基于“导生”模式的“植物组织培养”一节实验教学设计

彭中进

(江苏省海安县立发中学 226600)

1 教材分析及设计思路

“植物组织培养”是人教版高中生物学选修3《现代生物科技专题》专题2植物细胞工程的内容之一，包括细胞全能性等基本理论知识、植物组织培养流程，以及植物组织培养具体操作过程，其中实验部分包括影响植物组织培养的因素、植物组织培养的实验操作过程，以及实验结果分析与评价。这节内容之前，学生已经掌握了必修1细胞分化、细胞全能性的基本概念，以及选修1的无菌操作知识，在此基础之上可引导学生对已学内容进行深化和扩展，掌握植物组织培养过程，为下一节植物组织培养的应用打下基础。本节课运用问题探讨、小组讨论及探究合作等多种教学活动，让学生重温细胞全能性知识，自己归纳总结植物组织培养流程图。由于学校实验条件的限制，课前请班级生物兴趣小组代表到相关大学生命科学院学习该实验的实验准备及基本操作，以便在课堂上实施“导生”式实验教学，课堂上由兴趣小组代表汇报植物组织培养操作过程及注意事项，并指导班级其他同学动手操作，完成外植体的接种过程，使所有学生能在动手过程中真正掌握植物组织培养相关知识。

2 教学目标

2.1 知识目标 掌握植物组织培养技术的理论基础，简述植物组织培养技术实验操作的基本流程。

2.2 能力目标 初步学会植物组织培养技术的基本方法，掌握按照无菌操作的要求进行规范的接种操作，通过小组合作讨论，尝试用流程图归纳实验过程，提升思维能力和小组合作学习能力。

2.3 情感态度与价值观目标 增强对社会的责任感，理解科学、技术与社会三者之间的关系。

3 教学过程

3.1 导入 教师提出问题，以导入新课：投影校园古楸树图片，介绍楸树是中国珍贵的用材树种之一，其材质好、用途广、经济价值高，居百木之首。但古楸繁殖困难，如何借助现代生物技术实现快速大量繁殖？从而引入本节内容。

3.2 学生活动一 自主学习，分析植物组织培养技术的基本原理。阅读教材33～34页第三段，思考并回答以下问题：①什么是细胞的全能性？②细胞具有全能性的原因是什么？③植物体生长发育过程已分化的细胞为什么没有表现出全能性？④细胞表现全能性的条件有哪些？学生阅读教材内容后，再联系必修1第6章细胞分化的有关知识，很容易得出前三问答案，第四问学生回答比较困难，教师可引导学生回忆初高中已学内容，归纳总结出离体的植物组织和细胞对营养、环境等条件的要求，从而引入植物组织培养时需要MS培养基，MS培养基含有的大量元素、微量元素，有机物有甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等，重点强调由于植物组织培养前阶段植物不能进行光合作用，此时加入蔗糖可为植物细胞提供能量，同时起维持渗透压作用。

3.3 学生活动二 构建植物组织培养流程图。 学生通过阅读分析教材33页第二段，小组合作交流、总结归纳，学生自我展示小组合作成果，用流程图表示出植物组织培养技术的基本过程。教师加以点评提问，重点强调为什么要使用外植体？为什么要脱分化？脱分化是为了使已经高度分化的细胞能恢复全能性，同时要强调愈伤组织细胞的特点，点评时对学生展示的成果要适当表扬，从而使学生能从中获得成功的喜悦，并激发学生的求知欲。

3.4 学生活动三 生物兴趣小组代表汇报植物组织培养技术操作的心得体会，从而引入学生实验。

生物兴趣小组代表甲(课前已提前去相关大学生命科学学院学习过本实验流程)边投影自己实验照片边汇报配置MS培养基的心得体会：本次实验首先要配置含有大量元素、微量元素、有机物等的母液(具体成分参照选修1附录3)，然后加入琼脂、蔗糖、生长素类似物、细胞分裂素定容1000 mL，调pH 5.8，分装，121℃高压蒸汽灭菌15 min，冷却备用。

