结合校本资源的高中生物学实践活动设计

摘 要 “植物组织培养”是植物细胞工程的一项基础技术。为了因校制宜开发校本资源，选取了本校的楸树作为植物组织培养对象，具体分析教材与学情，通过“自主学习—小组合作”“代表示范—学生模仿”“问题讨论—总结归纳”等多种形式的教学活动，使学生在具体的实验操作中提升实验技能，掌握无菌操作技术，领悟植物组织培养技术的原理与过程，完成知识理论的自主构建，并在真实情境下激发科研兴趣，培养实践与创新能力，从而提高生物学的学科核心素养。

关键词 高中生物学 植物组织培养 实验教学 校本资源

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称为新程课标准）建议教师应积极开发和利用生物学课程资源。生物学课程资源是指生物学课程实施可利用的所有资源，它不仅影响教师的教学过程和教学方式，也影响学生的学习过程和学习方式，是决定课程实施和课程目标是否能有效达成的重要因素之一[1]72。课程的开发要因校制宜，善于利用各种教学资源，注重生物与社会、生活和技术方面的联系，以提升学生学习兴趣，从而提高学生的核心素养[2]。在开发具有校本特色的课程资源过程中，笔者发现本校的“黄金树”——古楸的后代作为植物组织培养对象非常适宜。楸树是我校一宝，也是名贵的用材与园林观赏树种，但是它的自然繁殖极为困难。选它入课堂，会使学生通过学习植物组织培养，明晓可以利用生物工程技术来拯救濒危珍贵植物，培养学生的社会责任意识。

一、教材与学情分析

新课程标准对“植物组织培养”的要求是“阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程”[1]28，并建议开展“利用植物组织培养技术培育菊花或其他植物幼苗，并进行栽培” [1]28等教学活动。

（一）教材分析

“植物组织培养”是人教版高中生物选择性必修3《生物技术与工程》模块中专题2“细胞工程”的第一节第1课时内容，主要包括植物组织培养技术的原理和过程。该节内容与必修1中“细胞的生命历程”和选择性必修1中“植物生长素和其他激素”等内容密切相关。植物组织培养技术是现代生物学的重要技术，在其基础上发展出了另一重要的植物细胞工程技术：植物体细胞杂交。通过本节内容的学习，学生能更好地理解植物体细胞杂交技术以及植物细胞工程在生产实践中的应用，如培育无病毒植株、细胞产物工厂化生产、制备人工种子等，并对后续学习“培育转基因植物”也有重要意义，可起到承上启下的作用。

（二）学情分析

高二年级的学生已经具备与之相关的理论基础：在必修1“细胞的生命历程”中，学生已经掌握了“细胞的分裂和分化”“细胞全能性”等方面的知识，有利于学生进一步加深理解植物组织培养技术的原理与过程;在选择性必修1“植物生命活动的调节”中，学生已经学习了“植物生长素”“其他植物激素”等内容，有利于学生理解在植物组织培养过程中添加植物激素的种类及设置不同比例的生理学意义。此外，学生初步具备了实验探究的能力以及一定的实验操作能力。但是，由于植物组织培养技术是学生接触的第一个细胞水平的现代生物工程技术，学生缺乏对无菌操作等实验技术的了解，因此，在实验操作过程中会存在一定困难。而学生总是对未知的内容或感兴趣的事物充满好奇这一特点却能为本节课的顺利开展奠定基础。

二、确定教学目标与重难点

为了在真实的课堂教学情境中引导并帮助学生达成新课程标准对本节课内容的要求，促进学生生物学科核心素养的提升，笔者结合教材及学情分析，确定了本节课的教学目标：①能运用物质观、稳态与平衡观等生命观念，理解植物组织培养技术的基本原理与过程;②能运用科学思维的方法，基于实验过程（先脱分化后再分化）以及操作要求（无菌操作）等科学探究事实，分析判断相关的理论依据;③以植物组织培养技术解决古楸树繁殖难题为例，关注与植物组织培养技术相关的研究进展和应用前景，建立运用现代生物技术拯救濒危珍稀生物的社会责任意识。确定教学重点：植物组织培养的原理和过程，教学难点：植物组织培养的实验操作流程。

