利用鄉土資源培養高中生生物學科核心素養
——以霍山石斛組織培養和栽培系列實踐活動為例

汪德波 田馨銘

(霍山中學 安徽六安 237200)

第二輪新課改圍繞“課程標準”展開。高中生物教師依據《普通高中生物學課程標準》開始了新的教學實踐——以核心素養為宗旨，著眼于學生適應未來社會發展和個人生活需求，從生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任等方面發展學生的核心素養。教學內容聚集大概念，追求“少而精”。教學過程注重實踐，關注學生個性，從發展需求出發，引導學生主動參與，手腦并用，開拓創新。

為落實學科核心素養，我們將實驗教學與探究式教學相結合，增加學生動手實踐和體驗學習的機會，讓學生親歷生物教學活動全過程。借助地方特色霍山石斛栽培技術，我們在高中生物學必修1和必修2課程學習結束后，組織學生參與到霍山石斛組織培養和栽培系列實踐活動中去，使其在初步掌握植物組織培養理論知識的基礎上，著力提升生物學學科核心素養。

一、活動背景

霍山石斛是蘭科石斛屬草本植物，中國國家一級保護植物。霍山石斛主產于大別山區的安徽省霍山縣，素有“軟黃金”之稱，位列《道藏》“中華九大仙草”之首，也是國家地理標志保護產品。

霍山石斛的開發利用經歷了野生人工馴化培養、組織培養大棚栽培、回歸自然野外培植等重要階段，在最大限度地保留其藥用價值的同時，實現霍山石斛種植規模化，使之成為霍山縣支柱產業之一，為當地農民致富奔小康創造了巨大經濟價值。霍山石斛的栽培與生物學密切相關，霍山本地學生對霍山石斛的栽培和價值了解甚多，因此，霍山石斛栽培技術是學生理論聯系實際的鮮活背景材料。結合生物教學實際，安排高中學生參與霍山石斛栽培系列活動變得順理成章。

二、活動準備

實踐活動前，明確要求學生制訂好活動方案，包括：(1)前期準備；(2)時間安排；(3)主要活動項目；(4)資料收集整理；(5)交流討論撰寫小論文；(6)活動安全注意事項；等等。本次實踐活動確定為小組合作探究模式，小組內相互配合、明確分工。活動前資料準備包括：(1)霍山石斛的藥用價值；(2)植物組織培養基配方；(3)霍山石斛大棚栽培和野外培植條件；(4)霍山石斛加工方法；(5)霍山石斛系列產品開發。據了解，有不少學生家長從事霍山石斛栽培與加工相關工作，這為學生資料準備大大提供了方便。

三、活動過程

做好充分準備后，安排周六周日兩天開展實踐活動。第一天，到霍山石斛大棚栽培基地和野外培植基地學習石斛栽培技術。到基地后，學生首先熟悉當地的氣候和環境條件，然后在現場操作人員的指導下邊學邊做(如：培養基制作、幼苗移栽、移栽后管理等)。學生個個熱情高漲，不僅學到了科學知識，還充分感受到大自然的美好。第二天，先到組培車間學習石斛組織培養技術，在實驗人員示范操作后，學生積極參與其中。學生實驗操作后感嘆道：實驗之前覺得不容易完成的事，現在也能獨立完成。其自豪感溢于言表。離開組培車間后，學生們又進入石斛加工車間。工作人員告訴學生，石斛炮制包括九大工序(詳見附錄1)。學生先觀察工人師傅熟練操作后，然后嘗試自己制作。他們邊做邊向工人師傅請教每道工序的技術要領，最后自己制出成品，包上精美的包裝，一個個臉上流露出自豪和滿足。活動結束后，以小組為單位對獲得的具體數據和技術要領等進行整理分析，然后在班級進行交流。

四、活動成效

在一系列實踐活動中學生親身感受、積極探究、深入思考，通過認真撰寫實踐總結，其生物學學科核心素養得到極大提升，具體如下。

(一)在理解概念中形成生命觀念

通過實踐學習活動，學生了解到生物對環境的適應具有普遍性。盡管教材針對一些實例進行了分析，對學生理解“適應的普遍性”起到了一定作用，但由于適應的含義及普遍性相對比較抽象，學生的認識比較淺顯，這給學生深入理解概念、形成科學觀帶來一定難度，甚至會出現認知上的偏差。當學生來到石斛野外培植基地，處于自然環境下，再聯系書本知識，其思想就發生了明顯變化。

在石斛野外培植基地，學生感受到石斛生長的獨特生態環境：氣候涼爽，云霧繚繞，溫度低，濕度大，巖石裸露，有機質極少。學生查閱資料發現“出霍山，無米斛”，在獨特的小氣候環境中，霍山石斛(米斛)“五年只長5厘米，一節只有米粒大”，既不耐高溫，又不耐干旱，喜溫暖濕潤、陰涼、通風、多霧的小氣候。相較于照課本死記概念，學生在活動過程中親近自然、感受環境，就不知不覺中形成進化和適應觀。

學生經過高中一個階段生物學科的學習，對生物體在細胞、組織、器官等水平上所表現出的結構與功能相適應有了一定的印象。在霍山石斛培植基地，學生觀察到石斛苗不僅葉片為綠色，石斛莖也呈綠色，這引起了學生的好奇。針對這一現象，學生結合所學知識展開討論，各自發表了不同的觀點，最后達成共同的認識：石斛苗生活在弱光條件下，光合色素的分布使其不僅可以通過葉片進行光合作用，還可以由綠色莖進行光合作用，從而合成更多的有機營養物質。學生還發現霍山石斛的莖為肉質莖，節間短，于是就聯想到霍山石斛特殊的生存環境：大多生長在裸露的巖石縫隙處。他們分析得出，其肉質莖不僅可以保存水分，還儲存大量的有機物，這才使其在這樣特殊的環境條件下生存下來，并富含有重要價值的營養成分。通過這些觀察和思考，學生不僅加深了對霍山石斛重要價值的認識，也進一步強化了他們的結構與功能觀。

