STEAM視域下的生物課程構(gòu)建-以高中校本選修課“植物組織培養(yǎng)”為例

STEAM視域下的生物課程構(gòu)建—以高中校本選修課“植物組織培養(yǎng)”為例摘要：STEAM視域下高中校本選修課“植物組織培養(yǎng)”的開展，有助于學(xué)生從全新的角度認(rèn)識(shí)生物，領(lǐng)略生物的特色和學(xué)科魅力，實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)。課程的開展為培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：STEAM教育；植物組織培養(yǎng)；校本選修課1課程背景在知識(shí)經(jīng)濟(jì)全球化風(fēng)暴下，我國乃至全球都迫切需要培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才。近年來，我國對(duì)STEAM教育研究日益深入，發(fā)現(xiàn)STEAM教育對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)有一定的促進(jìn)作用?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版2020年修訂)的選修課程體系中有學(xué)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)部分，其中一個(gè)模塊就是植物組織培養(yǎng)。且植物組織培養(yǎng)課程是一門融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科的STEAM類課程。高中教育中開展“植物組織培養(yǎng)”，通過跨學(xué)科教學(xué)，有效實(shí)現(xiàn)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的建設(shè)。2課程目標(biāo)“植物組織培養(yǎng)”課程的開發(fā)主要是為了豐富學(xué)生的理論知識(shí)，增加課程的綜合性、設(shè)計(jì)性，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐操作。融入STEAM教育理念的“植物組織培養(yǎng)”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)，充分體現(xiàn)本課程的學(xué)科特點(diǎn)和育人價(jià)值。通過學(xué)習(xí)本課程，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、解決問題的能力，樹立“尊重生命、崇尚自然、熱愛生活”的人生觀，為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)和走向社會(huì)打下認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的基礎(chǔ)。3課程內(nèi)容基于STEAM視域下的“植物組織培養(yǎng)”課程核心概念是：通過細(xì)胞、組織或器官水平上的植物組織培養(yǎng)技術(shù)操作，獲得有用的生物體或其產(chǎn)品。重要概念是：植物組織培養(yǎng)是在一定條件下，將離體植物細(xì)胞、組織或器官在適宜的培養(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程[1]。本課程根據(jù)核心概念和重要概念的要求，圍繞生物學(xué)科核心素養(yǎng)，構(gòu)建了課程安排(表1)。表1基于STEAM視域下的“植物組織培養(yǎng)”課程安排理論（1）學(xué)習(xí)、掌握植物組織培養(yǎng)的概念、類型及特點(diǎn)（2）學(xué)習(xí)、掌握植物組織培養(yǎng)基本原理（3）前瞻植物組織培養(yǎng)的發(fā)展實(shí)踐（1）參觀實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建，學(xué)會(huì)植物組織培養(yǎng)中常用設(shè)備和儀器的使用（2）培養(yǎng)基配制（3）外植體的選擇、消毒、無菌切割（4）愈傷組織培養(yǎng)、觀察（5）愈傷組織誘導(dǎo)分化：誘導(dǎo)愈傷組織生根、生芽（6）煉苗、移栽（7）拓展：植物吊墜工藝瓶的制作評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)報(bào)告等形式基于STEAM視域下的植物組織培養(yǎng)包括理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作。其中實(shí)踐操作的優(yōu)點(diǎn)：（1）融入技術(shù)體驗(yàn)和工藝優(yōu)化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力。（2）以小組合作形式開展實(shí)踐，通過小組內(nèi)、小組間比較，提出、分析問題，解決完善植物組織培養(yǎng)的操作流程，實(shí)現(xiàn)STEAM課程目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的“社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)”。