基于科学思维发展的高中生物探究性实验教学

覃艳芬

摘  要：探讨如何突破现有简陋生物实验室局限，设计简易无菌接种箱，把植物组织培养实验带进高中课堂，并实施教学。从实验设计、操作、观察、结果分析等各个方面提出如何发展学生科学思维，达成科学思维和科学探究核心素养的问题，进行探究。

关键词：植物组织培养;科学思维;科学探究;探究性实验教学

一、基于科学思维设计实验

（一）实验思路多维设计

引领学生设计低成本、低消耗、低污染实验，可增强学生独立思考能力，可培养学生科学探究素养和发展创造性思维能力。标准组培实验室的构造分为：储药室、准备室、缓冲室、接种室、培养室。学校生物实验室仅有药品储藏室，如何创设条件开展实验？经讨论做出以下两点改进：一是设计简易无菌接种箱，代替标准接种室和无菌超净工作台。自制无菌接种箱替代标准接种室，如图1所示;二是简易玻璃门高柜代替组培培养室，如图2所示。

（二）实验用品多维选择

结合实验室已有条件，本实验室具备较多径口为7cm的圆口瓶，高压灭菌锅。参考组培实验流程图，引发学生思考：是否可以选用封口膜？MS培养基成分复杂，实验室所缺样品较多，如何配置？植物激素是否需要购买？学生需要做出进一步的探究推理，解决实验用品难题，此过程利于学生科学探究素养和“归纳与总结”思维素养的进一步形成。

（三）实验过程多维推理

引领学生查找资料，寻找外植体消毒的可行性操作：是否可用简单易得药品代替实验室常用Hgcl溶液？如何优化实验设计，把组培过程串联起来？师生探究后整理出图3所示方案。

二、验证可行性和可操作性，实施植物组织培养实验教学活动

（一）制备MS固体培养基

按比例配制MS固体培养基，分瓶，高压锅高压灭菌，取出待用。

（二）外植体消毒和接种

1. 接种箱消毒：用体积分数为70%酒精擦拭无菌接种箱，紫外灯照射30min。

2. 外植体消毒：配制约30%的次氯酸钠溶液，消毒时间为30min。无菌水清洗2～3次。

3. 接种：把外植体切割成2～3等分，每瓶接入2～3个外植体，胡萝卜则为刮取形成层细胞，放入培养瓶中，或切取形成层，呈小块状，每瓶放入2～3块。

（三）培养

接种后培养瓶放入简易培养箱，每天打开紫外灯照射30min。需要时及时用日光灯照射。以探究为特点的主动学习模式，通过组织学生观察教师示范性组培操作，培养学生观察能力。学生亲手操作实验过程，提升学生动手能力。操作中学生会出现“试错”操作，“试错”有利于学生体验和感悟实验原理，激发思维，促进批判性思维养成。

三、实验结果多元化呈现，引导科学探究思维

（一）基于事实和实验现象，运用归纳的方法概括规律

接种后约一个星期，可观察到切割处理的外植体切面形成愈伤组织，刮取形成层胡萝卜表面也可观察到愈伤组织的形成。记录愈伤组织出现时间，描述愈伤组织的特征，做好实验记录。接种3～4天，观察到外植体污染现象。一周后，观察到外植体褐化现象。善于观察，是获得科学思维和探究能力的前提，创设真实情景更有利于激发学生兴趣。把书本上枯燥乏味的知识，变成学生可看见、可触摸、可操作的实验过程。在一般植物组培教学中，给学生展示组培愈伤组织、污染、褐化的相关图片或视频，很难展开相关实验教学，本课例创设真实情境，让学生动手操作，在实验中构建知识体系，基于事实和实验现象运用归纳概括的方法总结植物组培相关规律，并引导学生利用已有知识解决问题，促进学生深度学习，更有利于科学思维和科学探究素养。

（二）小组合作探究，基于实验结果，引发学生深度思考

结合实验结果，提出如下问题，引发学生深度思考，促进知识内化，知识与方法迁移，发展学生思维。外植体出现污染的原因可能有哪些？为什么某些小组会出现外植体大面积褐化？这会对实验材料带来什么影响？简易无菌接种箱以及在简陋实验室设计的整套组培实验装置，是否满足植物组织培养实验的无菌要求？如何证明？

引导学生用科学方法分析和解决问题，对结果做出合理解释，尝试使用统计学模型对所设计的组培装置做出预测和评价，并能运用相关科学术语，精确表达，在小组中展开交流。引导学生回归主线，思考实验流程其可行性和可操作性，运用实验数据分析。污染率统计如表1所示。

分析数据可得，污染率较低，并未出现大批次外植体污染，说明已初步突破开展植物组织培养教学实验的难点，基本达到无菌要求，简易组培装置具备可行性和可操作性。由于前期实验重点在于验证简易组培装置的可行性和可操作性，在制备MS培养基时未添加激素成分，植物组织培养实验目前只进行到诱导愈伤组织阶段，移栽和栽培等教学过程，在后期植物组织培养实验教学中呈现。

四、教学反思

本实验教学重点引领学生参与设计植物组培实验，验证整套简易装置的可操作性和可行性。自主设计的无菌接种箱基本接近无菌要求是本实验重大突破，此无菌接种箱成本低、操作简单、轻巧、易搬走，对接种场地无特殊要求，可组织学生进行较大规模的班级教学。在此基础上，进行推广，开展系列实验，如微生物的实验室培养、植物的组织培养技术、关于生长素和细胞分裂素两种激素浓度比例不同的探究实验、诱导芽分化和生根实验、以组培实验为基础的生物学科系列实验教学探究活动。本课例初步探讨相对简陋实验条件下，模拟无菌环境，设计密封性较好的无菌接种箱代替昂贵无菌室和超净工作台，这为实验设计多元化、完善生物学实验教学活动提供了有益参考。

（责任编辑：胡甜甜）

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部. 普通高中生物学课程标准（2017年版）[M]. 北京：人民教育出版社，2018.

[2]曾勤. 提高高中生物实验教学有效性初探[A];2020年基础教育发展研究高峰论坛论文集[C]. 2020：19-21.