《植物細胞工程的基本技術》教學設計

李會娜

【摘 要】文章通過創設問題情境與動手模擬操作雙管齊下，引導學生自主學習的方式，提高學生分析、討論、探究和動手的能力。

【關鍵詞】現代生物科技專題；植物細胞工程；基本技術；教學設計

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2017）15-0094-02

一、教材分析

“植物細胞工程的基本技術”是“人教版”高中生物學教材《現代生物科技專題》（選修3）專題2“細胞工程”的內容。本小節的重點在于闡明植物組織培養的原理和過程、植物體細胞雜交的過程，難點是植物組織培養的實驗和植物體細胞雜交過程。植物組織培養技術涉及的主要相關內容，如細胞全能性和細胞分化，以及植物體細胞雜交技術涉及的細胞膜的流動性等知識，學生已經通過必修一和必修二的學習對相關基礎知識有了一定的了解和認知，但是植物組織培養和體細胞雜交技術都是實驗技術難度較高、過程抽象的現代生物技術，對學生來說仍然是一個全新的領域，學習起來有一定的難度。

為此，教學中應注意利用學生的知識遷移能力，指導學生進行自主學習和小組互助學習，并借助多媒體教學手段，采用創設情境、設置問題的教學方法，實現讓學生把困難的問題簡單化的目的。鑒于本小節是實驗技術，但實驗室無法滿足真實做實驗的要求，于是筆者設計了3D模擬實驗，并把模擬實驗搬到課堂，讓學生動手參與進行模擬操作，幫助學生把抽象復雜的過程變得具體簡單，增強學生的感性認識，從而化難為易，突破重難點。

二、教學目標

1. 知識目標

簡述細胞全能性的概念含義；簡述植物組織培養的過程；簡述植物體細胞雜交技術。

2. 能力目標

通過對植物組織培養和植物體細胞雜交的過程設計，培養學生知識的遷移能力；通過植物組織培養的動手模擬操作，培養學生的動手能力。

3. 情感目標

通過學生動手體驗植物組織培養，激發學生敢于實驗的科學精神；通過植物體細胞雜交技術的學習，認同科學是一個不斷發展的過程，激發探索生命奧秘的熱情。

三、教學過程

1. 情境創設導出新課

結合現在流行種植多肉植物的現象，給學生播放“多肉植物組織培養”的視頻，并讓學生帶著問題觀看，教師設疑：為什么多肉植物的一個小塊組織就可以長成一個完整的多肉植物，這與哪項生物技術有關聯，體現了植物細胞的什么特性？通過視頻引起學生的興趣，激發學生的探究欲望，引導學生回憶細胞全能性的概念，理解全能性的原因和本質，并啟發學生思考生物體內的細胞有沒有全能性，為什么多肉植株體內的細胞沒有表現出細胞的全能性。接著進一步提問：“動物細胞有全能性嗎？生物體所有細胞的全能性大小一致嗎？”自然引出并補充有關細胞全能性大小的比較的知識。

2. 植物組織培養技術

教師根據視頻內容追問：“剛才視頻中顯示的多肉植物的長成，大家討論并總結一下怎樣才能由一塊組織通過培養得到一株完整的多肉植株，實現其細胞全能性的？”然后指導學生閱讀教材中相關內容，并思考相關問題：①植物組織培養的理論基礎是什么？②什么是愈傷組織及其結構功能特點？③離體的器官、組織或細胞如果不進行脫分化處理，能否培養成完整的植物體？并總結植物細胞表現出全能性的條件：離體狀態、一定的營養物質、植物激素、無菌環境、適宜的溫濕度等外界條件。然后，教師就相關概念，如脫分化、愈傷組織、再分化、胚狀體等給學生加以講解，并讓學生當堂齊讀概念，加強對新概念的理解和記憶。最后由學生概括出植物組織培養技術的過程。那具體的操作過程是什么樣的，要注意哪些事項呢？指導學生參考教材中胡蘿卜的組織培養實驗，并分組利用實驗材料（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、培養基等）自己動手體驗其過程！待全體學生完成后讓各小組選派代表分別匯報學習成果并回答問題：植物組織培養過程中為什么要進行一系列消毒、滅菌處理，并且要求無菌操作呢？對哪些材料進行消毒滅菌以及如何進行消毒滅菌？愈傷組織是什么顏色的？愈傷組織的形成、叢芽的形成和誘導生根為什么要轉換培養基？教師根據問題補充植物激素是影響植物細胞脫分化和再分化的一個重要因素。當細胞分裂素與生長素共同使用時，能強烈促進愈傷組織的形成，而兩者不同的濃度配比在再分化過程中，分別對誘導根和芽的產生起關鍵作用。最后教師各小組情況進行點評和小結，改進完善流程圖，并板書正確的流程圖（見圖1）。

