基于科學史進行科學探究學習的教學設計

摘 要：植物細胞工程包括植物細胞工程的基本技術和實際應用。教師在復習時，通過重新整合課程教學順序，以植物組織培養技術的科學發展史為主線，融合教材，引導學生體驗科學實驗的過程，理解科學的本質，提升學生理性思維和科學探究的能力。

關鍵詞：植物體細胞雜交;植物組織培養;科學史;科學探究

1.設計理念

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中明確指出：科學是一個發展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的思路和方法，學習科學家獻身科學的精神。本節教學設計的理念是重新整合教材內容，引導學生通過自主學習探究植物細胞工程的科學發展史，讓學生更清楚地理解植物組織培養技術和植物體細胞雜交技術。并以科學史為基礎，經過教師和學生的收集整理，將其中蘊涵的科學實驗和科學方法轉換成學生的思考方向，以思考題的方式呈現，通過學生的討論、探究，進一步體驗科學實驗的過程，了解科學實驗的方法，提高科學探究的能力。

2.教材分析

“植物細胞工程”選自人教版高中《生物選修3·現代生物科技專題》專題2第1節，包括植物細胞工程的基本技術和實際應用兩小節。本節教學過程中重新整合了教材內容，先通過白菜—甘藍案例引出植物體細胞雜交技術，借助科學史材料的分析，剖析了去除細胞壁的方法和原生質體的融合問題;然后以植物組織培養技術的發展史的資料為藍本，將脫分化、再分化、愈傷組織、細胞全能性等專業詞匯的概念逐層解析，為植物細胞工程的實際應用的分析作鋪墊。

3.學生分析

作為高三學生，高中生物基礎知識網絡已經形成，熟悉細胞的結構與功能，了解細胞分化和細胞全能性，也學習過植物組織培養技術和植物體細胞雜交技術的基本過程和原理，對更深的知識有探索欲望。因此，這節課主要是對知識的重拾和重整，重新整理相關內容。

4教學目標

4.1能概述植物體細胞雜交技術的過程，即將不同種植物體細胞在一定條件融合成雜合細胞，再培育成新植株的技術。

4.2能闡明植物組織培養的過程，即在一定條件下，將離體的植物組織、器官和細胞在適宜培養條件下誘導形成愈傷組織，并經再分化，形成完整植株的過程。

4.3能舉例說明植物細胞工程的實際應用價值，即利用快速繁殖、脫毒、代謝產物細胞化生產、育種等方式有效提高了生產效率。

5.教學過程

5.1創設情境，激發學生學習興趣

教師活動：展示番茄—馬鈴薯、白菜—甘藍等植物圖片，引入植物體細胞雜交技術課題。同時提供相關資料，讓學生了解植物體細胞雜交技術的發展。

學生活動：觀察圖片，閱讀資料，獲取信息，了解植物體細胞雜交技術的發展。

設計意圖：植物組織培養技術和植物體細胞雜交技術是密切相關的，打破教材原有的順序，讓學生先從番茄馬鈴薯的雜合植株入手，引入植物體細胞雜交技術，了解它的發展背景，以激發學生學習的興趣，導入新課。

5.2基于科學史，通過問題層層剖析

教師活動：植物細胞有特殊的結構——細胞壁，它有支持和保護的作用，主要由纖維素和果膠組成。植物體細胞雜交必須先突破細胞壁，然后才能將去除細胞壁的原生質體融合在一起。在這一環節，可以通過問題串的形式將學生引入到科學家的研究史中，了解他們的研究背景，引導學生閱讀資料分析信息，再引導學生建構植物體細胞雜交技術過程圖。（如圖1）

學生活動：分析資料，利用資料，回顧已學知識，回答相關問題，并嘗試建構植物體細胞雜交技術過程圖。

設計意圖：以科學史為背景，讓學生了解植物體細胞雜交技術的發展背景，理解科學家的成果是得來不易的，同時提升學生分析信息解決問題的能力，并提高學生建構過程圖的能力。同時引導學生對融合結果的開放性思考。

