“雜交育種與誘變育種”的探究教學設計

王悅如

(遼寧省大連市第十六中學 116001)

1 教材分析及設計思路

“雜交育種與誘變育種”是人教版高中生物學教材《遺傳與進化》第6章第1節的內容，依據《普通高中生物課程標準》，其具體內容標準是“搜集生物變異在育種上應用的事例”，在知識層面要求達到理解水平。教材通過選擇育種→雜交育種→誘變育種遞進的發展歷程，說明超越已有技術的局限性是育種技術不斷完善與發展的動力和原因，較好地滲透了新課改倡導的提高生物科學素養、注重與現實生活的聯系、倡導探究性學習等課程理念。本節內容與初中八年級下冊第二章第5節“生物的變異”相銜接，與高中必修2第1章“遺傳的基本規律”、第3章“基因的本質”、第4章“基因的表達”、第5章“基因突變及其他變異”等知識均有緊密的聯系。此外，本節的教學可為學習本章第2節及選修3中的“基因工程”奠定基礎。

設計本節的教學邏輯結構，可以育種技術發展的遞進歷程為主線索，將情境線索和STS關系線索隱藏在教學邏輯主線中作為兩條邏輯副線(圖1)：

圖1 教學邏輯結構圖示

2 教學目標

2.1 知識目標 說明雜交育種和誘變育種的概念和遺傳學原理；舉例說明雜交育種和誘變育種方法的優點和不足；舉例說出雜交育種和誘變育種在生產中的應用；比較雜交育種、誘變育種、多倍體育種和單倍體育種的異同點。

2.2 能力目標 搜集、篩選、整理生物變異在我國育種上應用的資料；運用遺傳和變異的原理，解決生產和生活實際中的問題；能用列表比較的方法分析歸納知識、深化理解知識。

2.3 情感態度與價值觀目標 體會科學技術在發展生產力、推動社會進步方面的巨大作用；關注我國育種技術的發展。

3 教學過程

3.1 課前搜集育種事例 給學生提供一定的搜集資料的途徑(如百度、搜狗等網站；中國知網等數據庫；報刊、著作等)，由學生分小組分別從動物、植物和微生物3個方面搜集生物變異在我國育種實踐方面應用的事例。搜集的事例由各組組長匯總、審核、篩選、歸類，課上由小組成員匯報、交流。

設計意圖：在培養學生搜集資料和獲取信息能力的同時，落實課程標準中課程目標的能力目標“能夠利用多種媒體搜集生物學的信息，學會鑒別、選擇、運用和分享信息”。

3.2 系統分析法，導入本章 循著必修2模塊“人類認識基因之路”導入本章。

圖2 本章導入的設計思路

設計意圖：使學生形成整體框架和知識體系，感知系統分析的科學方法，從整體上把握要學習的內容在教材中的地位。

3.3 情境再現引發回憶，導入新課 通過展示初中八年級下冊中與育種有關的4幅圖(略)導入本節。學生觀察圖片，回顧初中所學知識，進入本節的學習。通過“袁隆平與雜交水稻”，創設本節教學情境“水稻育種”。

設計意圖：選擇初中教材的原圖，情境再現，充當“先行組織者”，初高中銜接，幫助學生回憶和補習關于育種的前提知識，進入本節的學習。創設學生熟悉的情境——水稻育種，并將這一情境貫穿于整個教學過程始終，有利于激發學生的認知構建、情感發生和能力的生成。

3.4 閱讀資料，分析選擇育種 通過展示“古人培育矮桿水稻的過程”資料，設置問題：①選擇育種中“選擇”的含義是什么？②選出的優良品種為什么要單獨種植？③選擇育種隱含的遺傳學原理是什么？④選擇育種有哪些優點和不足?

設計意圖：提出一組問題支架，讓學生帶著問題有目的地閱讀、思考和分析資料，歸納出選擇育種的優點和不足。

3.5 創設情境，探究雜交育種 設置探究活動1：水稻高稈(D)對矮桿(d)為顯性，抗稻瘟病(R)對易感稻瘟病(r)為顯性，兩對性狀獨立遺傳?，F有純合的矮桿感病品種和純合高稈抗病品種。如果你是一位育種專家，你打算培育出什么樣的優良品種？依據的遺傳學原理是什么？為了實現育種目標，應當如何操作？用遺傳圖解表示雜交育種的過程，并用文字、箭頭等簡要歸納總結雜交育種的流程圖。學生小組合作完成該探究活動，小組內部交流討論后，由學生代表寫在黑板上展示。在展示中，教師引導小組之間相互質疑、補充，并用彩色粉筆糾錯，完善育種方案，還要強調注意遺傳圖解書寫的準確、規范。最后，由學生自主歸納總結雜交育種的流程圖以及雜交育種的概念。

