基于科學(xué)史進(jìn)行科學(xué)探究學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：植物細(xì)胞工程包括植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用。教師在復(fù)習(xí)時(shí)，通過重新整合課程教學(xué)順序，以植物組織培養(yǎng)技術(shù)的科學(xué)發(fā)展史為主線，融合教材，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程，理解科學(xué)的本質(zhì)，提升學(xué)生理性思維和科學(xué)探究的能力。

關(guān)鍵詞：植物體細(xì)胞雜交;植物組織培養(yǎng);科學(xué)史;科學(xué)探究

1.設(shè)計(jì)理念

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確指出：科學(xué)是一個(gè)發(fā)展的過程。學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)的理念是重新整合教材內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)探究植物細(xì)胞工程的科學(xué)發(fā)展史，讓學(xué)生更清楚地理解植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。并以科學(xué)史為基礎(chǔ)，經(jīng)過教師和學(xué)生的收集整理，將其中蘊(yùn)涵的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)方法轉(zhuǎn)換成學(xué)生的思考方向，以思考題的方式呈現(xiàn)，通過學(xué)生的討論、探究，進(jìn)一步體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，提高科學(xué)探究的能力。

2.教材分析

“植物細(xì)胞工程”選自人教版高中《生物選修3·現(xiàn)代生物科技專題》專題2第1節(jié)，包括植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用兩小節(jié)。本節(jié)教學(xué)過程中重新整合了教材內(nèi)容，先通過白菜—甘藍(lán)案例引出植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，借助科學(xué)史材料的分析，剖析了去除細(xì)胞壁的方法和原生質(zhì)體的融合問題;然后以植物組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展史的資料為藍(lán)本，將脫分化、再分化、愈傷組織、細(xì)胞全能性等專業(yè)詞匯的概念逐層解析，為植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用的分析作鋪墊。

3.學(xué)生分析

作為高三學(xué)生，高中生物基礎(chǔ)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，熟悉細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，了解細(xì)胞分化和細(xì)胞全能性，也學(xué)習(xí)過植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的基本過程和原理，對(duì)更深的知識(shí)有探索欲望。因此，這節(jié)課主要是對(duì)知識(shí)的重拾和重整，重新整理相關(guān)內(nèi)容。

4教學(xué)目標(biāo)

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

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

4.3能舉例說明植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，即利用快速繁殖、脫毒、代謝產(chǎn)物細(xì)胞化生產(chǎn)、育種等方式有效提高了生產(chǎn)效率。

5.教學(xué)過程

5.1創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

教師活動(dòng)：展示番茄—馬鈴薯、白菜—甘藍(lán)等植物圖片，引入植物體細(xì)胞雜交技術(shù)課題。同時(shí)提供相關(guān)資料，讓學(xué)生了解植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的發(fā)展。

學(xué)生活動(dòng)：觀察圖片，閱讀資料，獲取信息，了解植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的發(fā)展。

設(shè)計(jì)意圖：植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)是密切相關(guān)的，打破教材原有的順序，讓學(xué)生先從番茄馬鈴薯的雜合植株入手，引入植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，了解它的發(fā)展背景，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，導(dǎo)入新課。

5.2基于科學(xué)史，通過問題層層剖析

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

學(xué)生活動(dòng)：分析資料，利用資料，回顧已學(xué)知識(shí)，回答相關(guān)問題，并嘗試建構(gòu)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)過程圖。

設(shè)計(jì)意圖：以科學(xué)史為背景，讓學(xué)生了解植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的發(fā)展背景，理解科學(xué)家的成果是得來不易的，同時(shí)提升學(xué)生分析信息解決問題的能力，并提高學(xué)生建構(gòu)過程圖的能力。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)融合結(jié)果的開放性思考。

教師活動(dòng)：植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的原理有植物細(xì)胞的全能性和細(xì)胞膜的流動(dòng)性，利用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)。從而引入植物組織培養(yǎng)技術(shù)的科學(xué)探究史。以時(shí)間軸展示科學(xué)史，再一次讓學(xué)生領(lǐng)略科學(xué)家的科學(xué)探究過程，提升分析資料提取信息的能力。并引導(dǎo)學(xué)生重新建構(gòu)細(xì)胞全能性、脫分化、再分化、愈傷組織等相關(guān)概念，并構(gòu)建植物組織培養(yǎng)過程圖。（如圖2）

