专题2说教材

专题2《细胞工程》说教材吴忠回中苏晓燕一、课标要求课标指出：“选修模块是为了满足学生多样化的需要而设计的，有助于拓展学生的生物科技视野、增进学生对生物科技与社会关系的理解，提高学生的实践和探究能力”。本模块以专题形式着重介绍现代生物科学和技术中一些重要领域的研究热点，、发展趋势和应用前景，以拓展学生视野，增强科技意识，激发学生探索生命奥秘和热爱生物科学情感为进一步学习现代生物学奠定基础。细胞工程是现代生物技术的重要组成部分，课程标准对本章中植物组织培养、动物细胞培养与体细胞克隆、细胞融合与单克隆抗体提出要求是了解水平，对克隆技术的社会意义和通过动物体细胞核移植进行克隆的实例搜集提出活动建议。二、教材分析（一）地位与作用体细胞克隆羊多利的问世不仅给克隆技术带来重大突破，也使更多的人开始关注细胞工程技术。近几十年来，细胞工程技术获得突飞猛进的发展，许多成果已渗入到我们的日常生产和生活中。通过本专题的学习，学生可以了解细胞工程的原理、应用及其发展前景。细胞工程介绍了细胞工程领域的研究热点、一般技术、发展趋势和应用前景，旨在引导学生从细胞层面上领略植物细胞工程和动物细胞工程的基本步骤、原理和运用。学生已经学习了必修模块,这为过渡到本专题学习奠定了知识基础，同时细胞工程又为深入学习基因工程和胚胎工程做了铺垫的作用。因此，本节内容在选修3的学习中具有不容忽视的重要的地位。（二）知识结构（三）教学目标知识方面：1.简述植物组织培养和体细胞杂交技术及其应用。2.简述动物细胞培养和体细胞核移植技术及其应用前景。3.举例说出动物细胞融合和单克隆抗体技术及其应用。情感态度与价值观方面：1.体验植物组织培养技术。2.讨论细胞工程技术的社会意义。3.认同细胞学基础理论研究与技术开发之间的关系。4.关注细胞工程研究的发展和应用前景。能力方面：1.尝试进行植物组织培养。2.运用细胞的基础知识，分析细胞工程的理论基础。3.搜集有关细胞工程研究进展和应用方面的资料，进行整理、分析和交流。教学重点：植物组织培养的原理和过程。植物体细胞杂交技术的原理。植物细胞工程应用的实例。动物细胞培养的过程及条件。用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程，单克隆抗体的制备和应用。教学难点：植物组织培养的实验。用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程，单克隆抗体的制备和应用。知识目标以了解水平为主，课堂教学中要避免讲得过深过专；技能目标体现在活动建议中，要积极引导和组织学生围绕生物科技与生活实际的关系展开资料收集、信息处理、讨论辩论、归纳分析、表达交流活动，培养学生自主学习以及实践操作的能力；情感目标以经历水平为主，通过细胞工程的实际应用使学生体会到细胞工程技术对生活实践产生的影响和潜在的巨大作用，激发学生进一步关注人类的生产和生活。（四）教材编排体例及特点本专题的题图是由三幅图合成的：克隆羊多利的照片、细胞核移植和植物组织培养。题图的寓意是表明细胞工程是细胞水平上的操作，它包括植物细胞工程和动物细胞工程等方面。在章引言中通过列举细胞工程的应用，把学生带进细胞工程的科技领域。两节内容呈现方式相似，如下所示：《科技探索之路──细胞工程的发展历程》，以图配文的形式介绍了细胞工程的来龙去脉，使学生认识到细胞工程不是凭空得来的，而是经过了一代代科学家执著地探索；科学与技术是相互促进的，科学理论要经过技术才能转化为生产力。植物细胞工程首先用植物组织培养的实例，引出“花瓣是怎样长成一株完整的植株的？植物的花瓣为什么能培育出一株完整的植株？”等问题，由此导入植物细胞全能性的学习。教材中安排了“胡萝卜的组织培养”实验，让学生通过动手操作，感到细胞工程并不神秘，并且培养学生的动手能力。在植物体细胞杂交技术中，也首先以一个实例“番茄—马铃薯”杂种植株提出问题：“科学家是怎样得到此杂种植株的？”。接下来以图文结合的形式介绍了植物体细胞杂交技术的基本过程、概念、已取得的进展和尚未解决的问题。