4課程評(píng)價(jià)本課程評(píng)價(jià)重視學(xué)生自主學(xué)習(xí)與獲得性發(fā)展，重視評(píng)價(jià)的診斷性、激勵(lì)性和促進(jìn)性。并且評(píng)價(jià)中使學(xué)生個(gè)體差異和發(fā)展需求得到關(guān)注，有助于學(xué)生自我認(rèn)識(shí)、自信建立，學(xué)習(xí)方式改進(jìn)，促進(jìn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。4.1獲取STEAM視域下的科學(xué)知識(shí)通過STEAM視域下的科學(xué)知識(shí)，構(gòu)建生命觀念。依據(jù)教材分析，已分化的植物細(xì)胞具有全能性。植物組織培養(yǎng)就是利用植物細(xì)胞的全能性的原理，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他適宜的外界條件下進(jìn)行培養(yǎng)離體的植物細(xì)胞、器官或組織，最終獲得完整再生植物個(gè)體的過程。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于快速繁殖、人工種子、單倍體育種、細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)等領(lǐng)域。當(dāng)前的植物組織培養(yǎng)仍處于發(fā)展階段，它的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來。相信在今后的幾十年內(nèi)，植物組織培養(yǎng)將會(huì)有更大的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)、制藥業(yè)、加工業(yè)等方面將會(huì)發(fā)揮更大的作用，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。4.2掌握STEAM視域下的技術(shù)運(yùn)用STEAM視域下的技術(shù)，通過小組發(fā)現(xiàn)問題、分析、解決問題，實(shí)現(xiàn)合作互贏，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任。本課程涉及的技術(shù)包括：（1）在教師帶領(lǐng)下參觀植物組織培養(yǎng)中常用設(shè)備和儀器，并且動(dòng)手操作。（2）培養(yǎng)基配制。（3）外植體選擇、消毒：本過程主要目的是鼓勵(lì)小組學(xué)生自主探究植物組織培養(yǎng)的適宜材料。學(xué)生可自主選擇校園植物和北京川布蘭購買的無菌菊花苗作為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較分析植物組織培養(yǎng)結(jié)果，從材料角度分析成功或失敗的原因。（4）接種、培養(yǎng)外植體，最終發(fā)育為完整植株（圖1.矮牽牛無菌苗）。（5）煉苗、移栽：煉苗結(jié)束后取出無菌苗，用自來水將其根部的培養(yǎng)基沖洗干凈（圖2.矮牽牛無菌苗根部沖洗），移栽至土壤中，并做好標(biāo)記（圖3.矮牽牛無菌苗移栽）。對(duì)矮牽牛苗進(jìn)行后期培養(yǎng)，根據(jù)溫度、濕度、營養(yǎng)需要等條件，適量澆水或施加營養(yǎng)液，直至開花（圖4.移栽后矮牽牛成品）。

4.3建構(gòu)STEAM視域下的數(shù)學(xué)模型采用STEAM視域下的數(shù)學(xué)模型，比較不同實(shí)驗(yàn)材料植物組織培養(yǎng)效果，統(tǒng)計(jì)接種污染率、成活率等，活躍科學(xué)思維。在植物組織培養(yǎng)操作過程中，小組間可以針對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，提出合理假設(shè)，構(gòu)建不同模型，根據(jù)模型交流分析、討論論證、合理評(píng)價(jià)，并在實(shí)踐操作中驗(yàn)證和完善過程。通過模型構(gòu)建，學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)模型簡化生物學(xué)問題的方法，體會(huì)學(xué)科間的融合性。4.4融入STEAM視域下的工程設(shè)計(jì)、藝術(shù)元素自主設(shè)計(jì)STEAM視域下的工藝流程，勇于創(chuàng)新，提升科學(xué)探究能力。植物吊墜工藝瓶制作的原理和操作流程與植物組織培養(yǎng)基本相同。工藝瓶的設(shè)計(jì)思路，操作過程極具工程性。為了讓工藝瓶具有一定的視覺效果，在培養(yǎng)基中往往添加不同顏色的色素，使工藝瓶體現(xiàn)藝術(shù)元素，結(jié)果更具觀賞性和藝術(shù)性（圖5.植物吊墜工藝瓶）。5小結(jié)STEAM視域下的“植物組織培養(yǎng)”，是一種項(xiàng)目式的教學(xué)方式。課程通過綜合性教學(xué)，以解決實(shí)際問題為目的，實(shí)現(xiàn)快樂、