“植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用”教學(xué)設(shè)計(jì)

吳佐建　張?jiān)x

1 教學(xué)分析和設(shè)計(jì)思路

1.1 教材分析

“植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用”是人民教育出版社2011年版《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》中的一節(jié)內(nèi)容?！爸参锛?xì)胞工程的基本技術(shù)”是學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)，主要包括植物繁殖的新途徑（微型繁殖、作物脫毒和人工種子）、作物新品種的培育（單倍體育種和突變體的利用）以及細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)等三方面的內(nèi)容。在STSE（科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境）教育方面，教材以“資料分析”的形式介紹了我國紅豆杉慘遭浩劫的例子，引導(dǎo)學(xué)生討論植物細(xì)胞工程技術(shù)在資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)方面的重要意義。因此，本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)重視滲透STSE教育。

1.2 學(xué)情分析

“植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用”作為《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》中的一節(jié)，學(xué)生已具有相應(yīng)必修內(nèi)容的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)：在《必修1·分子與細(xì)胞》中，學(xué)生學(xué)習(xí)了“細(xì)胞的分裂和分化”“細(xì)胞的全能性”等內(nèi)容，這些內(nèi)容能幫助學(xué)生進(jìn)一步加深對植物細(xì)胞工程應(yīng)用的原理的理解；在《必修2·遺傳與進(jìn)化》中，學(xué)生學(xué)習(xí)了“基因突變和誘變育種”“單倍體育種”等內(nèi)容，這些內(nèi)容能夠幫助學(xué)生理解植物細(xì)胞工程在育種方面的應(yīng)用；在《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中，學(xué)生學(xué)習(xí)了“生態(tài)系統(tǒng)”“生物多樣性的保護(hù)”等內(nèi)容，這些內(nèi)容能夠幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到保護(hù)紅豆杉的意義和重要性，為學(xué)生的學(xué)習(xí)遷移打下基礎(chǔ)。但是，本節(jié)課內(nèi)容涉及較多的基礎(chǔ)知識(shí)，具有一定的綜合性和復(fù)雜性。因此，教師可以通過思維導(dǎo)圖的方式，引導(dǎo)整理知識(shí)脈絡(luò)、建構(gòu)知識(shí)體系。

1.3 設(shè)計(jì)思路

基于對教材和學(xué)情的分析，本節(jié)課的教學(xué)思路設(shè)計(jì)為兩條主線。第一條主線為情境主線，以此滲透STSE教育。通過這條主線，本節(jié)課將創(chuàng)設(shè)“拯救紅豆杉”這一問題情景，并圍繞這一問題情境，展開教學(xué)活動(dòng)。第二條主線為思維主線，通過活動(dòng)訓(xùn)練學(xué)生的思維，幫助學(xué)生梳理新舊知識(shí)的關(guān)系，構(gòu)建符合自身認(rèn)知心理的知識(shí)框架，并能運(yùn)用發(fā)散思維應(yīng)用新知識(shí)。這條主線主要包括思維導(dǎo)圖和頭腦風(fēng)暴2個(gè)課堂活動(dòng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo)

通過繪制思維導(dǎo)圖，列舉植物細(xì)胞工程的應(yīng)用。

2.2 能力目標(biāo)

通過開展頭腦風(fēng)暴活動(dòng)，進(jìn)行發(fā)散性思維訓(xùn)練。

2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

以紫杉醇的開發(fā)為例，關(guān)注植物細(xì)胞工程研究的發(fā)展和應(yīng)用前景。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

教師通過展示紅豆杉的圖片，向?qū)W生介紹紅豆杉。請學(xué)生閱讀教材的“資料分析”欄目資料，了解紅豆杉的現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步補(bǔ)充相關(guān)資料：① 因?yàn)榧t豆杉的樹皮有抗癌物質(zhì)——紫杉醇，所以有許多人進(jìn)入林中來剝樹皮，使得紅豆杉的數(shù)量急劇下降；② 1994年，紅豆杉被中國定為一級(jí)珍稀瀕危保護(hù)植物；③ 紫杉醇是治療轉(zhuǎn)移性卵巢癌和乳腺癌的最好藥物之一，同時(shí)對肺癌、食道癌也有顯著療效，是這些病人的希望；④ 許多人之所以會(huì)做出剝紅豆杉樹皮的違法行為，貧困是主要原因之一。

