《植物细胞工程的基本技术》教学设计

李会娜

【摘 要】文章通过创设问题情境与动手模拟操作双管齐下，引导学生自主学习的方式，提高学生分析、讨论、探究和动手的能力。

【关键词】现代生物科技专题；植物细胞工程；基本技术；教学设计

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）15-0094-02

一、教材分析

“植物细胞工程的基本技术”是“人教版”高中生物学教材《现代生物科技专题》（选修3）专题2“细胞工程”的内容。本小节的重点在于阐明植物组织培养的原理和过程、植物体细胞杂交的过程，难点是植物组织培养的实验和植物体细胞杂交过程。植物组织培养技术涉及的主要相关内容，如细胞全能性和细胞分化，以及植物体细胞杂交技术涉及的细胞膜的流动性等知识，学生已经通过必修一和必修二的学习对相关基础知识有了一定的了解和认知，但是植物组织培养和体细胞杂交技术都是实验技术难度较高、过程抽象的现代生物技术，对学生来说仍然是一个全新的领域，学习起来有一定的难度。

为此，教学中应注意利用学生的知识迁移能力，指导学生进行自主学习和小组互助学习，并借助多媒体教学手段，采用创设情境、设置问题的教学方法，实现让学生把困难的问题简单化的目的。鉴于本小节是实验技术，但实验室无法满足真实做实验的要求，于是笔者设计了3D模拟实验，并把模拟实验搬到课堂，让学生动手参与进行模拟操作，帮助学生把抽象复杂的过程变得具体简单，增强学生的感性认识，从而化难为易，突破重难点。

二、教学目标

1. 知识目标

简述细胞全能性的概念含义；简述植物组织培养的过程；简述植物体细胞杂交技术。

2. 能力目标

通过对植物组织培养和植物体细胞杂交的过程设计，培养学生知识的迁移能力；通过植物组织培养的动手模拟操作，培养学生的动手能力。

3. 情感目标

通过学生动手体验植物组织培养，激发学生敢于实验的科学精神；通过植物体细胞杂交技术的学习，认同科学是一个不断发展的过程，激发探索生命奥秘的热情。

三、教学过程

1. 情境创设导出新课

结合现在流行种植多肉植物的现象，给学生播放“多肉植物组织培养”的视频，并让学生带着问题观看，教师设疑：为什么多肉植物的一个小块组织就可以长成一个完整的多肉植物，这与哪项生物技术有关联，体现了植物细胞的什么特性？通过视频引起学生的兴趣，激发学生的探究欲望，引导学生回忆细胞全能性的概念，理解全能性的原因和本质，并启发学生思考生物体内的细胞有没有全能性，为什么多肉植株体内的细胞没有表现出细胞的全能性。接着进一步提问：“动物细胞有全能性吗？生物体所有细胞的全能性大小一致吗？”自然引出并补充有关细胞全能性大小的比较的知识。

2. 植物组织培养技术

教师根据视频内容追问：“刚才视频中显示的多肉植物的长成，大家讨论并总结一下怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整的多肉植株，实现其细胞全能性的？”然后指导学生阅读教材中相关内容，并思考相关问题：①植物组织培养的理论基础是什么？②什么是愈伤组织及其结构功能特点？③离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体？并总结植物细胞表现出全能性的条件：离体状态、一定的营养物质、植物激素、无菌环境、适宜的温湿度等外界条件。然后，教师就相关概念，如脱分化、愈伤组织、再分化、胚状体等给学生加以讲解，并让学生当堂齐读概念，加强对新概念的理解和记忆。最后由学生概括出植物组织培养技术的过程。那具体的操作过程是什么样的，要注意哪些事项呢？指导学生参考教材中胡萝卜的组织培养实验，并分组利用实验材料（胡萝卜、小刀、镊子、锥形瓶、酒精瓶等）和3D模型（愈伤组织块、丛芽、小植株、培养基等）自己动手体验其过程！待全体学生完成后让各小组选派代表分别汇报学习成果并回答问题：植物组织培养过程中为什么要进行一系列消毒、灭菌处理，并且要求无菌操作呢？对哪些材料进行消毒灭菌以及如何进行消毒灭菌？愈伤组织是什么颜色的？愈伤组织的形成、丛芽的形成和诱导生根为什么要转换培养基？教师根据问题补充植物激素是影响植物细胞脱分化和再分化的一个重要因素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两者不同的浓度配比在再分化过程中，分别对诱导根和芽的产生起关键作用。最后教师各小组情况进行点评和小结，改进完善流程图，并板书正确的流程图（见图1）。