三、教学过程

为了顺利展开“植物组织培养”实验教学，笔者首先做了以下几个方面的准备工作：①复习人教版高中生物必修1中“细胞的分化”一节相关内容;②结合导学案学生活动一和学生活动二板块，预习选修3“植物细胞工程的基本技术”中植物组织培养的相关内容;③全班分成4组，每组7人，由各小组选定组长，组成兴趣小组，提前进入南通大学生科院学习植物组织培养的实验操作步骤，并由教师选派2人在课堂上进行汇报;④由于课堂时间有限，外植体——楸树根部的预处理、培养基的配制与灭菌、实验器材用具的灭菌处理等均于课前完成。在完成了充分的准备工作之后，进入课程实施阶段。

（一）情境设疑，导入新课

由本校六百年老楸树的照片及介绍（图1、图2）引出楸树繁殖难题——自花不孕，再到现有常见的楸树繁殖方法的局限性，引出本节课教学内容：能够实现楸树快速大量繁殖的生物新工程技术——植物组织培养技术。

[设计意图]通过真实的情境创设，激起学生对“植物组织培养技术”的好奇，进而提出问题：什么是植物组织培养？具体操作流程是怎样的？为何能实现快速大量繁殖，其原理是什么？以此生成本节课的学习目标。通过真实情境中的案例研究，有利于培养学生社会责任素养。

（二）活动探索，推进新课

【活动一】自主学习，掌握植物组织培养技术的理论基础

笔者设计问题串：“什么是细胞的全能性？细胞具有全能性的原因是什么？已经分化的细胞能否表现出全能性？为什么？细胞表现全能性的条件有哪些？”通过引导，学生思考并回答相关问题。在此基础上提出MS培养基中为何要添加蔗糖等问题，促进学生深层次思考。

[设计意图]通过精心设计层层递进的问题串，引导学生建构新旧知识之间的联系，完成学生掌握植物组织培养技术原理的教学目标，有助于教师“以学定教，顺学而导”。此外，“人工提供适宜培养基可以满足植物细胞的离体生长需求”等信息也有利于学生运用物质观、稳态与平衡观等生命观念理解植物组织培养技术的基本原理。

【活动二】小组合作，构建植物组织培养技术流程图

学生根据植物组织培养原理，结合教材“胡萝卜的组织培养”实验板块内容，小组合作讨论，共同构建植物组织培养技术流程图（见图3）。

学生上台用实物投影仪展示并讲解。笔者进行点评与补充，并通过提出“什么是脱分化？为什么要脱分化处理？选择分化程度如何的植物组织作为外植体？”等问题，使学生更加清楚地掌握植物组织培养技术的理论流程。

[设计意图]通过自主构建流程图，帮助学生形成网络化的知识结构。通过学生展示小组合作学习结果的方式，激发学生学习兴趣，引导学生主动参与到学习中，锻炼学生科学思维能力与表达能力，同时培养学生观察与倾听能力。通过教师的点评与讲解，明确本节课的教学重难点：植物组织培养技术的流程。

【活动三】代表示范，分享心得体会

笔者指派提前进入南通大学生科院进行学习的2名兴趣小组的学生汇报此次学习的心得体会，学生用自备的PPT配合讲解植物组织培养技术的具体操作过程（见图4～25）。

步骤一：配制MS培养基（图4～8，其中“计算”步骤需在“配制并量取母液”前，图略）

步骤二：外植体消毒（图9～18）

步骤三：外植体接种（图19～25）

[设计意图]通过同学的汇报展示，学生清楚了整个实验操作流程。而兴趣小组学生的表现也能激励其他学生敢于实践和探究，激发实验热情，同时采用学生代表汇报的活动形式锻炼学生的语言组织和表达能力。

