四川 袁 梅 周裕志

(作者單位：四川省射洪中學(xué)校；四川省射洪市教育科學(xué)研究室)

1.教材分析和學(xué)情分析

1.1教材分析

人教版高中生物學(xué)教材必修2第5章的主要內(nèi)容包括基因突變、基因重組和染色體變異，這些知識的原理為作物育種奠定了理論基礎(chǔ)。必修2第6章第1節(jié)的“雜交育種與誘變育種”是將第5章的理論知識應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，改善作物品質(zhì)，滿足人們的生活需要，提高人們的生活水平。

1.2學(xué)情分析

新課階段，學(xué)生主要是從雜交育種和誘變育種的過程及優(yōu)缺點(diǎn)認(rèn)識育種，對育種原理的實(shí)質(zhì)、各育種方式之間的區(qū)別與聯(lián)系、根據(jù)需要選擇并設(shè)計(jì)育種方案等缺乏深入的認(rèn)識。對此筆者進(jìn)行了學(xué)情調(diào)查，結(jié)果顯示大部分學(xué)生目前主要存在兩方面的問題：一是知識遺忘甚多，對各種育種方式的原理、操作過程的記憶模糊不清，不能正確書寫遺傳圖解等；二是知識比較零散，沒有形成完整的育種知識體系，雖然知道雜交育種的原理，卻不能理解其實(shí)質(zhì)。

2.教學(xué)目標(biāo)

基于《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，筆者制訂了如下教學(xué)目標(biāo)。

(1)掌握雜交育種、誘變育種和單倍體育種的原理、方法、優(yōu)缺點(diǎn)，并制作表格比較三種育種方式，培養(yǎng)歸納與概括的科學(xué)思維，并在教學(xué)過程中滲透結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀等生命觀念。

(2)聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際理解雜交育種和單倍體育種，能設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案來解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題，提升科學(xué)探究能力。

(3)通過對各種育種過程的學(xué)習(xí)，體會科技工作者勞動(dòng)的創(chuàng)造性及農(nóng)民勞動(dòng)的艱辛，培養(yǎng)崇尚勞動(dòng)、尊重勞動(dòng)、踐行勞動(dòng)的精神，擔(dān)當(dāng)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約糧食的社會責(zé)任。

3.教學(xué)方法

本節(jié)課將采用“拋錨式”教學(xué)，即通過模擬“優(yōu)良玉米品種育種方案招標(biāo)會”的形式，將生產(chǎn)中的實(shí)際問題拋給學(xué)生，學(xué)生以小組(參與競標(biāo)的公司)為單位，通過交流、互動(dòng)，設(shè)計(jì)合適的育種方案，親自體驗(yàn)解決問題的過程。這樣設(shè)計(jì)，使得本節(jié)的知識內(nèi)容不再局限于雜交育種和誘變育種這兩種育種方式，相關(guān)內(nèi)容可延伸至單倍體育種，提升學(xué)生歸納、總結(jié)的能力。

4.教學(xué)過程

4.1創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

古詩《憫農(nóng)》→展示“光盤行動(dòng)”的圖片→展示“食不果腹”和“豐衣足食”的對比圖片→播放生產(chǎn)、生活中的求助視頻→發(fā)布“招標(biāo)公告”。

【設(shè)計(jì)意圖】①教師閱讀古詩《憫農(nóng)》，呈現(xiàn)“光盤行動(dòng)”的圖片、“豐衣足食”的圖片以及“食不果腹”的圖片，通過鮮明的對比說明育種改變作物品質(zhì)的重要性。②播放農(nóng)戶向市政府尋求幫助的視頻，發(fā)布“招標(biāo)公告”(圖1)，自然過渡到通過模擬招標(biāo)活動(dòng)的形式來幫助其解決問題，進(jìn)入育種方案的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

圖1

4.2模擬招標(biāo)活動(dòng)

4.2.1設(shè)計(jì)標(biāo)書

學(xué)生以小組為單位，模擬“招標(biāo)公司”，合作學(xué)習(xí)，根據(jù)所學(xué)設(shè)計(jì)出黃色糯性玉米的育種方案。

【設(shè)計(jì)意圖】檢測學(xué)生對育種相關(guān)的基礎(chǔ)知識的掌握程度，檢測學(xué)生能否正確書寫遺傳圖解、能否利用所學(xué)知識設(shè)計(jì)育種方案。通過合作探究解決實(shí)際問題，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

4.2.2展示標(biāo)書

學(xué)生1展示雜交育種的方案(圖2)，學(xué)生2對此方案做相應(yīng)的補(bǔ)充(圖3)。

圖2 圖3 圖4

教師點(diǎn)評學(xué)生設(shè)計(jì)的方案，提出遺傳圖解書寫的注意事項(xiàng)并歸納總結(jié)雜交育種的原理、步驟及優(yōu)點(diǎn)。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生展示自己設(shè)計(jì)的育種方案并進(jìn)行解讀，解讀內(nèi)容包括雜交育種的原理、優(yōu)點(diǎn)以及操作步驟。在此過程中，教師指出學(xué)生書寫的遺傳圖解中不規(guī)范的地方及方案中可能存在的問題，并對其進(jìn)行總結(jié)，以鞏固學(xué)生對雜交育種相關(guān)基礎(chǔ)知識的記憶。