通過讓學生親自動手模擬實驗過程，感受該項技術，加深了對植物組織培養技術的理解和學習，也培養了學生的動手能力、團隊合作能力和進行生物實驗技術的素養。接下來進一步引導學生思考：①同一株植物不同部位的細胞經植物組織培養獲得的植株基因型相同嗎？為什么？②以植物的花藥來進行離體培養屬于哪種育種方式的重要環節？這種育種方法的流程是怎樣的？通過設疑引導學生回顧必修二“單倍體育種”的內容，更深刻理解單倍體育種的兩個重要步驟，而且更加明確植物組織培養技術和單倍體育種的區別與聯系。

3. 植物體細胞雜交技術

通過提問讓學生回憶并比較馬鈴薯和番茄的生長特點和營養價值，然后引導學生思考：能否讓番茄和馬鈴薯雜交，獲得一種地上長番茄，地下結馬鈴薯塊莖的一箭雙雕的“超級作物”呢？如果要實現這一設想，可以采用哪些方法？學生根據物種間存在生殖隔離的知識，否決傳統有性雜交的可能，進而大膽提出具有創新性的方案。

教師對學生提出的設想分別進行點評，并指出科學家們歷盡艱辛，成功實現了兩個物種間的雜交。多媒體展示體細胞雜交過程，并逐步引導學生思考：①要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一起，遇到的第一障礙是什么？該如何解決？并比較如果是兩個動物細胞融合需要此步驟嗎？②如何誘導原生質體融合？有哪些人工誘導的方法？③植物細胞融合的原理和完成的標志分別是什么？細胞融合后需要篩選嗎？如何篩選出雜種細胞？④如果得到了雜種細胞如何長成一個植物體？雜交完成的標志是什么？⑤植物體細胞雜交的過程可分為幾個步驟，試用流程圖來表示？（見圖2）⑥植物體細胞雜交成功的重要意義是什么？該技術有何局限性？學生對以上問題進行分析和討論，教師進行點評和小結，最后指出科學家得到的馬鈴薯—番茄“超級作物”并沒有如科學家們所愿，地上長番茄，地下結馬鈴薯，教師對此結果引導學生根據已有知識解釋：生物體內的基因表達并不是孤立的，他們之間相互協調相互影響，所以超級作物的遺傳物質會相互干擾。但是，馬鈴薯—番茄“超級作物”還是在客服遠緣雜交的障礙上取得了巨大的突破。同時給學生通過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—甘藍等。最后通過白菜—甘藍的3D模型讓學生更直觀的感受到雜種植株，同時歸納比較植物體細胞雜交和傳統雜交的優缺點，把新舊知識有機的結合起來，學習接受新知識的同時復習記憶舊知識！

4. 課堂小結與拓展

通過板書的知識網絡帶學生回顧本節所學的知識內容，并指出本節課的重點內容，然后開展難度適當的習題進行當堂反饋！最后開放性問題，結合課本異想天開：會進行光合作用的奶牛！能否讓植物細胞與動物細胞進行雜交？具體實驗方案是怎樣的，注意哪些問題，與植物體細胞雜交有什么不同點？由此實現課內知識的遷移應用，激發學生創新的熱情。

四、教學反思

教師通過聯系現實，創設問題情境，開展教學活動，并設計難度適宜的問題讓學生自己分組討論，調動學生的積極性并鍛煉思維表達能力和團體協作意識。實踐發現，學生對動手演練更感興趣，在教學中善于化抽象為具體，通過學生動手參與的過程來實現重難點的突破。生物課程是理科中偏文科的學科，側重記憶的內容較多，所以學習新內容的同時要注意復習相關的舊知識，這樣讓知識有機地結合在一起，成為知識網絡，便于學生接受和學習。另外，課堂上講完一個知識點需及時歸納、總結，幫助學生理清知識點網絡，便于對知識的理解和記憶。一節課的最后可以有三五個難度適宜的試題進行當堂檢測反饋學生接受情況，便于教師了解學生掌握程度或存在的問題。

參考文獻：

[1] 趙俊.重視生物學實驗教學 培養學生實驗能力[J].生物學教學，2008，33（11）：22-23.

[2] 慕曉茹.高中生物新課程教學設計[M].大連：大連理工大學出版社，2010.

（編輯：易繼斌）