薛 玲 張國(guó)海

(福建省泉州第五中學(xué) 泉州 362000)

植物組織培養(yǎng)課程是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(簡(jiǎn)稱： 新課標(biāo))選修課程體系中在學(xué)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)方向的一個(gè)模塊[1]。它是以實(shí)驗(yàn)操作為重心，能為學(xué)生提供大量動(dòng)手實(shí)踐的活動(dòng)。植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)并不是簡(jiǎn)單的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，而是涉及生物學(xué)及其他學(xué)科知識(shí)的綜合性強(qiáng)、操作復(fù)雜和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的科學(xué)實(shí)踐，符合高中生物學(xué)課程的基本理念： 核心素養(yǎng)為宗旨、內(nèi)容聚焦大概念、教學(xué)過(guò)程重實(shí)踐和學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)促發(fā)展。我校基于高中生物學(xué)課程基本理念，開發(fā)了植物組織培養(yǎng)選修課程。

1 以發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)為課程目標(biāo)

本課程從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等方面發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，著重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維等素養(yǎng)，充分體現(xiàn)本課程的學(xué)科特點(diǎn)和育人價(jià)值，通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，為學(xué)生今后從事相關(guān)的研究和工作打下良好的基礎(chǔ)。課程目標(biāo)是：

(1) 能運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等生命觀念，說(shuō)明植物組織培養(yǎng)的基本原理和過(guò)程，了解影響植物組織培養(yǎng)的各種因素，能夠?qū)⒖茖W(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)(STEM)知識(shí)和能力綜合運(yùn)用在實(shí)踐活動(dòng)中。

(2) 能基于事實(shí)和證據(jù)，采用歸納與概括等思維方法理解植物組織培養(yǎng)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，在面對(duì)生產(chǎn)、生活中與植物組織培養(yǎng)相關(guān)的新問題情境時(shí)，能運(yùn)用科學(xué)思維方法展開探討、審視或論證，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。

(3) 掌握無(wú)菌操作的要領(lǐng)，學(xué)會(huì)培養(yǎng)基和藥品的配制、外植體消毒、接種、培養(yǎng)、移栽以及栽培等基本操作技術(shù)，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育金線蓮或其他植物幼苗。能夠提出探究的問題、查閱相關(guān)資料、設(shè)計(jì)并實(shí)施合理可行的方案，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法如實(shí)記錄、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，形成合作精神，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。

(4) 體會(huì)科學(xué)研究的艱辛與成功的樂趣，初步養(yǎng)成求實(shí)、創(chuàng)新及勇于探究的科學(xué)精神和態(tài)度，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

2 圍繞生命觀念構(gòu)建課程內(nèi)容

生命觀念是以概念性知識(shí)的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，是貫穿課程內(nèi)容的主線。本課程的核心概念是： 植物組織培養(yǎng)技術(shù)是通過(guò)細(xì)胞、組織或器官水平上的操作，獲得有用的生物體或其產(chǎn)品。重要概念是： 闡明植物組織培養(yǎng)是在一定條件下，將離體植物器官、組織和細(xì)胞在適宜的培養(yǎng)條件下誘導(dǎo)形成愈傷組織，并重新分化，最終形成完整植株的過(guò)程?；趯?duì)核心概念和重要概念的分析，本課程圍繞生命觀念構(gòu)建課程內(nèi)容(表1)，主要包括概念知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施。

表1 “植物組織培養(yǎng)”選修課程內(nèi)容

3 課程實(shí)施過(guò)程重視科學(xué)探究和實(shí)踐

現(xiàn)以“金線蓮植物組織培養(yǎng)”內(nèi)容為例，介紹課程具體的實(shí)施過(guò)程。

3.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，明確研究課題 探究性學(xué)習(xí)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，創(chuàng)設(shè)帶有具體問題和情感氛圍的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而使學(xué)生形成良好的求知心理，在情境中感受學(xué)習(xí)的樂趣，領(lǐng)悟并活用所學(xué)知識(shí)，激發(fā)和培養(yǎng)創(chuàng)新思維以及綜合解決問題的能力。

應(yīng)選擇什么樣的植物材料來(lái)進(jìn)行組織培養(yǎng)呢？課堂上教師引導(dǎo)學(xué)生思考： 閩南當(dāng)?shù)赜心男┲匾慕?jīng)濟(jì)作物？哪些經(jīng)濟(jì)作物出現(xiàn)數(shù)量不斷減少、產(chǎn)量持續(xù)降低的現(xiàn)象？能不能對(duì)這些經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行組織培養(yǎng)從而提高其產(chǎn)量？有位學(xué)生提到閩南有用金線蓮燉雞湯滋補(bǔ)身體的習(xí)慣，但現(xiàn)在野生的金線蓮產(chǎn)量較少，價(jià)格昂貴。如能夠通過(guò)植物組織培養(yǎng)的人工方法培育金線蓮，不僅可保護(hù)野生金線蓮的資源，又可增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。于是，學(xué)生通過(guò)上網(wǎng)查閱資料，了解到金線蓮是一種珍稀中草藥，具有涼血祛風(fēng)、除濕解毒的功效，但其種子小，種胚發(fā)育不全，自然繁衍能力低下，自然生長(zhǎng)產(chǎn)量極為稀少。又加上長(zhǎng)期人工過(guò)度采挖，使野生金線蓮資源日趨枯竭，我國(guó)現(xiàn)已將金線蓮列為瀕危珍稀藥用植物。所以，對(duì)金線蓮進(jìn)行組織培養(yǎng)技術(shù)的研究具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。于是，就確定研究課題為“金線蓮的組織培養(yǎng)”。

