基于“導(dǎo)生”模式的“植物組織培養(yǎng)”一節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

彭中進(jìn)

(江蘇省海安縣立發(fā)中學(xué) 226600)

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“植物組織培養(yǎng)”是人教版高中生物學(xué)選修3《現(xiàn)代生物科技專題》專題2植物細(xì)胞工程的內(nèi)容之一，包括細(xì)胞全能性等基本理論知識、植物組織培養(yǎng)流程，以及植物組織培養(yǎng)具體操作過程，其中實(shí)驗(yàn)部分包括影響植物組織培養(yǎng)的因素、植物組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)操作過程，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與評價(jià)。這節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了必修1細(xì)胞分化、細(xì)胞全能性的基本概念，以及選修1的無菌操作知識，在此基礎(chǔ)之上可引導(dǎo)學(xué)生對已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深化和擴(kuò)展，掌握植物組織培養(yǎng)過程，為下一節(jié)植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。本節(jié)課運(yùn)用問題探討、小組討論及探究合作等多種教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生重溫細(xì)胞全能性知識，自己歸納總結(jié)植物組織培養(yǎng)流程圖。由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件的限制，課前請班級生物興趣小組代表到相關(guān)大學(xué)生命科學(xué)院學(xué)習(xí)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及基本操作，以便在課堂上實(shí)施“導(dǎo)生”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，課堂上由興趣小組代表匯報(bào)植物組織培養(yǎng)操作過程及注意事項(xiàng)，并指導(dǎo)班級其他同學(xué)動(dòng)手操作，完成外植體的接種過程，使所有學(xué)生能在動(dòng)手過程中真正掌握植物組織培養(yǎng)相關(guān)知識。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo) 掌握植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)，簡述植物組織培養(yǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)操作的基本流程。

2.2 能力目標(biāo) 初步學(xué)會(huì)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的基本方法，掌握按照無菌操作的要求進(jìn)行規(guī)范的接種操作，通過小組合作討論，嘗試用流程圖歸納實(shí)驗(yàn)過程，提升思維能力和小組合作學(xué)習(xí)能力。

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 增強(qiáng)對社會(huì)的責(zé)任感，理解科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)三者之間的關(guān)系。

3 教學(xué)過程

3.1 導(dǎo)入 教師提出問題，以導(dǎo)入新課：投影校園古楸樹圖片，介紹楸樹是中國珍貴的用材樹種之一，其材質(zhì)好、用途廣、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，居百木之首。但古楸繁殖困難，如何借助現(xiàn)代生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速大量繁殖？從而引入本節(jié)內(nèi)容。

3.2 學(xué)生活動(dòng)一 自主學(xué)習(xí)，分析植物組織培養(yǎng)技術(shù)的基本原理。閱讀教材33～34頁第三段，思考并回答以下問題：①什么是細(xì)胞的全能性？②細(xì)胞具有全能性的原因是什么？③植物體生長發(fā)育過程已分化的細(xì)胞為什么沒有表現(xiàn)出全能性？④細(xì)胞表現(xiàn)全能性的條件有哪些？學(xué)生閱讀教材內(nèi)容后，再聯(lián)系必修1第6章細(xì)胞分化的有關(guān)知識，很容易得出前三問答案，第四問學(xué)生回答比較困難，教師可引導(dǎo)學(xué)生回憶初高中已學(xué)內(nèi)容，歸納總結(jié)出離體的植物組織和細(xì)胞對營養(yǎng)、環(huán)境等條件的要求，從而引入植物組織培養(yǎng)時(shí)需要MS培養(yǎng)基，MS培養(yǎng)基含有的大量元素、微量元素，有機(jī)物有甘氨酸、煙酸、肌醇、維生素、蔗糖等，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)由于植物組織培養(yǎng)前階段植物不能進(jìn)行光合作用，此時(shí)加入蔗糖可為植物細(xì)胞提供能量，同時(shí)起維持滲透壓作用。

3.3 學(xué)生活動(dòng)二 構(gòu)建植物組織培養(yǎng)流程圖。 學(xué)生通過閱讀分析教材33頁第二段，小組合作交流、總結(jié)歸納，學(xué)生自我展示小組合作成果，用流程圖表示出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的基本過程。教師加以點(diǎn)評提問，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)為什么要使用外植體？為什么要脫分化？脫分化是為了使已經(jīng)高度分化的細(xì)胞能恢復(fù)全能性，同時(shí)要強(qiáng)調(diào)愈傷組織細(xì)胞的特點(diǎn)，點(diǎn)評時(shí)對學(xué)生展示的成果要適當(dāng)表揚(yáng)，從而使學(xué)生能從中獲得成功的喜悅，并激發(fā)學(xué)生的求知欲。

3.4 學(xué)生活動(dòng)三 生物興趣小組代表匯報(bào)植物組織培養(yǎng)技術(shù)操作的心得體會(huì)，從而引入學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

生物興趣小組代表甲(課前已提前去相關(guān)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)習(xí)過本實(shí)驗(yàn)流程)邊投影自己實(shí)驗(yàn)照片邊匯報(bào)配置MS培養(yǎng)基的心得體會(huì)：本次實(shí)驗(yàn)首先要配置含有大量元素、微量元素、有機(jī)物等的母液(具體成分參照選修1附錄3)，然后加入瓊脂、蔗糖、生長素類似物、細(xì)胞分裂素定容1000 mL，調(diào)pH 5.8，分裝，121℃高壓蒸汽滅菌15 min，冷卻備用。