(二)在實際操作中提升科學探究能力

學生在學習植物組織培養相關知識時，觀察到課本中的插圖：培養瓶中，愈傷組織晶瑩剔透，試管苗發出幼嫩的根、長出鮮綠的芽。學生無不驚嘆道：那么微小的細胞、不起眼的組織塊，卻能誕生出如此神奇的生命體。實際教學中，在學校實驗室進行植物組織培養實驗難度大、成本高。這次活動，利用現成的實驗室(組培車間)，學生依據課本所學知識，進行石斛組織培養，邊學邊實踐，激發了探究積極性。活動過程中會出現預想不到的問題，這又會引發學生進行新的探究。例如，對石斛進行組織培養是選取石斛的莖、葉、花粉，還是石斛種子？學生從資料中查到，“霍山石斛蒴果種子，平均長約1.5厘米的一個蒴果內，種子可達數萬至十萬之多，可見種子之細小，所含營養物質極少，在自然條件下萌發率極低”。據此學生很容易想到如要獲得大量試管苗用于規模化生產，選取石斛種子進行組織培養是最佳選擇。石斛種子雖然數量多，但非常細小，這給組培操作帶來一定難度。于是學生仔細觀察實驗人員利用石斛種子進行組織培養的全過程，并在他們的指導下嘗試動手操作，做得非常認真、細心、專注。還有同學選取石斛的其他組織為材料進行組培實驗，來體會與石斛種子作實驗材料的相同和不同之處。

這次活動三周后，學生再次回到組培車間，首先觀察各自培養的石斛試管苗的生長狀況，然后，各組對石斛試管苗的成活率進行統計。其結果如下表所示：

組別123456組培材料石斛種子石斛種子石斛葉石斛種子石斛種子石斛葉成活率(%)96.946.512.697.398.511.2

從統計結果可以看出，第2組、第3組、第6組石斛組培試管苗成活率較低。各組都是按照植物組織培養流程進行操作，為什么會出現明顯差異？帶著疑問，大家先在組內討論、反思，然后組與組之間再進行分析、比較。大家認為，產生這種現象的原因是第3組和第6組以石斛葉作組織培養材料，培養難度大，成活率低，不是理想材料；第1、第2、第4、第5組均以石斛種子為組培材料，但第2組培養的試管苗成活率明顯偏低，是由于接種操作不當或培養過程中有雜菌污染等。上述分析和思考是否合理，能不能通過實驗進行驗證，又引發學生進一步探究欲望。實踐活動激發了學生學習生物學的興趣，拓展了課堂時空，提高了學生的科學探究能力，使生物學學科核心素養培養真正得以落實。

(三)在實踐中思考，發展科學思維能力

實踐活動前，學生已有植物組織培養相關理論知識的積累，也查閱了石斛組培有關資料，但在實際應用中，對石斛組織培養技術仍有許多疑惑。如：霍山石斛組織培養不同階段培養基有什么不同？學生從搜集的資料中得知，整個組培過程需要三種培養基(見附錄2)，這是為什么呢？實驗人員給予了解答：因為不同培養階段石斛組織所需的營養物質、激素含量和比例、環境條件等均有差異。學生又在石斛組織培養不同階段查看了實驗室儀器上的標簽和記錄表等，從而解開了心中的疑團。

在野生石斛培植基地，學生問道：仿野生環境培植石斛，對培養基質有哪些要求？其怎樣配制？為什么這樣配制？基地工作人員給同學們出示了一份石斛野外培植培養基配比說明書，并逐一解答問題，然后帶領學生實地觀察。學生在實踐中質疑，又通過分析推理解決問題，其科學思維能力得以提升。

學生在學習中認識到，植物組織培養的理論基礎是植物細胞的全能性。對全能性的概念，學生光憑課本介紹感到抽象難懂，他們在實踐活動中，親身體驗并感受整個植物組織培養全過程，心目中這一抽象的概念就變得具體化、淺顯化，思維能力也得到進一步提升。

(四)聯系實際，增強社會責任意識

霍山石斛是大別山特殊生境孕育出的奇珍異品，是大自然對人類的饋贈。霍石斛生于懸崖峭壁之間，醫書記載其性微寒，有養胃生津、滋陰除熱、補腎益精、養肝明目之功效。經中國科技大學和中山醫科大學研究證明：霍山石斛具有增強T細胞 B細胞和巨噬細胞的作用，對抑制腫瘤和降血糖有非常好的療效。可促進血液循環，增強心臟功能；促進胃腸蠕動，增強消化功能……這次活動使學生對霍山石斛的藥用價值有了較全面的了解，也增強了他們關愛生命和關注人類健康的意識。

在交流討論中，有學生提出：霍山石斛除了藥用價值外還有哪些用途？一石激起千層浪，學生的思維瞬間發散開來。霍山石斛可以入膳，用于煲湯等；可以泡酒，充分釋放其營養成分；可以榨汁，制作石斛飲料；可以入景，制成盆景，供人們觀賞……學生的回答不盡相同。

離開課堂，走出校園，深入社會，讓學生有更多的機會參加實踐活動，有利于學生形成生命觀念，發展科學思維，提升探究能力，增強責任意識，有利于全面提升學生的生物學學科核心素養，從而使學生更好地適應未來社會的發展。