意在使学生认同科学是一个探究过程，激发学生探索生命科学奥秘的兴趣。插入的旁栏──“异想天开”意在活跃学生的思维。教材以实例、图片、小知识、讨论和资料分析形式介绍了植物细胞工程在植物繁殖的新途径、作物新品种的培育，以及细胞产物的工厂化生产等三方面应用。在植物繁殖的新途径中，教材选择了三个实例：微型繁殖、作物脱毒和神奇的人工种子。之所以首先介绍了微型繁殖，因为它是植物组织培养技术应用最为广泛的领域。在作物新品种的培育中，教材仅举了单倍体育种和突变体的利用两个实例。考虑到学生已了解单倍体、突变育种等基本知识，所以教材只对此部分内容做了简单的介绍。细胞产物的工厂化生产是植物组织培养技术与发酵工程相结合的一项新技术。教材先介绍了细胞产物的种类，再简要介绍人参皂甙的工厂化生产过程。为配合抗癌药物──紫杉醇的生产的内容，教材以资料分析的形式介绍了我国红豆杉惨遭浩劫的例子，引导学生讨论植物组织培养在节约资源，保护环境方面的重要意义。动物细胞的培养技术利用人造皮肤等实例引入主题，同时，配以人造皮肤的图片，以激发学生的兴趣，接着很自然地导入动物细胞培养的内容。教材首先介绍了动物细胞培养的概念，接着以文字叙述、图片、小资料、讨论相结合的形式，介绍细胞培养过程及原理，最后又从学生已有的内环境知识出发，用提问的形式引出细胞培养的条件。对于细胞培养条件，教材用了较多的笔墨，其意图是细胞培养条件的讲述中蕴含了细胞培养的原理。动物体细胞核移植技术及克隆动物，既是动物细胞工程的重点内容，又是近几年来的热点问题，学生对它们有一定的了解，教材首先说明了动物体细胞核移植技术在克隆动物中的作用──克隆动物的核心技术，然后介绍了哺乳动物核移植技术的分类，在此基础上，又以我国克隆牛为例介绍了体细胞核移植技术的过程，以及核移植技术的应用前景和存在问题。最后利用《拓展视野》栏目介绍了核移植技术的发展简史。编者之所以这样选取内容，是力图使学生在学习知识的同时，进一步受到爱国主义、科学史和科学价值观的教育。本部分内容在表述上采用的是流程图与文字相结合的方式，并配以讨论、小资料、思考相关问题等多种栏目启发学生思考，其目的是使学生在训练思维的过程中对核移植技术有较深入地理解。在“动物细胞融合”部分，由于考虑到其基本原理与植物的原生质体融合相同，方法也类似，所以只用简洁的文字介绍了动物细胞融合的概念、原理、方法、意义及应用，其间插入了小资料、细胞融合过程的示意图及小字的动物细胞融合技术发展简史。既避免了重复，又突出了动物细胞融合的特点。单克隆抗体是动物细胞工程的新技术，也是本节教材的重点、难点内容。教材先由动物细胞融合的应用引入单克隆抗体，接着又从传统抗体生产存在的问题入手，引出单克隆抗体的概念。随后又提出问题──怎样才能获得单克隆抗体？由此自然过渡到单克隆抗体的制备上。关于单克隆抗体的制备，用讲故事的形式，讲述了两位科学家对单克隆抗体的研究过程，让学生认识到丰富的联系和想像在科学创新中具有重要作用。（五）知识整合细胞工程看似微观、抽象，很难与学生的生活经验相联系，其实不然。由于植物微型繁殖技术的迅速发展，学生经常会从各种媒体上看到“试管苗”、“组培苗”的字眼。而克隆羊多利的诞生更使“克隆”这个生物学的专业术语，成为媒体频频出现的、已不用注解的名词。细胞工程是建立在对细胞结构、功能、生理等研究基础上的新技术，必修1《分子与细胞》中动植物细胞的结构和功能、细胞的分化和全能性，为学生学习奠定了基础；拓宽了必修2《遗传和进化》中生物变异在育种上的应用；必修模块3《稳态与环境》人体内环境及免疫的知识得到了充分的应用，而这些都是学习本专题的知识基础。生物技术各个分支领域是相互渗透、相互促进的。细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞工程中的技术是其他生物工程的基础。例如，细胞工程最主要和基础的技术是动植物细胞的培养技术，而基因工程中受体细胞的培养和筛选，胚胎工程中动物细胞的培养都需要细胞培养的技术，而细胞产物的工厂化生产又是植物组织培养技术与发酵工程相结合的一项新技术。