在探究活動后，教師追問①：利用雜交育種方法，得到能穩定遺傳的純合子至少需要多少年的時間？(為突破本節課的難點做鋪墊)本節課的難點是雜交育種和誘變育種優點和局限性的分析。由于城市學生缺乏對育種以及培育農作物的相關實踐經驗，也不了解植物的整個生長發育歷程，該問題對學生會有難度。為突破難點，可告訴學生水稻播種和收獲的時間，以及水稻的生命歷程，讓學生較好地分析、認識雜交育種的局限性之一是育種年限較長。那么有沒有什么方法能彌補這一缺陷呢？(學生根據上一章所學知識能夠知道，單倍體育種可縮短育種年限)

教師追問②：水稻是自花授粉的植物，在雜交育種的操作過程中會有怎樣的困難？如何解決這一困難？(學生聯系第一章學過的豌豆的雜交實驗會想到，需要大量的人工去雄)那如何解決這一困難呢？大家在搜集資料的過程中有沒有關注到袁隆平院士是怎樣解決這一困難的呢？引導學生學會運用自己搜集的資料去解決實際問題，由學生小組代表展示搜集到的雜交育種的相關事例。

教師追問③：為什么大家搜集到的微生物雜交育種事例甚少？雜交育種能否用于培育細菌新品種？為什么？讓學生更深刻地理解雜交育種的原理是基因重組，并且自然狀態下基因重組只適用于有性生殖的生物。

設計意圖：圍繞重點內容，通過一系列探究活動，讓學生運用遺傳和變異的原理去完成育種任務，親自體驗、實踐遺傳學原理的應用；通過設計問題串，用遺傳圖解表示雜交育種的過程，給學生提供一個探究的思路；在探究活動后通過追問，激發學生的問題意識，推進探究進程，培養學生的思維能力。

3.6 引發認知沖突，激勵探究意識 提出問題：能否利用雜交育種的方法，用不抗病的水稻去培育自然界中從來沒有過的抗病水稻？(學生會發現不可以)為什么不能用雜交育種的方法呢？通過設疑，引導學生分析出雜交育種的局限性——只能根據已有性狀重新組合，無法產生新性狀。那么如何來彌補這一局限性呢？引入誘變育種的探究活動。設置探究活動2：假設某水稻品種表現為不抗病，但自然界中又沒有抗病的性狀，你怎樣利用不抗病的品種培育出抗病的水稻新品種？① 由不抗病變為抗病，這屬于哪種變異類型？②為使水稻發生基因突變，要對水稻進行怎樣的處理？同時寫出育種流程圖；③對不抗病水稻進行這樣的處理后，一定能得到抗病水稻嗎？為什么？聯系基因突變的特點，談談誘變育種的局限性；④ 要想克服這一局限性，可以采取什么辦法？學生進行思考、分析、討論并總結雜交育種的流程圖及雜交育種的概念，由學生小組代表展示誘變育種的事例，結合事例分析雜交育種的優點與局限性。

設計意圖：通過遞進式設疑，層層深入到問題的根源，不斷地設置認知沖突，激發學生的求知欲和參與欲，突破難點，進而培養他們分析問題和解決問題的能力。并引出下節課內容——基因工程育種。

3.7 列表比較，總結提升 由學生自主列表比較4種育種技術的異同點(表1)，完成本節課堂小結。

設計意圖：讓學生通過比較，建立新舊知識間的彼此聯系，形成知識網絡。

4 教學反思

表1 4種育種技術的比較

本節教學在“水稻育種”的情境下，以育種技術發展的遞進歷程為縱向線索而展開。讓學生充當一個育種工作者，利用所學的遺傳和變異的相關原理去解決實際問題，嘗試分析每一種育種技術的優點和不足，并且找到突破其局限性的方法，在解決問題的過程當中，自主完成對新知識的意義建構。鑒于每一種育種技術都是在科學的發展和技術的進步的基礎上發展起來的，在教學過程中，不斷地向學生滲透STS教育，使學生體會科學技術對發展社會生產力和推動社會進步等方面所起到的巨大作用。教學中通過設計2個探究活動，以問題(任務)驅動學生主動學習、自主學習，在合作探究中激活學生的思維。通過課前學生搜集資料、課堂展示、小組合作和探究活動，發揮學生的主體作用，取得了較好的教學效果。