師生共同通過“資料分析”欄目資料及相關(guān)補(bǔ)充資料，梳理以“紅豆杉和紫杉醇”所面臨的困境，并討論：如何處理好紅豆杉的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)需求三者之間的關(guān)系？能不能通過植物細(xì)胞工程技術(shù)來解決問題？這樣引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步了解植物組織培養(yǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

3.2 思維導(dǎo)圖，探索新知

理論是指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)。因此，師生共同回顧植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程（圖1）。

學(xué)生以6～7人為一組，在閱讀本節(jié)教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過小組討論結(jié)合所學(xué)知識(shí)找到新舊知識(shí)的連接點(diǎn)，繪制思維導(dǎo)圖。在活動(dòng)之前，教師可以根據(jù)需要向?qū)W生提供繪制思維導(dǎo)圖的指導(dǎo)：離體的植物組織、器官或細(xì)胞通過脫分化形成愈傷組織，愈傷組織經(jīng)過再分化形成胚狀體，胚狀體再發(fā)育為植株。按照各個(gè)階段，植物組織培養(yǎng)技術(shù)的基本產(chǎn)品包括愈傷組織、胚狀體和植株。因此，植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用本質(zhì)上就是對這個(gè)技術(shù)及其基本產(chǎn)物的利用。學(xué)生在此基礎(chǔ)上，閱讀課本內(nèi)容，分小組討論植物組織培養(yǎng)技術(shù)與課本中出現(xiàn)的這些應(yīng)用的關(guān)系，并以此為主題繪制思維導(dǎo)圖。

活動(dòng)結(jié)束后，各個(gè)小組通過實(shí)物投影儀展示學(xué)生的思維導(dǎo)圖。最后，師生一起對思維導(dǎo)圖進(jìn)行總結(jié)。預(yù)設(shè)的思維導(dǎo)圖如圖2所示。

在師生對思維導(dǎo)圖進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，教師還應(yīng)結(jié)合書本的實(shí)例，對一些細(xì)節(jié)進(jìn)行講解，避免陷入“有框架、無細(xì)節(jié)”的誤區(qū)。

（1） 從教材中提煉出微型繁殖技術(shù)的特點(diǎn)：① 繁殖速度快；② “高保真”（因?yàn)槭菬o性繁殖）；③ 不受自然生長季節(jié)的限制（因?yàn)樵诰哂幸欢ㄈ斯ぴO(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn)）。

（2） 介紹長期進(jìn)行無性繁殖的作物易積累感染的病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，而植物的分生區(qū)一般不會(huì)感染病毒，用分生區(qū)的細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，能得到脫毒苗。

（3） 天然種子是有性生殖的產(chǎn)物，存在基因重組，可能會(huì)造成某些遺傳性狀的改變，而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性。天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)限制，而人工種子生產(chǎn)上也不受季節(jié)的限制。試管苗的大量貯藏和運(yùn)輸也是相當(dāng)困難的，而人工種子外層是起保護(hù)作用的薄膜，類似天然種子的種皮，可以很方便地貯藏和運(yùn)輸。

3.3 頭腦風(fēng)暴，知識(shí)應(yīng)用

學(xué)生以6～7人一組，分組圍繞“拯救紅豆杉”這一主題展開頭腦風(fēng)暴活動(dòng)。在小組活動(dòng)中，每人圍繞主題說出一項(xiàng)拯救紅豆杉的措施，直至結(jié)束。由一個(gè)小組匯報(bào)活動(dòng)結(jié)果，其他小組進(jìn)行補(bǔ)充，完善方案。

學(xué)生可能提出的措施預(yù)設(shè)：

（1） 推廣人工種植。可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)紅豆杉試管苗、人工種子，推廣紅豆杉的種植。

（2） 細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。研究利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)來大量培育紅豆杉細(xì)胞，利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇。

（3） 尋找紅豆衫的替代物。如紅豆杉的非樹皮部位提取紫杉醇或?qū)ふ耶a(chǎn)紫杉醇的非紅豆杉植物。

（4） 化學(xué)合成。研究紫杉醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)，通過化學(xué)方法合成紫杉醇。