三、考纲要求1、考查说明及内容2、近五年高考题型、分值、所占权重考点年份类型（单位：分）合计细胞工程理科综合卷生物单科卷选择题非选择题选择题非选择题2007125724200818510332009610824201018303512011122851045合计36981835177注：本表统计了2007-2011五年高考的39套试题统计数据，其中2007年、2008年都为2套理综、3套单科卷，2009年6套理综卷、3套单科卷，2010年、2011年都为2套单科卷8套理综卷。由上表看出各省高考对细胞工程的考查形式主要是非选择题，只有江苏、浙江、安徽选修内容设计了选择题，其他省市都是非选择题。3、考查动向题型年份及考卷考点选择题2010年广东、江苏细胞工程的应用2008年江苏、海南2010年浙江动物细胞工程2009年浙江、宁夏非选择题2010年全国新课标细胞工程应用2008年江苏、宁夏动物的细胞培养及应用在近几年的新课标试题中屡次出现，如、2011年江苏生物、2010年浙江理综、2009年浙江理综等题都考察了动物细胞培养。植物组织培养与植物体细胞杂交在农业生产中的应用极为广泛，也成为新课标高考的“宠儿”，高考试题中的比重开始升温，如2010江苏生物、2010年全国新课标、2010年广东理综、2009年江苏生物、2009年福建理综四、教学建议（一）关注模块衔接，建立知识体系，实现课程价值本章教材的内容，是在必修模块基础上对知识进一步深入和扩展，必修部分的概念和原理是理解选修部分细胞工程技术流程的基础和关键。例如，动植物体细胞融合技术的原理“细胞膜的流动性”，植物体细胞杂交技术中原生质体的概念，酶解法去除细胞壁等均是必修1“细胞的结构和功能”为基础；植物细胞工程中，细胞的全能性原理、植物组织培养的知识及动物细胞与组织培养中细胞贴壁生长现象的基础是必修1“细胞的分化”及“细胞癌变”相关内容；定向改变生物体的遗传物质，按照人类的意愿改良生物品种，与必修2及基因工程相关；单克隆抗体制备的教学内容则与必修3免疫中有关效应B细胞分泌抗体的知识相关。教材的编写体现了必修与选修的衔接，教师要用好教材中的素材，关注选修和必修知识间的内在联系，加强各模块相关知识的综合，引导学生在必修模块的基础上进行知识的迁移和能力的提升，理解细胞工程原理；关注生物技术的应用，增强社会进步的责任；升华情感，继续发展探究能力，最终实现课程的价值。（二）引导学生绘制流程图，归纳细胞工程技术本章配制了大量的示意图，这些图起着帮助学生获取知识的功效，可以作为学生获取直观信息、梳理知识体系、进行发射思维的基础。在上课时可有意识地让学生根据示意图整理细胞工程的技术操作过程，自主绘制流程图，对重点内容辅以简洁的文字说明。最后教师通过评价流程图，进行课堂小结。（三）设计开放式活动，体系STS思想（1）搜集整理信息，调动学生学习的积极性。本专题科技探索之路细胞工程的发展历程，可以让学生列举细胞工程在发展过程中的科学史实。细胞工程的应用也可以让学生以实例形式列举出目前社会生产实践中的细胞工程研究成果。课前要求学生通过书籍、杂志、网络等工具搜集与细胞工程发展相关的信息和图片，以及细胞工程应用的实例，丰富课堂教学资源，课堂上以小组为单位进行全班交流，课下可以制作相关的科学小报。学生在搜集生物学信息的过程中，学会鉴别、选择、运用和分析信息，体会细胞工程技术对人类生活产生的重要影响和潜在的巨大作用，他们就会进一步关注细胞工程与人类生产、生活的密切关系，从而调动学习的积极性。（2）联系相关的生产实例，体验生物工程技术。在植物细胞工程应用的学习中，可以让学生制作“人工种子”模型，体验生物工程技术，此活动重点放在操作层面上。首先让学生通过会议天然种子的结构，明确人工种子和天然种子的区别；再引导学生对胚状体、人工胚乳、人工种皮的制作材料展开设计。制备过程可以在课堂上完成，让学生写出人工种子的制备流程。（3）研究生物技术热点问题，认同生命科学成果。在介绍单克隆抗体制备前可以引导学生利用知识介