基于主線化情境的“植物細胞工程”專題復習

張 蕓

（南京航空航天大學蘇州附屬中學 江蘇蘇州 215121）

1 教材分析及設計思路

“植物細胞工程”是人教版2019年版高中生物學教材《選擇性必修3·生物技術與工程》模塊第二章的內容，包括植物細胞工程的基本技術和植物細胞工程的應用兩節內容。在《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）中，本節課的內容隸屬于選擇性必修課程模塊3“生物技術與工程”中的大概念4，即“細胞工程通過細胞水平上的操作，獲得有用的生物體或其產品”。通過新授課的學習，學生對植物組織培養及其應用、植物體細胞雜交的相關知識有一定的了解，但由于本專題內容實踐性比較強，知識也比較零散，簡單地介紹教材的相關知識，容易導致學生失去對該部分內容學習的興趣，也不利于學生知識體系的建構和核心素養的發展。

《課程標準》明確指出生物學學科核心素養是學生在解決真實問題情境中的實際問題時所表現出來的價值觀念、必備品格和關鍵能力。可見，核心素養的發展離不開情境的支撐。為了更好地幫助學生構建知識體系，發展核心素養，筆者在教學時嘗試創設貫穿整節課的主線化情境，通過問題驅動、合作探究等方法，在增強課堂教學連貫性的同時，引導學生在解決問題的過程中逐步建構知識體系，培養學生的生物學學科核心素養。

2 教學目標

①能運用結構與功能觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀等生命觀念，概述植物組織培養和植物體細胞雜交技術的原理和過程。

②能基于事實和證據，采用歸納與概括等方法，說明植物細胞工程利用快速繁殖、脫毒、次生代謝產物生產、育種等方式有效提高了生產效率。

③認同植物細胞工程的發展對社會、經濟的發展以及環境保護都具有重要意義，增強社會責任感。

3 教學過程

3.1 創設情境，導入新課

教師播放被譽為“百草之王”的天山雪蓮的有關視頻：天山雪蓮是新疆特有的名貴中草藥，具有抗炎鎮痛、抗癌、降血壓、清除自由基等作用，但因其生存環境特異，生長緩慢，加上長期以來的掠奪性采挖，野生天山雪蓮瀕臨滅絕。并提出問題：利用什么技術可以快速獲得大量的天山雪蓮？能否畫出該技術的主要過程圖？

設計意圖：教師選擇天山雪蓮這一充滿神秘色彩的植物創設情境，激發學生的學習興趣和探究欲，并促進學生聯系所學知識，為復習課的學習做好鋪墊。

3.2 承接情境，探究植物組織培養的過程和條件

在導入情境下，教師提供資料：科研人員利用天山雪蓮的葉肉細胞進行植物組織培養技術獲得了大量的優質組培苗，并展示該技術的主要過程圖（圖1）及所用的MS培養基。教師設置問題串：（1）該技術的原理是什么？涉及的細胞分裂方式是什么？（2）植物細胞表現出全能性的條件有哪些？（3）MS培養基中添加蔗糖的目的是什么？培養基采用什么方法滅菌？滅菌時應先滅菌后分裝還是先分裝后滅菌？（4）對外植體進行消毒還是滅菌？植物組織培養要求無菌操作的目的是什么？（5）過程①②③分別是什么？誘導脫分化和再分化時對光照的要求如何？（6）如何調節生長素和細胞分裂素的比值以誘導愈傷組織、芽或根的形成？

圖1 植物組織培養過程示意圖

設計意圖：植物細胞工程的基礎是植物組織培養，本專題復習以植物組織培養的過程入手，教師可將該技術的主要過程寫在黑板上“外植體→愈傷組織→生芽→生根→植株”，以此為主線，將后續植物組織培養的應用和植物體細胞雜交技術的內容融入這條主線中。這樣處理不僅能持續調動學生的積極性和探究欲，還能幫助學生建構完整的知識體系。

3.3 分解情境，探究植物組織培養的應用

教師分解情境，根據每個子情境，設置問題。

子情境1：天山雪蓮可以用種子繁殖。但種子成熟時，新疆天山已開始下雪，采集種子比較困難，且雪蓮種子的萌發率低，生長緩慢。如何解決這一困境？人工種子的組成部分有哪些？為什么要選擇透氣的種皮？人工種子與傳統種子相比有哪些優點？

