“植物細胞工程的實際應用”教學設計

吳佐建　張元輝

1 教學分析和設計思路

1.1 教材分析

“植物細胞工程的實際應用”是人民教育出版社2011年版《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》中的一節(jié)內(nèi)容。“植物細胞工程的基本技術(shù)”是學習本節(jié)內(nèi)容的基礎，主要包括植物繁殖的新途徑（微型繁殖、作物脫毒和人工種子）、作物新品種的培育（單倍體育種和突變體的利用）以及細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)等三方面的內(nèi)容。在STSE（科學·技術(shù)·社會·環(huán)境）教育方面，教材以“資料分析”的形式介紹了我國紅豆杉慘遭浩劫的例子，引導學生討論植物細胞工程技術(shù)在資源節(jié)約、環(huán)境保護方面的重要意義。因此，本節(jié)課的教學設計應重視滲透STSE教育。

1.2 學情分析

“植物細胞工程的實際應用”作為《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》中的一節(jié)，學生已具有相應必修內(nèi)容的學習基礎：在《必修1·分子與細胞》中，學生學習了“細胞的分裂和分化”“細胞的全能性”等內(nèi)容，這些內(nèi)容能幫助學生進一步加深對植物細胞工程應用的原理的理解；在《必修2·遺傳與進化》中，學生學習了“基因突變和誘變育種”“單倍體育種”等內(nèi)容，這些內(nèi)容能夠幫助學生理解植物細胞工程在育種方面的應用；在《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中，學生學習了“生態(tài)系統(tǒng)”“生物多樣性的保護”等內(nèi)容，這些內(nèi)容能夠幫助學生認識到保護紅豆杉的意義和重要性，為學生的學習遷移打下基礎。但是，本節(jié)課內(nèi)容涉及較多的基礎知識，具有一定的綜合性和復雜性。因此，教師可以通過思維導圖的方式，引導整理知識脈絡、建構(gòu)知識體系。

1.3 設計思路

基于對教材和學情的分析，本節(jié)課的教學思路設計為兩條主線。第一條主線為情境主線，以此滲透STSE教育。通過這條主線，本節(jié)課將創(chuàng)設“拯救紅豆杉”這一問題情景，并圍繞這一問題情境，展開教學活動。第二條主線為思維主線，通過活動訓練學生的思維，幫助學生梳理新舊知識的關(guān)系，構(gòu)建符合自身認知心理的知識框架，并能運用發(fā)散思維應用新知識。這條主線主要包括思維導圖和頭腦風暴2個課堂活動。

2 教學目標

2.1 知識目標

通過繪制思維導圖，列舉植物細胞工程的應用。

2.2 能力目標

通過開展頭腦風暴活動，進行發(fā)散性思維訓練。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標

以紫杉醇的開發(fā)為例，關(guān)注植物細胞工程研究的發(fā)展和應用前景。

3 教學過程

3.1 創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

教師通過展示紅豆杉的圖片，向?qū)W生介紹紅豆杉。請學生閱讀教材的“資料分析”欄目資料，了解紅豆杉的現(xiàn)狀。在此基礎上，教師進一步補充相關(guān)資料：① 因為紅豆杉的樹皮有抗癌物質(zhì)——紫杉醇，所以有許多人進入林中來剝樹皮，使得紅豆杉的數(shù)量急劇下降；② 1994年，紅豆杉被中國定為一級珍稀瀕危保護植物；③ 紫杉醇是治療轉(zhuǎn)移性卵巢癌和乳腺癌的最好藥物之一，同時對肺癌、食道癌也有顯著療效，是這些病人的希望；④ 許多人之所以會做出剝紅豆杉樹皮的違法行為，貧困是主要原因之一。

師生共同通過“資料分析”欄目資料及相關(guān)補充資料，梳理以“紅豆杉和紫杉醇”所面臨的困境，并討論：如何處理好紅豆杉的生態(tài)效益、經(jīng)濟價值和社會需求三者之間的關(guān)系？能不能通過植物細胞工程技術(shù)來解決問題？這樣引導學生進一步了解植物組織培養(yǎng)技術(shù)的實際應用。

3.2 思維導圖，探索新知

理論是指導實踐應用的基礎。因此，師生共同回顧植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程（圖1）。

學生以6～7人為一組，在閱讀本節(jié)教材內(nèi)容的基礎上，通過小組討論結(jié)合所學知識找到新舊知識的連接點，繪制思維導圖。在活動之前，教師可以根據(jù)需要向?qū)W生提供繪制思維導圖的指導：離體的植物組織、器官或細胞通過脫分化形成愈傷組織，愈傷組織經(jīng)過再分化形成胚狀體，胚狀體再發(fā)育為植株。按照各個階段，植物組織培養(yǎng)技術(shù)的基本產(chǎn)品包括愈傷組織、胚狀體和植株。因此，植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應用本質(zhì)上就是對這個技術(shù)及其基本產(chǎn)物的利用。學生在此基礎上，閱讀課本內(nèi)容，分小組討論植物組織培養(yǎng)技術(shù)與課本中出現(xiàn)的這些應用的關(guān)系，并以此為主題繪制思維導圖。

活動結(jié)束后，各個小組通過實物投影儀展示學生的思維導圖。最后，師生一起對思維導圖進行總結(jié)。預設的思維導圖如圖2所示。

在師生對思維導圖進行總結(jié)的基礎上，教師還應結(jié)合書本的實例，對一些細節(jié)進行講解，避免陷入“有框架、無細節(jié)”的誤區(qū)。

（1） 從教材中提煉出微型繁殖技術(shù)的特點：① 繁殖速度快；② “高保真”（因為是無性繁殖）；③ 不受自然生長季節(jié)的限制（因為在具有一定人工設施的室內(nèi)生產(chǎn)）。