學(xué)生活動(dòng)：分析資料，構(gòu)建概念，回答問題。有部分學(xué)生提出一些問題，比如植物激素添加的種類和比例對(duì)植物組織培養(yǎng)的影響是什么？植物組織培養(yǎng)過程中對(duì)光有什么要求？

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

設(shè)計(jì)意圖：基于科學(xué)史的證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生重整細(xì)胞全能性、脫分化、再分化、愈傷組織等概念，復(fù)習(xí)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的過程，引導(dǎo)學(xué)生分析討論培養(yǎng)過程中生長素和細(xì)胞分裂素添加的比值和效果，以及脫分化和再分化對(duì)光的需求，強(qiáng)調(diào)小組合作，提高分析問題解決問題的能力。

5.3交流合作，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

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

學(xué)生活動(dòng)：通過分析白菜、甘藍(lán)、白菜—甘藍(lán)的染色體數(shù)、染色體組數(shù)及可育問題，提出相應(yīng)主張。

設(shè)計(jì)意圖：通過案例分析，利用學(xué)生已有的知識(shí)儲(chǔ)備，將前后內(nèi)容融會(huì)貫通，建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，為理解植物細(xì)胞工程的應(yīng)用做鋪墊。

教師活動(dòng)：從人工種子出發(fā)，分析植物細(xì)胞工程的應(yīng)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(shù)的發(fā)展。

學(xué)生活動(dòng)：分析資料，結(jié)合染色體變異等知識(shí)，分析植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用，如微型繁殖、作物脫毒人工種子、細(xì)胞產(chǎn)物工廠化等方面，重點(diǎn)鞏固單倍體育種的過程。

設(shè)計(jì)意圖：了解植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)是關(guān)鍵，但掌握技術(shù)是為了應(yīng)用，從而升華到植物細(xì)胞工程的應(yīng)用的分析。借助科學(xué)史，了解植物細(xì)胞工程技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展史，感悟科學(xué)家的魅力，感悟科學(xué)發(fā)展的突飛猛進(jìn)。還有新舊知識(shí)的結(jié)合，達(dá)到了知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

6.教學(xué)反思

6.1重整教材內(nèi)容，復(fù)雜問題簡單化

根據(jù)學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)理論，適時(shí)重新調(diào)整教材內(nèi)容。先從植物體細(xì)胞雜交技術(shù)引入，去除細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體，經(jīng)過原生質(zhì)體融合到再生細(xì)胞壁成為雜種細(xì)胞，雜種細(xì)胞再經(jīng)組織培養(yǎng)獲得雜種植株，分析植物組織培養(yǎng)技術(shù)過程和條件，再縱觀聯(lián)系植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用。把植物細(xì)胞從外向內(nèi)層層剖析，環(huán)環(huán)相扣，緊密相連，融會(huì)貫通，就像一幅幅形象的畫面呈現(xiàn)在眼前，非常流暢。

6.2善于利用科學(xué)史，抽象問題直觀化

將科學(xué)史引入生物課堂教學(xué)過程中，并不單純是簡單的歷史重現(xiàn)，教師可以根據(jù)課堂需求，補(bǔ)充科學(xué)史實(shí)，借助多媒體重現(xiàn)科學(xué)探究過程，將抽象問題直觀化，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生閱讀分析能力、實(shí)驗(yàn)探究能力等，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)知識(shí)和理論體系的演變和形成過程，感悟科學(xué)家的科學(xué)探究的態(tài)度和精神，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識(shí)和科學(xué)思維等。

參考文獻(xiàn)

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[2]謝永佳.“線粒體”專題教學(xué)——基于科學(xué)史進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì).中學(xué)生物教學(xué)，2017（11）：69-72

[3]畢詩秀.充分挖掘科學(xué)史教育價(jià)值，提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng).生物學(xué)通報(bào)，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(xué)一級(jí)，研究方向：生物教育