教師活動：植物體細胞雜交技術的原理有植物細胞的全能性和細胞膜的流動性，利用了植物組織培養技術。從而引入植物組織培養技術的科學探究史。以時間軸展示科學史，再一次讓學生領略科學家的科學探究過程，提升分析資料提取信息的能力。并引導學生重新建構細胞全能性、脫分化、再分化、愈傷組織等相關概念，并構建植物組織培養過程圖。（如圖2）

學生活動：分析資料，構建概念，回答問題。有部分學生提出一些問題，比如植物激素添加的種類和比例對植物組織培養的影響是什么？植物組織培養過程中對光有什么要求？

通過教師引導和學生之間的討論，問題得以解決，構建了生長素和細胞分裂素在植物組織培養過程中的影響的表格。（如表1）

設計意圖：基于科學史的證據，引導學生重整細胞全能性、脫分化、再分化、愈傷組織等概念，復習植物組織培養技術的過程，引導學生分析討論培養過程中生長素和細胞分裂素添加的比值和效果，以及脫分化和再分化對光的需求，強調小組合作，提高分析問題解決問題的能力。

5.3交流合作，構建知識網絡

教師活動：與普通白菜相比，“白菜—甘藍”雜種植株，生長期短、耐熱性強、易于貯存。但白菜—甘藍是幾倍體？可育嗎？如果是通過有性雜交產生的白菜—甘藍雜種可育嗎？

學生活動：通過分析白菜、甘藍、白菜—甘藍的染色體數、染色體組數及可育問題，提出相應主張。

設計意圖：通過案例分析，利用學生已有的知識儲備，將前后內容融會貫通，建立知識網絡，為理解植物細胞工程的應用做鋪墊。

教師活動：從人工種子出發，分析植物細胞工程的應用。通過資料，了解單倍體育種、制備人工種子、作物脫毒等技術的發展。

學生活動：分析資料，結合染色體變異等知識，分析植物組織培養技術的應用，如微型繁殖、作物脫毒人工種子、細胞產物工廠化等方面，重點鞏固單倍體育種的過程。

設計意圖：了解植物組織培養技術和植物體細胞雜交技術是關鍵，但掌握技術是為了應用，從而升華到植物細胞工程的應用的分析。借助科學史，了解植物細胞工程技術和應用的發展史，感悟科學家的魅力，感悟科學發展的突飛猛進。還有新舊知識的結合，達到了知識網絡的構建。

6.教學反思

6.1重整教材內容，復雜問題簡單化

根據學生已經掌握的知識理論，適時重新調整教材內容。先從植物體細胞雜交技術引入，去除細胞壁獲得原生質體，經過原生質體融合到再生細胞壁成為雜種細胞，雜種細胞再經組織培養獲得雜種植株，分析植物組織培養技術過程和條件，再縱觀聯系植物細胞工程的實際應用。把植物細胞從外向內層層剖析，環環相扣，緊密相連，融會貫通，就像一幅幅形象的畫面呈現在眼前，非常流暢。

6.2善于利用科學史，抽象問題直觀化

將科學史引入生物課堂教學過程中，并不單純是簡單的歷史重現，教師可以根據課堂需求，補充科學史實，借助多媒體重現科學探究過程，將抽象問題直觀化，拓寬學生視野，培養學生閱讀分析能力、實驗探究能力等，讓學生體會科學知識和理論體系的演變和形成過程，感悟科學家的科學探究的態度和精神，培養學生科學探究意識和科學思維等。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（2017年版）.北京：人民教育出版社，2018;28，60

[2]謝永佳.“線粒體”專題教學——基于科學史進行探究學習的教學設計.中學生物教學，2017（11）：69-72

[3]畢詩秀.充分挖掘科學史教育價值，提高學生生物科學素養.生物學通報，2015（8）：28-32

作者簡介：鄧小玲，1982.9，女，漢族，江蘇省姜堰市，本科，中學一級，研究方向：生物教育