3.2 查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 學(xué)生在提出課題的基礎(chǔ)上，需要搜集資料來(lái)進(jìn)行探究活動(dòng)方案的設(shè)計(jì)。確立以金線蓮的莖段作為外植體培養(yǎng)成完整植株，需要探究外植體的消毒劑的種類、處理時(shí)間，初代、繼代及生根培養(yǎng)所用培養(yǎng)基的配方，煉苗的方案以及關(guān)于植物組織培養(yǎng)中最關(guān)鍵的兩個(gè)環(huán)節(jié)： 外植體的消毒和培養(yǎng)基中激素的比例。教師首先向?qū)W生介紹科學(xué)研究中常用的參考文獻(xiàn)的方法，傳授參考文獻(xiàn)的搜集方法，以及如何從參考文獻(xiàn)中獲取有用的信息，并推薦了植物組織培養(yǎng)常用的參考資料來(lái)源，如《組培苗論壇》《植物生理學(xué)學(xué)報(bào)》等。組織學(xué)生根據(jù)《植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)教程》查到的相關(guān)資料，確定具體的實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生以小組合作的方式提出金線蓮組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)方案，師生共同探討，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修改、補(bǔ)充和完善。學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程，提高科學(xué)探究能力。

3.3 實(shí)施具體方案，完成探究實(shí)驗(yàn) 教師先告知學(xué)生使用相關(guān)儀器及使用時(shí)需注意的安全事項(xiàng)，再讓學(xué)生以小組合作的形式按設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案開始操作，在學(xué)生操作的過(guò)程中教師要有針對(duì)性的指導(dǎo)。

3.3.1 培養(yǎng)基配置 找到適合金線蓮組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基配方是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵之一。學(xué)生根據(jù)所查文獻(xiàn)制定了金線蓮初代、繼代和生根的培養(yǎng)基配方，分別于初代、繼代和生根培養(yǎng)前一節(jié)課配制，培養(yǎng)基的高壓蒸汽滅菌都由學(xué)生在課間完成。

3.3.2 初代培養(yǎng) 學(xué)生先確定初代培養(yǎng)中消毒劑、消毒時(shí)間等實(shí)驗(yàn)條件，再觀看教師事先制作好的初代培養(yǎng)操作步驟的微視頻，這樣可提高操作的規(guī)范性。再利用教師提供的金線蓮組培苗莖段進(jìn)行初代培養(yǎng)的操作，一段時(shí)間后觀察并統(tǒng)計(jì)初代培養(yǎng)的污染率。

3.3.3 繼代培養(yǎng)及生根培養(yǎng) 由于金線蓮組培周期較長(zhǎng)，繼代及生根培養(yǎng)的無(wú)菌叢芽由教師在課外事先培養(yǎng)好，課堂上學(xué)生可直接進(jìn)行金線蓮繼代培養(yǎng)的操作。一段時(shí)間后學(xué)生統(tǒng)計(jì)繼代培養(yǎng)的污染率和成活率。學(xué)生在培養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，參考文獻(xiàn)中提供的生根培養(yǎng)基中香蕉泥含量為200 g/L，但實(shí)際發(fā)現(xiàn)香蕉泥用量大且培養(yǎng)基難配制。學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)香蕉泥含量為50 g/L的效果與200 g/L的效果相近，不僅易配制又可省材料。通過(guò)該過(guò)程訓(xùn)練了學(xué)生的操作能力，為繼續(xù)探究打下基礎(chǔ)。

3.3.4 煉苗和移栽 教師引導(dǎo)學(xué)生分析煉苗的原理，得出組培苗長(zhǎng)期處于弱光、高濕環(huán)境中生長(zhǎng)，其氣孔完全張開，無(wú)法直接適應(yīng)野外生長(zhǎng)的環(huán)境，需要進(jìn)行過(guò)渡性煉苗。煉苗的關(guān)鍵是逐步降低生長(zhǎng)環(huán)境中的濕度，直至組培苗能完全適應(yīng)野外生長(zhǎng)環(huán)境。教師引導(dǎo)學(xué)生找出煉苗和移栽的適宜的條件，如溫度、濕度和煉苗的天數(shù)等。學(xué)生設(shè)計(jì)用于煉苗的培養(yǎng)裝置在課外完成，上課時(shí)各組按照設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行煉苗培養(yǎng)，并統(tǒng)計(jì)各組金線蓮的成活率。在25℃下煉苗7 d左右后移栽，成活率可達(dá)到95%以上。

3.4 匯報(bào)展示，交流分享 指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)文字、數(shù)學(xué)表格等方式完成報(bào)告，以小組為單位交流探究的過(guò)程和結(jié)果，展示實(shí)驗(yàn)照片、視頻及培育的金線蓮幼苗。小組間可相互提問、反思改進(jìn)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。這樣，可培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力。

3.5 課題延伸探究 教師又介紹了市場(chǎng)上有一種被稱作“手指植物”的工藝品很受歡迎，這些植物培育在裝有彩色固體培養(yǎng)基的小瓶中，只要給予充足的陽(yáng)光和適宜的溫度就可放置很長(zhǎng)一段時(shí)間。引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣應(yīng)用本課程的技術(shù)，能否自己制作這樣的工藝品？課后由學(xué)生自己查找相關(guān)文獻(xiàn)，并在教師指導(dǎo)下進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

4 課程評(píng)價(jià)促發(fā)展

本課程的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有自我評(píng)價(jià)、相互評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)，并貫穿于完成課題的全過(guò)程。本課程重視以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展，重視評(píng)價(jià)的診斷作用、激勵(lì)作用和促進(jìn)作用。在評(píng)價(jià)中關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異和發(fā)展需求，增強(qiáng)學(xué)生的自信心,激發(fā)學(xué)生的研究熱情，改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。