生物兴趣小组代表乙汇报外植体消毒过程：由于实验时间属于秋冬季，楸树叶子已经落光，而枝条太粗不适合操作，故本次实验选用的外植体是楸树的根。首先将根分为4～5小段，用流水冲洗根外表面的泥沙，再加少许洗衣粉用软刷轻轻刷洗，接着用流水冲洗约1 h，用无菌吸水纸吸干外植体表面的水分，放入超净操作台上，用紫外灯照射2～3 s，即完成外植体的初步消毒。

生物兴趣小组代表丙汇报接种过程：接种操作在超净操作台中完成，进入超净台之前首先用酒精棉球擦拭双手，避免细菌带入超净台内。将初步消毒的楸树根放入体积分数为75%的酒精中浸泡10 s，立即将外植体取出，用无菌水冲洗，并用无菌吸水纸吸干，接着放入质量分数为0.1%的氯化汞溶液中1～2 min，取出，在无菌水中清洗5～6次，漂净消毒液，以上操作在酒精灯火焰旁完成。接种过程中所使用的镊子和解剖刀虽都事先进行过高压蒸汽灭菌，但使用前仍要先在酒精灯外焰上灼烧灭菌。然后打开培养皿在酒精灯火焰旁旋转灭菌数秒，用冷却后的解剖刀和镊子先切取外植体的两端，然后再切取0.5～1 cm长的根段，在酒精灯旁打开接种瓶，将接种瓶的管口和盖子在酒精灯旁消毒数秒，将盖子正放在酒精灯旁，将镊子再次用酒精灯火焰消毒，用冷却了的镊子将根段垂直悬空插入接种瓶，插入培养基不要太深，将接种瓶的管口和盖子在酒精灯旁消毒数秒，盖上瓶盖，将接种瓶关口靠近酒精灯火焰消毒。在接种瓶上标记上接种时间、接种人姓名等信息。

教师点评外植体接种的注意事项：生物兴趣小组三位代表在汇报操作过程中反复提到要消毒、灭菌，在整个过程有哪些灭菌方法？学生分组讨论总结：超净台要用酒精消毒、用紫外线照射，手需酒精消毒，培养基和接种瓶、镊子、解剖刀需要高压蒸汽灭菌，外植体要消毒，接种时在酒精灯旁进行等。

3.5 学生活动四 学生分组动手操作，完成外植体的接种。学生在听了生物兴趣小组代表的汇报后，对具体实验操作已有所掌握，都想尝试自己动手实验。课堂上根据学校超净台的数量将全班学生分成5组，每个操作台同时两位学生进行操作，分批进行，使每位学生都能亲自动手做实验。此过程中，由生物兴趣小组代表对其他同学进行逐步指导纠错。

美国教育专家曾经做过的学习金字塔实验指出：理解所学知识最好的方法是当小老师。兴趣小组学生将实验操作过程讲解给其他同学听，可以帮助自己巩固已经掌握的实验内容，也调动了这些学生的积极性。经生物兴趣小组代表的精心指导后，其他学生能正确地掌握植物组织培养实验操作过程。这种“导生”的方式既能增进同学间友谊，又能使提高学习效果，一举两得。

3.6 教师归纳总结 教师纠正学生在接种操作过程中的错误：①操作器械要灭菌，接种前将镊子放入体积分数为75%酒精溶液中消毒一次，然后在酒精灯火焰上灼烧灭菌，冷却后接种；②外植体插入培养基时，应注意不要倒插，注意分清形态学上端和下端。经过接种外植体后，后续工作就是每日观察脱分化形成的愈伤组织、再分化现象，如果观察发现实验失败，要探究失败的原因，还可在后续操作实验中探究细胞分裂素和生长素的比例对脱分化和再分化的影响。

4 教学感悟

通过小组合作讨论构建流程图、部分学生汇报自己实验过程、“导生”法让少部分学生指导其他同学实验操作，这些课堂活动充分体现了高效课堂要求的课堂主体性、合作性、参与性、探究性、创新性，使学生自主发展，实现 “限时讲授、合作学习、踊跃展示”12字方针课堂要求，同时让学生认识可以通过植物组织培养来拯救濒危物种，有利于培养了学生的生物科学核心素养，提高学生的社会责任感。