《植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)》教學(xué)設(shè)計(jì)

李會(huì)娜

【摘 要】文章通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境與動(dòng)手模擬操作雙管齊下，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式，提高學(xué)生分析、討論、探究和動(dòng)手的能力。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代生物科技專題；植物細(xì)胞工程；基本技術(shù)；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2017）15-0094-02

一、教材分析

“植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)”是“人教版”高中生物學(xué)教材《現(xiàn)代生物科技專題》（選修3）專題2“細(xì)胞工程”的內(nèi)容。本小節(jié)的重點(diǎn)在于闡明植物組織培養(yǎng)的原理和過(guò)程、植物體細(xì)胞雜交的過(guò)程，難點(diǎn)是植物組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)和植物體細(xì)胞雜交過(guò)程。植物組織培養(yǎng)技術(shù)涉及的主要相關(guān)內(nèi)容，如細(xì)胞全能性和細(xì)胞分化，以及植物體細(xì)胞雜交技術(shù)涉及的細(xì)胞膜的流動(dòng)性等知識(shí)，學(xué)生已經(jīng)通過(guò)必修一和必修二的學(xué)習(xí)對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)有了一定的了解和認(rèn)知，但是植物組織培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交技術(shù)都是實(shí)驗(yàn)技術(shù)難度較高、過(guò)程抽象的現(xiàn)代生物技術(shù)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)全新的領(lǐng)域，學(xué)習(xí)起來(lái)有一定的難度。

為此，教學(xué)中應(yīng)注意利用學(xué)生的知識(shí)遷移能力，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和小組互助學(xué)習(xí)，并借助多媒體教學(xué)手段，采用創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)置問(wèn)題的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生把困難的問(wèn)題簡(jiǎn)單化的目的。鑒于本小節(jié)是實(shí)驗(yàn)技術(shù)，但實(shí)驗(yàn)室無(wú)法滿足真實(shí)做實(shí)驗(yàn)的要求，于是筆者設(shè)計(jì)了3D模擬實(shí)驗(yàn)，并把模擬實(shí)驗(yàn)搬到課堂，讓學(xué)生動(dòng)手參與進(jìn)行模擬操作，幫助學(xué)生把抽象復(fù)雜的過(guò)程變得具體簡(jiǎn)單，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，從而化難為易，突破重難點(diǎn)。

二、教學(xué)目標(biāo)

1. 知識(shí)目標(biāo)

簡(jiǎn)述細(xì)胞全能性的概念含義；簡(jiǎn)述植物組織培養(yǎng)的過(guò)程；簡(jiǎn)述植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。

2. 能力目標(biāo)

通過(guò)對(duì)植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的過(guò)程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)的遷移能力；通過(guò)植物組織培養(yǎng)的動(dòng)手模擬操作，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

3. 情感目標(biāo)

通過(guò)學(xué)生動(dòng)手體驗(yàn)植物組織培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生敢于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)精神；通過(guò)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的學(xué)習(xí)，認(rèn)同科學(xué)是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程，激發(fā)探索生命奧秘的熱情。

三、教學(xué)過(guò)程

1. 情境創(chuàng)設(shè)導(dǎo)出新課

結(jié)合現(xiàn)在流行種植多肉植物的現(xiàn)象，給學(xué)生播放“多肉植物組織培養(yǎng)”的視頻，并讓學(xué)生帶著問(wèn)題觀看，教師設(shè)疑：為什么多肉植物的一個(gè)小塊組織就可以長(zhǎng)成一個(gè)完整的多肉植物，這與哪項(xiàng)生物技術(shù)有關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)了植物細(xì)胞的什么特性？通過(guò)視頻引起學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生回憶細(xì)胞全能性的概念，理解全能性的原因和本質(zhì)，并啟發(fā)學(xué)生思考生物體內(nèi)的細(xì)胞有沒(méi)有全能性，為什么多肉植株體內(nèi)的細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出細(xì)胞的全能性。接著進(jìn)一步提問(wèn)：“動(dòng)物細(xì)胞有全能性嗎？生物體所有細(xì)胞的全能性大小一致嗎？”自然引出并補(bǔ)充有關(guān)細(xì)胞全能性大小的比較的知識(shí)。