生物興趣小組代表乙匯報(bào)外植體消毒過程：由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間屬于秋冬季，楸樹葉子已經(jīng)落光，而枝條太粗不適合操作，故本次實(shí)驗(yàn)選用的外植體是楸樹的根。首先將根分為4～5小段，用流水沖洗根外表面的泥沙，再加少許洗衣粉用軟刷輕輕刷洗，接著用流水沖洗約1 h，用無菌吸水紙吸干外植體表面的水分，放入超凈操作臺上，用紫外燈照射2～3 s，即完成外植體的初步消毒。

生物興趣小組代表丙匯報(bào)接種過程：接種操作在超凈操作臺中完成，進(jìn)入超凈臺之前首先用酒精棉球擦拭雙手，避免細(xì)菌帶入超凈臺內(nèi)。將初步消毒的楸樹根放入體積分?jǐn)?shù)為75%的酒精中浸泡10 s，立即將外植體取出，用無菌水沖洗，并用無菌吸水紙吸干，接著放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氯化汞溶液中1～2 min，取出，在無菌水中清洗5～6次，漂凈消毒液，以上操作在酒精燈火焰旁完成。接種過程中所使用的鑷子和解剖刀雖都事先進(jìn)行過高壓蒸汽滅菌，但使用前仍要先在酒精燈外焰上灼燒滅菌。然后打開培養(yǎng)皿在酒精燈火焰旁旋轉(zhuǎn)滅菌數(shù)秒，用冷卻后的解剖刀和鑷子先切取外植體的兩端，然后再切取0.5～1 cm長的根段，在酒精燈旁打開接種瓶，將接種瓶的管口和蓋子在酒精燈旁消毒數(shù)秒，將蓋子正放在酒精燈旁，將鑷子再次用酒精燈火焰消毒，用冷卻了的鑷子將根段垂直懸空插入接種瓶，插入培養(yǎng)基不要太深，將接種瓶的管口和蓋子在酒精燈旁消毒數(shù)秒，蓋上瓶蓋，將接種瓶關(guān)口靠近酒精燈火焰消毒。在接種瓶上標(biāo)記上接種時(shí)間、接種人姓名等信息。

教師點(diǎn)評外植體接種的注意事項(xiàng)：生物興趣小組三位代表在匯報(bào)操作過程中反復(fù)提到要消毒、滅菌，在整個(gè)過程有哪些滅菌方法？學(xué)生分組討論總結(jié)：超凈臺要用酒精消毒、用紫外線照射，手需酒精消毒，培養(yǎng)基和接種瓶、鑷子、解剖刀需要高壓蒸汽滅菌，外植體要消毒，接種時(shí)在酒精燈旁進(jìn)行等。

3.5 學(xué)生活動(dòng)四 學(xué)生分組動(dòng)手操作，完成外植體的接種。學(xué)生在聽了生物興趣小組代表的匯報(bào)后，對具體實(shí)驗(yàn)操作已有所掌握，都想嘗試自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。課堂上根據(jù)學(xué)校超凈臺的數(shù)量將全班學(xué)生分成5組，每個(gè)操作臺同時(shí)兩位學(xué)生進(jìn)行操作，分批進(jìn)行，使每位學(xué)生都能親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。此過程中，由生物興趣小組代表對其他同學(xué)進(jìn)行逐步指導(dǎo)糾錯(cuò)。

美國教育專家曾經(jīng)做過的學(xué)習(xí)金字塔實(shí)驗(yàn)指出：理解所學(xué)知識最好的方法是當(dāng)小老師。興趣小組學(xué)生將實(shí)驗(yàn)操作過程講解給其他同學(xué)聽，可以幫助自己鞏固已經(jīng)掌握的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，也調(diào)動(dòng)了這些學(xué)生的積極性。經(jīng)生物興趣小組代表的精心指導(dǎo)后，其他學(xué)生能正確地掌握植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作過程。這種“導(dǎo)生”的方式既能增進(jìn)同學(xué)間友誼，又能使提高學(xué)習(xí)效果，一舉兩得。

3.6 教師歸納總結(jié) 教師糾正學(xué)生在接種操作過程中的錯(cuò)誤：①操作器械要滅菌，接種前將鑷子放入體積分?jǐn)?shù)為75%酒精溶液中消毒一次，然后在酒精燈火焰上灼燒滅菌，冷卻后接種；②外植體插入培養(yǎng)基時(shí)，應(yīng)注意不要倒插，注意分清形態(tài)學(xué)上端和下端。經(jīng)過接種外植體后，后續(xù)工作就是每日觀察脫分化形成的愈傷組織、再分化現(xiàn)象，如果觀察發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)失敗，要探究失敗的原因，還可在后續(xù)操作實(shí)驗(yàn)中探究細(xì)胞分裂素和生長素的比例對脫分化和再分化的影響。

4 教學(xué)感悟

通過小組合作討論構(gòu)建流程圖、部分學(xué)生匯報(bào)自己實(shí)驗(yàn)過程、“導(dǎo)生”法讓少部分學(xué)生指導(dǎo)其他同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，這些課堂活動(dòng)充分體現(xiàn)了高效課堂要求的課堂主體性、合作性、參與性、探究性、創(chuàng)新性，使學(xué)生自主發(fā)展，實(shí)現(xiàn) “限時(shí)講授、合作學(xué)習(xí)、踴躍展示”12字方針課堂要求，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識可以通過植物組織培養(yǎng)來拯救瀕危物種，有利于培養(yǎng)了學(xué)生的生物科學(xué)核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。