（5） 生物合成。研究紅豆杉生物合成途徑，用酶工程的手段合成紫杉醇。

（6） 基因工程。利用基因工程手段改造紅豆杉提高紫杉醇產(chǎn)量。

（7） 誘變育種。對紅豆杉進(jìn)行誘變育種，以期提高紫杉醇產(chǎn)量。

（8） 建立自然保護(hù)區(qū)。通過建立自然保護(hù)區(qū)對天然的紅豆杉種群進(jìn)行就地保護(hù)。

（9） 幫助當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧。幫助當(dāng)?shù)剞r(nóng)民通過其他途徑脫貧。

（10） 法律途徑。一方面要加強(qiáng)法制宣傳教育，另一方面要加強(qiáng)執(zhí)法力度。

4 課堂小結(jié)，情感升華

通過思維風(fēng)暴活動(dòng)，教師要引導(dǎo)學(xué)生以小組內(nèi)活動(dòng)的形式分享活動(dòng)心得，進(jìn)一步探討科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境之間的關(guān)系，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展中的作用，并以此作為本節(jié)課的小結(jié)。

教師小結(jié)預(yù)設(shè)：我們不僅是社會(huì)的一份子，而且還是大自然的一份子。在追求健康、發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，應(yīng)努力找到社會(huì)發(fā)展與自然和諧的平衡點(diǎn)?？茖W(xué)技術(shù)往往能給人們解決問題帶來希望。但是，提醒大家的是，科學(xué)技術(shù)是把“雙刃劍”，在科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用過程中，也可能會(huì)帶來更多的社會(huì)問題、環(huán)境問題。例如，癌癥患者的數(shù)量逐年攀升與工業(yè)生產(chǎn)帶來的環(huán)境惡化密切相關(guān)。因此，在利用科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)紫杉醇、拯救紅豆杉的過程中，要防止由此可能產(chǎn)生的工業(yè)污染。否則，可能得不償失。

5 教學(xué)反思

5.1 重視STSE教育情境的選擇

本節(jié)課的內(nèi)容本身屬于技術(shù)的應(yīng)用部分，與社會(huì)生活也緊密相關(guān)。教師通過在課堂中選擇“紅豆杉”這一環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)話題，創(chuàng)設(shè)情境，使科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境四者聯(lián)系起來。教師對學(xué)生的價(jià)值觀培養(yǎng)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)個(gè)人價(jià)值與社會(huì)價(jià)值的統(tǒng)一、科學(xué)價(jià)值與人文價(jià)值的統(tǒng)一。教師通過情境教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)、討論解決情境中的問題，不僅能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠讓學(xué)生更好地理解先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

5.2 注重學(xué)生思維能力的培養(yǎng)

在本節(jié)課中，通過兩個(gè)課堂活動(dòng)訓(xùn)練學(xué)生的思維能力。發(fā)散性思維訓(xùn)練是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要途徑。遺憾的是，學(xué)生在完成思維導(dǎo)圖環(huán)節(jié)后，大多數(shù)小組的思維就被“植物細(xì)胞工程的應(yīng)用”這一知識(shí)框架限制住了。只有個(gè)別小組能夠跳出本節(jié)課，想到化學(xué)合成、微生物發(fā)酵、生物合成等其他方法。顯然，發(fā)散性思維的培養(yǎng)不是一蹴而就的，教師應(yīng)通過多種途徑增加學(xué)生訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。

5.3 關(guān)注教學(xué)預(yù)設(shè)與課堂生成

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)作了課堂教學(xué)的預(yù)設(shè)。教學(xué)是有目標(biāo)有計(jì)劃的活動(dòng)，預(yù)設(shè)是教學(xué)的基本要求。但是，課堂是充滿生機(jī)和樂趣的，是在教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生互動(dòng)過程中的生成過程。在教學(xué)過程中，學(xué)生能積極進(jìn)行知識(shí)探索，同時(shí)圍繞創(chuàng)設(shè)的情景進(jìn)行討論，提出各種見解，真正成為課堂的主人。在這個(gè)過程中，教師應(yīng)及時(shí)根據(jù)課堂生成情況調(diào)整教學(xué)，使教學(xué)回歸學(xué)生的生活世界，使教學(xué)更加充滿活力。教師只有關(guān)注了教學(xué)預(yù)設(shè)與課堂生成，才能脫離按部就班的桎梏，和學(xué)生一道創(chuàng)造人本、個(gè)性、開放的高效課堂！