通过让学生亲自动手模拟实验过程，感受该项技术，加深了对植物组织培养技术的理解和学习，也培养了学生的动手能力、团队合作能力和进行生物实验技术的素养。接下来进一步引导学生思考：①同一株植物不同部位的细胞经植物组织培养获得的植株基因型相同吗？为什么？②以植物的花药来进行离体培养属于哪种育种方式的重要环节？这种育种方法的流程是怎样的？通过设疑引导学生回顾必修二“单倍体育种”的内容，更深刻理解单倍体育种的两个重要步骤，而且更加明确植物组织培养技术和单倍体育种的区别与联系。

3. 植物体细胞杂交技术

通过提问让学生回忆并比较马铃薯和番茄的生长特点和营养价值，然后引导学生思考：能否让番茄和马铃薯杂交，获得一种地上长番茄，地下结马铃薯块茎的一箭双雕的“超级作物”呢？如果要实现这一设想，可以采用哪些方法？学生根据物种间存在生殖隔离的知识，否决传统有性杂交的可能，进而大胆提出具有创新性的方案。

教师对学生提出的设想分别进行点评，并指出科学家们历尽艰辛，成功实现了两个物种间的杂交。多媒体展示体细胞杂交过程，并逐步引导学生思考：①要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一障碍是什么？该如何解决？并比较如果是两个动物细胞融合需要此步骤吗？②如何诱导原生质体融合？有哪些人工诱导的方法？③植物细胞融合的原理和完成的标志分别是什么？细胞融合后需要筛选吗？如何筛选出杂种细胞？④如果得到了杂种细胞如何长成一个植物体？杂交完成的标志是什么？⑤植物体细胞杂交的过程可分为几个步骤，试用流程图来表示？（见图2）⑥植物体细胞杂交成功的重要意义是什么？该技术有何局限性？学生对以上问题进行分析和讨论，教师进行点评和小结，最后指出科学家得到的马铃薯—番茄“超级作物”并没有如科学家们所愿，地上长番茄，地下结马铃薯，教师对此结果引导学生根据已有知识解释：生物体内的基因表达并不是孤立的，他们之间相互协调相互影响，所以超级作物的遗传物质会相互干扰。但是，马铃薯—番茄“超级作物”还是在客服远缘杂交的障碍上取得了巨大的突破。同时给学生通过图片展示其他的杂种植物：烟草—海盗烟草、胡萝卜—羊角芹、白菜—甘蓝等。最后通过白菜—甘蓝的3D模型让学生更直观的感受到杂种植株，同时归纳比较植物体细胞杂交和传统杂交的优缺点，把新旧知识有机的结合起来，学习接受新知识的同时复习记忆旧知识！

4. 课堂小结与拓展

通过板书的知识网络带学生回顾本节所学的知识内容，并指出本节课的重点内容，然后开展难度适当的习题进行当堂反馈！最后开放性问题，结合课本异想天开：会进行光合作用的奶牛！能否让植物细胞与动物细胞进行杂交？具体实验方案是怎样的，注意哪些问题，与植物体细胞杂交有什么不同点？由此实现课内知识的迁移应用，激发学生创新的热情。

四、教学反思

教师通過联系现实，创设问题情境，开展教学活动，并设计难度适宜的问题让学生自己分组讨论，调动学生的积极性并锻炼思维表达能力和团体协作意识。实践发现，学生对动手演练更感兴趣，在教学中善于化抽象为具体，通过学生动手参与的过程来实现重难点的突破。生物课程是理科中偏文科的学科，侧重记忆的内容较多，所以学习新内容的同时要注意复习相关的旧知识，这样让知识有机地结合在一起，成为知识网络，便于学生接受和学习。另外，课堂上讲完一个知识点需及时归纳、总结，帮助学生理清知识点网络，便于对知识的理解和记忆。一节课的最后可以有三五个难度适宜的试题进行当堂检测反馈学生接受情况，便于教师了解学生掌握程度或存在的问题。

参考文献：

[1] 赵俊.重视生物学实验教学 培养学生实验能力[J].生物学教学，2008，33（11）：22-23.

[2] 慕晓茹.高中生物新课程教学设计[M].大连：大连理工大学出版社，2010.

（编辑：易继斌）