升解決實(shí)際問題的能力，同時磨練科學(xué)思維，增強(qiáng)社會責(zé)任意識。

4 教學(xué)反思

4.1 知識結(jié)構(gòu)化，為思維而教

美國著名心理學(xué)家布魯納指出：“獲得知識，如果沒有完整的知識結(jié)構(gòu)把它們聯(lián)系在一起，那是多半被遺忘的知識?！苯處熞么龠M(jìn)提取和應(yīng)用的方式組織知識，幫助學(xué)生將碎片化知識檢索出來。本節(jié)課上，教師從探索實(shí)驗(yàn)開始，把問題分解后以任務(wù)單的形式布置給學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐與試錯中學(xué)習(xí)，重視動手實(shí)踐與合作能力，確保學(xué)生有充分的機(jī)會去探索感興趣的問題。再以問題串引領(lǐng)他們探討構(gòu)建實(shí)驗(yàn)部分單元知識。學(xué)生在問題的引導(dǎo)下通過檢索知識來解決實(shí)際應(yīng)用中的難題，再以專家的視角，將不同的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行串聯(lián)，分類歸納形成知識主題，將內(nèi)容結(jié)構(gòu)化。教師重視學(xué)生的思維過程，讓學(xué)生與同學(xué)、與教師、與自我對話，逐漸養(yǎng)成像科學(xué)家那樣使用小問題分析能力和慣性思維進(jìn)行思考和問題解決的習(xí)慣，在實(shí)踐中逐層提高思維結(jié)構(gòu)，改善思維品質(zhì)。

4.2 問題情境引領(lǐng)，以能力為重

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是接受和使用信息的過程。教師注重知識實(shí)際應(yīng)用，可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)。本節(jié)課中，教師以真實(shí)問題“如何解決野生鐵皮石斛瀕危之困”作為科學(xué)思維、科學(xué)探究的主線，提供一系列情境資料，引導(dǎo)學(xué)生在問題導(dǎo)向下思考、任務(wù)驅(qū)動下探究，并按照“問題情境—問題解決—知識延展—知識深化"幾個環(huán)節(jié)展開教學(xué)過程。面對多角度開發(fā)鐵皮石斛產(chǎn)品中遇到的問題，教師設(shè)計遞進(jìn)式問題將植物組織培養(yǎng)技術(shù)條件、人工種子、脫毒苗等生物技術(shù)緊密結(jié)合，自然融入多種育種方式，將知識放在一個整體框架中，層層展開，環(huán)環(huán)相扣。學(xué)生從對知識的記憶學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為運(yùn)用概念、原理等解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)了問題引領(lǐng)、能力為重、素質(zhì)為基、問題解決的課堂。

4.3 實(shí)驗(yàn)探究，考慮學(xué)生未來生活需要

植物組織培養(yǎng)技術(shù)的專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，讓學(xué)生參與實(shí)踐，可為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和職業(yè)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。在生物學(xué)教學(xué)中，教師要考慮學(xué)生未來的生活需要，引導(dǎo)其將來將學(xué)到的技能應(yīng)用于實(shí)踐。本節(jié)課基于真實(shí)問題的研究，創(chuàng)設(shè)條件為學(xué)生提供實(shí)踐機(jī)會，設(shè)置了探究空間，放手讓學(xué)生在體驗(yàn)與試錯中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)動手實(shí)踐能力，提高合作意識，產(chǎn)生思維碰撞，確保學(xué)生有充分的機(jī)會去探索感興趣的問題，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實(shí)踐操作的緊密聯(lián)系，使學(xué)生在體驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)知識的遷移、知識的創(chuàng)造和智造。教師注重將學(xué)生培養(yǎng)成心系社會，善解難題，服務(wù)社會的人，協(xié)調(diào)發(fā)展其生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任，使其具備適應(yīng)社會發(fā)展需要的必備品格和綜合能力。