（2） 介紹長期進行無性繁殖的作物易積累感染的病毒，導致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，而植物的分生區(qū)一般不會感染病毒，用分生區(qū)的細胞進行組織培養(yǎng)，能得到脫毒苗。

（3） 天然種子是有性生殖的產(chǎn)物，存在基因重組，可能會造成某些遺傳性狀的改變，而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性。天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)限制，而人工種子生產(chǎn)上也不受季節(jié)的限制。試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的，而人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似天然種子的種皮，可以很方便地貯藏和運輸。

3.3 頭腦風暴，知識應用

學生以6～7人一組，分組圍繞“拯救紅豆杉”這一主題展開頭腦風暴活動。在小組活動中，每人圍繞主題說出一項拯救紅豆杉的措施，直至結(jié)束。由一個小組匯報活動結(jié)果，其他小組進行補充，完善方案。

學生可能提出的措施預設：

（1） 推廣人工種植。可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)紅豆杉試管苗、人工種子，推廣紅豆杉的種植。

（2） 細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。研究利用植物細胞培養(yǎng)技術(shù)來大量培育紅豆杉細胞，利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇。

（3） 尋找紅豆衫的替代物。如紅豆杉的非樹皮部位提取紫杉醇或?qū)ふ耶a(chǎn)紫杉醇的非紅豆杉植物。

（4） 化學合成。研究紫杉醇的化學結(jié)構(gòu)，通過化學方法合成紫杉醇。

（5） 生物合成。研究紅豆杉生物合成途徑，用酶工程的手段合成紫杉醇。

（6） 基因工程。利用基因工程手段改造紅豆杉提高紫杉醇產(chǎn)量。

（7） 誘變育種。對紅豆杉進行誘變育種，以期提高紫杉醇產(chǎn)量。

（8） 建立自然保護區(qū)。通過建立自然保護區(qū)對天然的紅豆杉種群進行就地保護。

（9） 幫助當?shù)剞r(nóng)民脫貧。幫助當?shù)剞r(nóng)民通過其他途徑脫貧。

（10） 法律途徑。一方面要加強法制宣傳教育，另一方面要加強執(zhí)法力度。

4 課堂小結(jié)，情感升華

通過思維風暴活動，教師要引導學生以小組內(nèi)活動的形式分享活動心得，進一步探討科學、技術(shù)、社會與環(huán)境之間的關(guān)系，幫助學生認識到科學技術(shù)在社會生產(chǎn)、環(huán)境保護和社會發(fā)展中的作用，并以此作為本節(jié)課的小結(jié)。

教師小結(jié)預設：我們不僅是社會的一份子，而且還是大自然的一份子。在追求健康、發(fā)展經(jīng)濟的同時，應努力找到社會發(fā)展與自然和諧的平衡點。科學技術(shù)往往能給人們解決問題帶來希望。但是，提醒大家的是，科學技術(shù)是把“雙刃劍”，在科學技術(shù)的應用過程中，也可能會帶來更多的社會問題、環(huán)境問題。例如，癌癥患者的數(shù)量逐年攀升與工業(yè)生產(chǎn)帶來的環(huán)境惡化密切相關(guān)。因此，在利用科學技術(shù)生產(chǎn)紫杉醇、拯救紅豆杉的過程中，要防止由此可能產(chǎn)生的工業(yè)污染。否則，可能得不償失。

5 教學反思

5.1 重視STSE教育情境的選擇

本節(jié)課的內(nèi)容本身屬于技術(shù)的應用部分，與社會生活也緊密相關(guān)。教師通過在課堂中選擇“紅豆杉”這一環(huán)境保護的熱點話題，創(chuàng)設情境，使科學、技術(shù)、社會、環(huán)境四者聯(lián)系起來。教師對學生的價值觀培養(yǎng)，應強調(diào)個人價值與社會價值的統(tǒng)一、科學價值與人文價值的統(tǒng)一。教師通過情境教學，引導學生通過學習、討論解決情境中的問題，不僅能夠調(diào)動學生的學習興趣，還能夠讓學生更好地理解先進技術(shù)的應用價值。

5.2 注重學生思維能力的培養(yǎng)

在本節(jié)課中，通過兩個課堂活動訓練學生的思維能力。發(fā)散性思維訓練是學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要途徑。遺憾的是，學生在完成思維導圖環(huán)節(jié)后，大多數(shù)小組的思維就被“植物細胞工程的應用”這一知識框架限制住了。只有個別小組能夠跳出本節(jié)課，想到化學合成、微生物發(fā)酵、生物合成等其他方法。顯然，發(fā)散性思維的培養(yǎng)不是一蹴而就的，教師應通過多種途徑增加學生訓練的機會。

5.3 關(guān)注教學預設與課堂生成

本節(jié)課的教學設計作了課堂教學的預設。教學是有目標有計劃的活動，預設是教學的基本要求。但是，課堂是充滿生機和樂趣的，是在教師與學生、學生與學生互動過程中的生成過程。在教學過程中，學生能積極進行知識探索，同時圍繞創(chuàng)設的情景進行討論，提出各種見解，真正成為課堂的主人。在這個過程中，教師應及時根據(jù)課堂生成情況調(diào)整教學，使教學回歸學生的生活世界，使教學更加充滿活力。教師只有關(guān)注了教學預設與課堂生成，才能脫離按部就班的桎梏，和學生一道創(chuàng)造人本、個性、開放的高效課堂！