2. 植物組織培養(yǎng)技術(shù)

教師根據(jù)視頻內(nèi)容追問(wèn)：“剛才視頻中顯示的多肉植物的長(zhǎng)成，大家討論并總結(jié)一下怎樣才能由一塊組織通過(guò)培養(yǎng)得到一株完整的多肉植株，實(shí)現(xiàn)其細(xì)胞全能性的？”然后指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容，并思考相關(guān)問(wèn)題：①植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是什么？②什么是愈傷組織及其結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)？③離體的器官、組織或細(xì)胞如果不進(jìn)行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整的植物體？并總結(jié)植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件：離體狀態(tài)、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、植物激素、無(wú)菌環(huán)境、適宜的溫濕度等外界條件。然后，教師就相關(guān)概念，如脫分化、愈傷組織、再分化、胚狀體等給學(xué)生加以講解，并讓學(xué)生當(dāng)堂齊讀概念，加強(qiáng)對(duì)新概念的理解和記憶。最后由學(xué)生概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的過(guò)程。那具體的操作過(guò)程是什么樣的，要注意哪些事項(xiàng)呢？指導(dǎo)學(xué)生參考教材中胡蘿卜的組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，并分組利用實(shí)驗(yàn)材料（胡蘿卜、小刀、鑷子、錐形瓶、酒精瓶等）和3D模型（愈傷組織塊、叢芽、小植株、培養(yǎng)基等）自己動(dòng)手體驗(yàn)其過(guò)程！待全體學(xué)生完成后讓各小組選派代表分別匯報(bào)學(xué)習(xí)成果并回答問(wèn)題：植物組織培養(yǎng)過(guò)程中為什么要進(jìn)行一系列消毒、滅菌處理，并且要求無(wú)菌操作呢？對(duì)哪些材料進(jìn)行消毒滅菌以及如何進(jìn)行消毒滅菌？愈傷組織是什么顏色的？愈傷組織的形成、叢芽的形成和誘導(dǎo)生根為什么要轉(zhuǎn)換培養(yǎng)基？教師根據(jù)問(wèn)題補(bǔ)充植物激素是影響植物細(xì)胞脫分化和再分化的一個(gè)重要因素。當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素共同使用時(shí)，能強(qiáng)烈促進(jìn)愈傷組織的形成，而兩者不同的濃度配比在再分化過(guò)程中，分別對(duì)誘導(dǎo)根和芽的產(chǎn)生起關(guān)鍵作用。最后教師各小組情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和小結(jié)，改進(jìn)完善流程圖，并板書(shū)正確的流程圖（見(jiàn)圖1）。

通過(guò)讓學(xué)生親自動(dòng)手模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程，感受該項(xiàng)技術(shù)，加深了對(duì)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理解和學(xué)習(xí)，也培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)的素養(yǎng)。接下來(lái)進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：①同一株植物不同部位的細(xì)胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)獲得的植株基因型相同嗎？為什么？②以植物的花藥來(lái)進(jìn)行離體培養(yǎng)屬于哪種育種方式的重要環(huán)節(jié)？這種育種方法的流程是怎樣的？通過(guò)設(shè)疑引導(dǎo)學(xué)生回顧必修二“單倍體育種”的內(nèi)容，更深刻理解單倍體育種的兩個(gè)重要步驟，而且更加明確植物組織培養(yǎng)技術(shù)和單倍體育種的區(qū)別與聯(lián)系。

3. 植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

通過(guò)提問(wèn)讓學(xué)生回憶并比較馬鈴薯和番茄的生長(zhǎng)特點(diǎn)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，然后引導(dǎo)學(xué)生思考：能否讓番茄和馬鈴薯雜交，獲得一種地上長(zhǎng)番茄，地下結(jié)馬鈴薯塊莖的一箭雙雕的“超級(jí)作物”呢？如果要實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，可以采用哪些方法？學(xué)生根據(jù)物種間存在生殖隔離的知識(shí)，否決傳統(tǒng)有性雜交的可能，進(jìn)而大膽提出具有創(chuàng)新性的方案。

