基于科學思維發(fā)展的高中生物探究性實驗教學

覃艷芬

摘? 要：探討如何突破現(xiàn)有簡陋生物實驗室局限，設計簡易無菌接種箱，把植物組織培養(yǎng)實驗帶進高中課堂，并實施教學。從實驗設計、操作、觀察、結(jié)果分析等各個方面提出如何發(fā)展學生科學思維，達成科學思維和科學探究核心素養(yǎng)的問題，進行探究。

關鍵詞：植物組織培養(yǎng);科學思維;科學探究;探究性實驗教學

一、基于科學思維設計實驗

（一）實驗思路多維設計

引領學生設計低成本、低消耗、低污染實驗，可增強學生獨立思考能力，可培養(yǎng)學生科學探究素養(yǎng)和發(fā)展創(chuàng)造性思維能力。標準組培實驗室的構(gòu)造分為：儲藥室、準備室、緩沖室、接種室、培養(yǎng)室。學校生物實驗室僅有藥品儲藏室，如何創(chuàng)設條件開展實驗？經(jīng)討論做出以下兩點改進：一是設計簡易無菌接種箱，代替標準接種室和無菌超凈工作臺。自制無菌接種箱替代標準接種室，如圖1所示;二是簡易玻璃門高柜代替組培培養(yǎng)室，如圖2所示。

（二）實驗用品多維選擇

結(jié)合實驗室已有條件，本實驗室具備較多徑口為7cm的圓口瓶，高壓滅菌鍋。參考組培實驗流程圖，引發(fā)學生思考：是否可以選用封口膜？MS培養(yǎng)基成分復雜，實驗室所缺樣品較多，如何配置？植物激素是否需要購買？學生需要做出進一步的探究推理，解決實驗用品難題，此過程利于學生科學探究素養(yǎng)和“歸納與總結(jié)”思維素養(yǎng)的進一步形成。

（三）實驗過程多維推理

引領學生查找資料，尋找外植體消毒的可行性操作：是否可用簡單易得藥品代替實驗室常用Hgcl溶液？如何優(yōu)化實驗設計，把組培過程串聯(lián)起來？師生探究后整理出圖3所示方案。

二、驗證可行性和可操作性，實施植物組織培養(yǎng)實驗教學活動

（一）制備MS固體培養(yǎng)基

按比例配制MS固體培養(yǎng)基，分瓶，高壓鍋高壓滅菌，取出待用。

（二）外植體消毒和接種

1. 接種箱消毒：用體積分數(shù)為70%酒精擦拭無菌接種箱，紫外燈照射30min。

2. 外植體消毒：配制約30%的次氯酸鈉溶液，消毒時間為30min。無菌水清洗2～3次。

3. 接種：把外植體切割成2～3等分，每瓶接入2～3個外植體，胡蘿卜則為刮取形成層細胞，放入培養(yǎng)瓶中，或切取形成層，呈小塊狀，每瓶放入2～3塊。

（三）培養(yǎng)

接種后培養(yǎng)瓶放入簡易培養(yǎng)箱，每天打開紫外燈照射30min。需要時及時用日光燈照射。以探究為特點的主動學習模式，通過組織學生觀察教師示范性組培操作，培養(yǎng)學生觀察能力。學生親手操作實驗過程，提升學生動手能力。操作中學生會出現(xiàn)“試錯”操作，“試錯”有利于學生體驗和感悟?qū)嶒炘?，激發(fā)思維，促進批判性思維養(yǎng)成。

三、實驗結(jié)果多元化呈現(xiàn)，引導科學探究思維

（一）基于事實和實驗現(xiàn)象，運用歸納的方法概括規(guī)律

接種后約一個星期，可觀察到切割處理的外植體切面形成愈傷組織，刮取形成層胡蘿卜表面也可觀察到愈傷組織的形成。記錄愈傷組織出現(xiàn)時間，描述愈傷組織的特征，做好實驗記錄。接種3～4天，觀察到外植體污染現(xiàn)象。一周后，觀察到外植體褐化現(xiàn)象。善于觀察，是獲得科學思維和探究能力的前提，創(chuàng)設真實情景更有利于激發(fā)學生興趣。把書本上枯燥乏味的知識，變成學生可看見、可觸摸、可操作的實驗過程。在一般植物組培教學中，給學生展示組培愈傷組織、污染、褐化的相關圖片或視頻，很難展開相關實驗教學，本課例創(chuàng)設真實情境，讓學生動手操作，在實驗中構(gòu)建知識體系，基于事實和實驗現(xiàn)象運用歸納概括的方法總結(jié)植物組培相關規(guī)律，并引導學生利用已有知識解決問題，促進學生深度學習，更有利于科學思維和科學探究素養(yǎng)。

（二）小組合作探究，基于實驗結(jié)果，引發(fā)學生深度思考

結(jié)合實驗結(jié)果，提出如下問題，引發(fā)學生深度思考，促進知識內(nèi)化，知識與方法遷移，發(fā)展學生思維。外植體出現(xiàn)污染的原因可能有哪些？為什么某些小組會出現(xiàn)外植體大面積褐化？這會對實驗材料帶來什么影響？簡易無菌接種箱以及在簡陋實驗室設計的整套組培實驗裝置，是否滿足植物組織培養(yǎng)實驗的無菌要求？如何證明？

引導學生用科學方法分析和解決問題，對結(jié)果做出合理解釋，嘗試使用統(tǒng)計學模型對所設計的組培裝置做出預測和評價，并能運用相關科學術語，精確表達，在小組中展開交流。引導學生回歸主線，思考實驗流程其可行性和可操作性，運用實驗數(shù)據(jù)分析。污染率統(tǒng)計如表1所示。

分析數(shù)據(jù)可得，污染率較低，并未出現(xiàn)大批次外植體污染，說明已初步突破開展植物組織培養(yǎng)教學實驗的難點，基本達到無菌要求，簡易組培裝置具備可行性和可操作性。由于前期實驗重點在于驗證簡易組培裝置的可行性和可操作性，在制備MS培養(yǎng)基時未添加激素成分，植物組織培養(yǎng)實驗目前只進行到誘導愈傷組織階段，移栽和栽培等教學過程，在后期植物組織培養(yǎng)實驗教學中呈現(xiàn)。

四、教學反思

本實驗教學重點引領學生參與設計植物組培實驗，驗證整套簡易裝置的可操作性和可行性。自主設計的無菌接種箱基本接近無菌要求是本實驗重大突破，此無菌接種箱成本低、操作簡單、輕巧、易搬走，對接種場地無特殊要求，可組織學生進行較大規(guī)模的班級教學。在此基礎上，進行推廣，開展系列實驗，如微生物的實驗室培養(yǎng)、植物的組織培養(yǎng)技術、關于生長素和細胞分裂素兩種激素濃度比例不同的探究實驗、誘導芽分化和生根實驗、以組培實驗為基礎的生物學科系列實驗教學探究活動。本課例初步探討相對簡陋實驗條件下，模擬無菌環(huán)境，設計密封性較好的無菌接種箱代替昂貴無菌室和超凈工作臺，這為實驗設計多元化、完善生物學實驗教學活動提供了有益參考。

（責任編輯：胡甜甜）

參考文獻：

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[2]曾勤. 提高高中生物實驗教學有效性初探[A];2020年基礎教育發(fā)展研究高峰論壇論文集[C]. 2020：19-21.