學(xué)生3展示并解讀單倍體育種的方案(圖4左)，其所在小組其他學(xué)生同時(shí)設(shè)計(jì)了采用誘變育種獲得所需黃糯玉米的方法，而后由同組的學(xué)生4解讀誘變育種相關(guān)的方案(圖4右)。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生展示自己設(shè)計(jì)的育種方案并進(jìn)行解讀，通過學(xué)生的解讀可以反映出學(xué)生對育種知識的疑惑處，教師適時(shí)做出指導(dǎo)，并提出“嫦娥五號”攜帶由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供的水稻種子進(jìn)太空這一事件，引導(dǎo)學(xué)生形成關(guān)注社會議題的社會責(zé)任感。

4.2.3互評標(biāo)書

學(xué)生對參與“投標(biāo)”的每一個(gè)方案都從操作過程、原理、優(yōu)點(diǎn)這三個(gè)角度進(jìn)行了解讀，難道這些育種過程都只有優(yōu)點(diǎn)沒有缺點(diǎn)嗎?教師由此引導(dǎo)學(xué)生從專業(yè)的角度對其他“公司”的方案進(jìn)行合理的評價(jià)。

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)習(xí)小組之間相互評價(jià)，發(fā)現(xiàn)不同育種方式的缺點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

4.2.4師生互動(dòng)

本環(huán)節(jié)以教師提問、學(xué)生搶答的方式進(jìn)行，問題設(shè)置如下：

問題1：雜交育種的原理為什么是基因重組？(試從個(gè)體性狀、細(xì)胞水平、分子水平進(jìn)行分析)

此問“答案”較多，為降低其難度，筆者將其拆分為3個(gè)小問讓學(xué)生“搶答”，更有利于課堂的順利進(jìn)行，同時(shí)也可以提高學(xué)生的參與度。搶答結(jié)束后，教師要做出強(qiáng)調(diào)：①基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂時(shí)期；②基因重組體現(xiàn)了“微觀的基因決定了宏觀的性狀”這一概念。

【設(shè)計(jì)意圖】通過從宏觀的個(gè)體性狀到微觀的細(xì)胞水平、分子水平的深入分析，學(xué)生深刻理解了雜交育種的原理，逐漸形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

問題2：雜交育種過程中“操作簡單”是如何體現(xiàn)的？實(shí)際育種過程真的容易嗎？

學(xué)生能回答出“雜交育種過程采用的是連續(xù)自交選育純合個(gè)體，無需太多技術(shù)上的復(fù)雜操作”。但對于雜交育種是否容易，需要教師進(jìn)行補(bǔ)充：雜交育種過程主要包括親本的選配、雜交后代的處理以及株系的比較三個(gè)環(huán)節(jié)。其中，雜交親本的選配是成敗的關(guān)鍵，這需要長時(shí)間的觀察和選擇。對于后代的處理，例如在F2中，黃色糯性玉米所占的比例為3/16，純合黃色糯性玉米所占的比例為1/16，若要獲得10株純合黃色糯性玉米，F(xiàn)2至少需要隔離種植160株，然后在其中選擇30株符合要求的玉米再進(jìn)行隔離種植，直到最后選擇出符合要求的純合黃色糯性玉米，這一過程一般需要4年時(shí)間，這是一項(xiàng)耗時(shí)長且勞動(dòng)強(qiáng)度大的工作。而學(xué)生的“十年寒窗苦讀”也是一項(xiàng)長時(shí)間的體力和腦力勞動(dòng)過程，雖然辛苦，但要想有所收獲，就必須要為此付出努力。

【設(shè)計(jì)意圖】將雜交育種工作量大、耗時(shí)長的特點(diǎn)用數(shù)據(jù)量化并展示出來，讓學(xué)生明白雜交育種簡單但不容易，是一項(xiàng)需要付出大量時(shí)間與精力的勞動(dòng)，同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)識到勞動(dòng)的不易，由此聯(lián)想到學(xué)生自己正在經(jīng)歷的“十年寒窗”，教導(dǎo)其刻苦學(xué)習(xí)、努力奮斗、踐行勞動(dòng)。

問題3：雜交育種過程中玉米是否發(fā)生了進(jìn)化？為什么？

因?qū)M(jìn)化的本質(zhì)理解不夠透徹，學(xué)生一般會回答“沒有發(fā)生進(jìn)化，因?yàn)闆]有形成生殖隔離?！苯處熢诖诉M(jìn)行追問：生殖隔離是形成什么的標(biāo)志？一定要形成生殖隔離才會發(fā)生進(jìn)化嗎？通過追問，學(xué)生便能給出正確答案，即“生殖隔離是新物種形成的標(biāo)志。育種過程中玉米發(fā)生了進(jìn)化，因?yàn)橛衩追N群的基因頻率發(fā)生了改變?！苯處熯€需著重強(qiáng)調(diào)：雜交育種過程中發(fā)生了基因重組，為進(jìn)化提供了原材料，還進(jìn)行了人工選擇，所以玉米種群的基因頻率發(fā)生了改變，玉米發(fā)生了進(jìn)化，人工選擇后的性狀得以生存和繁殖。