子情境2：研究發現天山雪蓮中具有藥理活性的主要是一些黃酮類物質。為了獲得大量的黃酮類物質，常利用植物組織培養技術將天山雪蓮細胞培育到愈傷組織階段，再用液體培養基對其進行懸浮培養，然后從培養液中提取黃酮類物質，以實現黃酮類物質的工業化生產。為什么培育到愈傷組織階段？培養過程中要不斷通入無菌空氣并攬拌，原因有哪些？植物細胞培養與植物組織培養有何關系？

子情境3：采用天山雪蓮的花粉粒經植物組織培養技術也可獲得幼苗。該幼苗與由葉肉細胞培育成的幼苗基因型是否相同？該幼苗為幾倍體？如何獲得可育的二倍體？

子情境4：長期通過無性繁殖的雪蓮，體內積累大量病毒，使得產量減少，造成很大的經濟損失。病毒多集中在種子、老葉等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的組織中較少，在莖尖、根尖等分生區幾乎不含病毒。如何獲得脫毒雪蓮苗？脫毒苗是否具有抗病毒能力？

子情境5：研究發現可以利用射線處理雪蓮的愈傷組織，以獲得具有某種抗病性狀的雪蓮突變體。為什么處理愈傷組織？射線處理后使其發生了何種變異？

設計意圖：植物組織培養的應用這部分知識比較零散，學生不太理解這些應用與植物組織培養技術的關系，不清楚每種應用該培養到什么階段。因此，筆者將導入情境分解為多個小情境，逐點融通主線化情境與每個知識點的內在聯系，引導學生在問題驅動中有目的地學習，逐步建構知識體系，提升核心素養。

3.4 轉接情境，探究植物體細胞雜交的原理和過程

教師設置情境：科研人員分離了天山雪蓮（2n=32）和萵苣（2n=18）的原生質體并將其融合，為天山雪蓮新種質選育奠定了基礎（圖2）。并設置問題串：（1）過程①所用的酶有哪些？該過程常加入適宜濃度的甘露醇以保持一定的滲透壓，作用是什么？（2）過程②所用的方法有哪些？（3）融合后是否需要篩選？為什么？如何篩選？（4）過程③密切相關的細胞器是什么？（5）過程②的原理是什么？由雜種細胞d培育成新植株體現了什么原理？（6）新植株的染色體數是多少？幾倍體？是否可育？（7）該技術與雜交育種有何區別？該技術有什么意義？

圖2 植物體細胞雜交過程示意圖

設計意圖：植物組織培養是植物體細胞雜交的前提，在學生探究完植物組織培養的原理、過程、條件、應用等相關知識后，為了讓課堂在一條情境主線的常規化探究中，更有新意，使學生的思維更加深入，筆者轉變探究的方向，用情境將學生拉入一個新的但又緊密相關的探究視野。新情境的引領避免了活動和探究疲勞，會提高學生學習的積極性。同時，教師在新情境下設置問題串，驅動學生自主歸納和總結，以增強學生的科學思維素養。

3.5 串聯情境，建構知識框架

探究完成后，教師引導學生將分解的小情境串聯起來，建構本專題的知識框架（圖3），以作最后的總結和深化。課后，教師收集和評選最優秀的作品，供其他學生學習和交流。

圖3 植物細胞工程知識框架

設計意圖：主線化情境的核心內涵在于它是結構化知識建構的重要途徑。教師通過構建知識框架，不僅能幫助學生厘清知識之間的邏輯關系，更能培養學生歸納、概括、建模等科學思維能力和良好的學習習慣。

4 教學反思

馬赫穆托夫的“問題教學”理論認為：教師在課堂教學中有意識地創設問題情境，能夠讓學生主動地思考探索，發現、提出并解決問題，提升學生的邏輯思維。主線化情境是以某一情境貫穿整節課，通過這條主線創設多個教學情境，引導學生用知識來探究生物學現象的成因，是實現課堂意義建構的一種整體式教學方式。本節課通過創設“天山雪蓮的植物組織培養”這一主線化情境，將植物組織培養的原理、過程、條件、應用及植物體細胞雜交等相關知識整合融入，明顯提升了教學效果，既發展了學生的知識和能力，也培養了學生的生物學學科核心素養。