教師對(duì)學(xué)生提出的設(shè)想分別進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并指出科學(xué)家們歷盡艱辛，成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)物種間的雜交。多媒體展示體細(xì)胞雜交過(guò)程，并逐步引導(dǎo)學(xué)生思考：①要想讓兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一障礙是什么？該如何解決？并比較如果是兩個(gè)動(dòng)物細(xì)胞融合需要此步驟嗎？②如何誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合？有哪些人工誘導(dǎo)的方法？③植物細(xì)胞融合的原理和完成的標(biāo)志分別是什么？細(xì)胞融合后需要篩選嗎？如何篩選出雜種細(xì)胞？④如果得到了雜種細(xì)胞如何長(zhǎng)成一個(gè)植物體？雜交完成的標(biāo)志是什么？⑤植物體細(xì)胞雜交的過(guò)程可分為幾個(gè)步驟，試用流程圖來(lái)表示？（見(jiàn)圖2）⑥植物體細(xì)胞雜交成功的重要意義是什么？該技術(shù)有何局限性？學(xué)生對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行分析和討論，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和小結(jié)，最后指出科學(xué)家得到的馬鈴薯—番茄“超級(jí)作物”并沒(méi)有如科學(xué)家們所愿，地上長(zhǎng)番茄，地下結(jié)馬鈴薯，教師對(duì)此結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)解釋：生物體內(nèi)的基因表達(dá)并不是孤立的，他們之間相互協(xié)調(diào)相互影響，所以超級(jí)作物的遺傳物質(zhì)會(huì)相互干擾。但是，馬鈴薯—番茄“超級(jí)作物”還是在客服遠(yuǎn)緣雜交的障礙上取得了巨大的突破。同時(shí)給學(xué)生通過(guò)圖片展示其他的雜種植物：煙草—海盜煙草、胡蘿卜—羊角芹、白菜—甘藍(lán)等。最后通過(guò)白菜—甘藍(lán)的3D模型讓學(xué)生更直觀的感受到雜種植株，同時(shí)歸納比較植物體細(xì)胞雜交和傳統(tǒng)雜交的優(yōu)缺點(diǎn)，把新舊知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，學(xué)習(xí)接受新知識(shí)的同時(shí)復(fù)習(xí)記憶舊知識(shí)！

4. 課堂小結(jié)與拓展

通過(guò)板書(shū)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)帶學(xué)生回顧本節(jié)所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，并指出本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，然后開(kāi)展難度適當(dāng)?shù)牧?xí)題進(jìn)行當(dāng)堂反饋！最后開(kāi)放性問(wèn)題，結(jié)合課本異想天開(kāi)：會(huì)進(jìn)行光合作用的奶牛！能否讓植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行雜交？具體實(shí)驗(yàn)方案是怎樣的，注意哪些問(wèn)題，與植物體細(xì)胞雜交有什么不同點(diǎn)？由此實(shí)現(xiàn)課內(nèi)知識(shí)的遷移應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的熱情。

四、教學(xué)反思

教師通過(guò)聯(lián)系現(xiàn)實(shí)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，并設(shè)計(jì)難度適宜的問(wèn)題讓學(xué)生自己分組討論，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并鍛煉思維表達(dá)能力和團(tuán)體協(xié)作意識(shí)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)動(dòng)手演練更感興趣，在教學(xué)中善于化抽象為具體，通過(guò)學(xué)生動(dòng)手參與的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)重難點(diǎn)的突破。生物課程是理科中偏文科的學(xué)科，側(cè)重記憶的內(nèi)容較多，所以學(xué)習(xí)新內(nèi)容的同時(shí)要注意復(fù)習(xí)相關(guān)的舊知識(shí)，這樣讓知識(shí)有機(jī)地結(jié)合在一起，成為知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，便于學(xué)生接受和學(xué)習(xí)。另外，課堂上講完一個(gè)知識(shí)點(diǎn)需及時(shí)歸納、總結(jié)，幫助學(xué)生理清知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，便于對(duì)知識(shí)的理解和記憶。一節(jié)課的最后可以有三五個(gè)難度適宜的試題進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)反饋學(xué)生接受情況，便于教師了解學(xué)生掌握程度或存在的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：易繼斌）