【設(shè)計(jì)意圖】通過提問引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)進(jìn)化相關(guān)的知識，滲透進(jìn)化與適應(yīng)觀。

問題4：若對動(dòng)物進(jìn)行雜交育種，操作方式與植物一樣嗎？

【設(shè)計(jì)意圖】拓展雜交育種的范圍，辯證分析動(dòng)植物雜交育種的異同，啟發(fā)學(xué)生再一次思考對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。

問題5：為什么誘變育種工作量大，具有一定的盲目性？

此問題較簡單，學(xué)生基本都能說出其原因是“基因突變具有不定向性、低頻性、多害少利性”。教師需要指出：在實(shí)際操作中，誘變育種不僅需要高科技技術(shù)做支撐，還很考驗(yàn)研究人員的心理承受能力。因?yàn)楣ぷ骶哂小懊つ啃浴保瑸榇烁冻龃罅康臅r(shí)間與精力之后不一定會取得成功。因此，研究人員要能承受得了失敗帶來的“打擊”。

問題6：單倍體育種技術(shù)的復(fù)雜是如何體現(xiàn)的？

學(xué)生能答出“花藥離體培養(yǎng)是一個(gè)很復(fù)雜的操作過程”，但花藥離體培養(yǎng)的具體細(xì)節(jié)需要由教師來指出：從時(shí)間上來看，單倍體育種一般2年就可以獲得需要的純合新品種。但其中的花藥離體培養(yǎng)卻是一個(gè)復(fù)雜的過程，它需要在無菌條件下進(jìn)行，包括配制培養(yǎng)基、接種、培養(yǎng)等步驟，離體的細(xì)胞要經(jīng)過組織培養(yǎng)后才能形成幼苗。這個(gè)環(huán)節(jié)要想取得成功，與誘變育種一樣必須要有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)以及設(shè)備、設(shè)施，而這些技術(shù)也是科學(xué)工作者的勞動(dòng)成果。科技改變?nèi)藗兊纳罹腕w現(xiàn)在人們的“衣食住行”中，所以同學(xué)們也要崇尚科學(xué)、崇尚勞動(dòng)。各位同學(xué)現(xiàn)在的任務(wù)就是認(rèn)真學(xué)習(xí)科學(xué)知識、開拓創(chuàng)新，用知識和智慧來武裝自己，將來才能用自己的勞動(dòng)造福社會。

【設(shè)計(jì)意圖】問題5和問題6，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)基因突變的特點(diǎn)和單倍體育種中花藥離體培養(yǎng)的過程，讓學(xué)生體會科技勞動(dòng)的崇高，從而引導(dǎo)學(xué)生崇尚科技、崇尚勞動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)，用知識、智慧武裝自己，為以后能用自己的勞動(dòng)造福人類做準(zhǔn)備。

問題7：有了優(yōu)良品種后，一定能喜獲豐收嗎？

學(xué)生能答出“生物的表現(xiàn)型由基因型和環(huán)境共同決定”，針對這里的“環(huán)境”，大部分學(xué)生會單純地認(rèn)為是氣候環(huán)境。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，良好的環(huán)境不單單指氣候條件，還包括農(nóng)民在種植過程中的精心管理，如水肥管理、除草驅(qū)蟲、收割、晾曬等。想要吃到香糯的玉米還要經(jīng)過運(yùn)輸和加工兩個(gè)步驟。由此教師提出來之不易的勞動(dòng)成果是值得人們尊敬的，世界上的一切幸福都需要靠辛勤的勞動(dòng)來創(chuàng)造。

【設(shè)計(jì)意圖】講解性狀表現(xiàn)與基因和環(huán)境的關(guān)系，通過體會勞動(dòng)人民的辛勤付出，培養(yǎng)學(xué)生尊重勞動(dòng)成果、節(jié)約糧食的情感態(tài)度與價(jià)值觀。

4.2.5綜合評定

列表比較幾種育種方式并提出如何根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的育種方案。

幾種育種方式比較表

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)育種相關(guān)的知識體系，訓(xùn)練歸納與概括的科學(xué)思維。

5.教學(xué)反思

本節(jié)課以解決生活中的實(shí)際問題為切入點(diǎn)，以模擬“優(yōu)良玉米育種方案招標(biāo)會”形式為路徑，引導(dǎo)學(xué)生合作探究并回憶與育種有關(guān)的知識，達(dá)到鞏固復(fù)習(xí)的目的。在整個(gè)教學(xué)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，讓學(xué)生感受到了勞動(dòng)的崇高、艱辛，喚起了學(xué)生崇尚勞動(dòng)、尊重勞動(dòng)、踐行勞動(dòng)的社會責(zé)任感；引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會從身邊小事做起，形成造福人類的情感態(tài)度與價(jià)值觀。