【活动四】学生模仿，动手完成外植体接种

笔者点评两位学生的汇报，展示兴趣小组先前开展实验的结果（如图26～27），引导学生分析导致培养对象污染的可能原因，再次强调实验操作过程中的注意事项。

在组长的指导下，学生在超净台内规范进行实验操作，接种完成后做好标记，按组放入恒温箱进行培养。笔者对学生的接种过程进行点评，并让学生根据整个实验过程设计探究性课题，如外植体在培养基上的插入位置或放置方式对愈伤组织的形成是否有影响等。此外，设计“要进行脱分化，应如何设置培养箱条件？”“将接种瓶放入培养箱之后，就可以高枕无忧了吗？”“若长出了愈伤组织，它自己就可以在培养箱中发育成一株幼苗了？”……“再分化和脱分化培养条件是否相同呢？”等问题串，再次加深学生对植物组织培养过程的印象。

[设计意图]深化学生对所学知识的掌握与运用，认同脱分化和再分化过程培养条件不相同的事实，为后续再分化实验操作作好铺垫。通过点评学生的实验操作对学生的学习成果进行评价，并引导学生设计探究性课题，落实锻炼学生科学思维与探究能力的目标。

（三）归纳总结，拓展思维

笔者组织学生根据本节课所学内容，尝试用简短的语言概括：①植物组织培养究竟是一种怎样的技术;②归纳总结植物组织培养定义;③根据本节课所学知识，拓展思维，尝试将本节课所学的生物技术运用于生产实践。

[设计意图]这一过程为学生提供了个性发挥的空间，培养了学生自主归纳总结和表达的能力。思维拓展环节对学生理解植物组织培养技术在生产实践中的重要性有十分积极的、现实的意义，为下一节——植物组织培养的应用打下基础，落实了培养学生社会责任意识的教学目标。

四、教学反思

本节教学是笔者执教的一节公开课，“植物组织培养技术”是一项操作难度较大的实践活动，其过程复杂而精细，操作持续时间可长达1～2个月，不可能在一节课上让学生经历组培全过程。为了确保学生能在课堂上动手操作关键步骤，特别是掌握关键性实验技能——无菌操作技术，掌握操作中的注意事项，意识到该技术在实际生活中的重要作用，笔者设计了“理论：植物组织培养的原理+实验：外植体接种”的综合教学方案，让兴趣小组的学生预习了本实验的具体操作，还做了大量准备工作。采用小组合作学习方式突破教学重点;采用兴趣小组提前开展实验，在课上汇报并指导组员进行实验的方式突破教学难点。在课上的实验过程中，由兴趣小组的学生认真指导本小组成员规范完成实验操作，带动本小组学生积极参与到实验中，实验热情高，团队协作能力良好，顺利完成了教学目标。教学实践表明：学生对校本资源入课堂表现出高度的热情，充分激发了学生的探究和学习欲望;学生通过小组合作自主构建知识，能较好掌握植物组织培养的原理与流程;通过动手进行实验操作，能快速有效地掌握植物组织培养技术。可见，结合校本资源的生物教学实践活动能够激发学生的科研兴趣，激起学生想要了解更多生物工程技术的欲望，有利于减负增效，培养学生的生物学学科核心素养。

经过教学反思发现，该设计仍有可改进之处。由于本课为学生第一次接触植物组织培养技术，所以笔者并没有设计较复杂的探究实验。在今后的实验教学中，可以尝试让实验小组选取不同的实验材料或者改变实验的某一条件来自己设计相关探究实验。例如，探讨在采用不同种植物、同种植物不同部位的组织等进行植物组织培养时对外植体接种成功率的影响，改变分化培养基中细胞分裂素和生长素比例对再分化结果的影响等。

[参 考 文 献]

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]彬彬.中小学教师开发利用课程资源的内涵、意蕴和方略[J].湖北教育，2021（7）：6.

（责任编辑：赵晓梅）