大概念指導(dǎo)下的“生物育種”教學(xué)設(shè)計

摘要：本文以培育不同性狀的西瓜為主線，帶領(lǐng)具有“育種專家”身份的學(xué)生走進育種現(xiàn)場，設(shè)計問題情境，引導(dǎo)學(xué)生開展探究式學(xué)習(xí)。教學(xué)流程分四個環(huán)節(jié)：溫舊知、學(xué)新知、用新知、固新知。重在培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：問題情境；探究學(xué)習(xí)；育種方案；實踐應(yīng)用

文章編號：1003-7586（2024） 05-0045-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

大概念教學(xué)是當下為思維而教的時代選擇。浙江大學(xué)教育學(xué)院課程與學(xué)習(xí)科學(xué)系副主任劉徽認為，專家思維就是通過大概念來組織的，可反映專家對學(xué)科的理解深度。所以教師要引導(dǎo)學(xué)生像專家一樣思考，可以通過不同的案例來促進學(xué)生大概念的形成。育種方案的選取和設(shè)計是高考命題的重點，筆者以“生物育種”為線索嘗試進行大概念教學(xué)，以幫助學(xué)生系統(tǒng)理解“育種”大概念，并能學(xué)以致用。

1教材分析與設(shè)計思路

人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修2·遺傳與進化》（以下簡稱“教材”）第5章“基因突變及其他變異”是在學(xué)生學(xué)習(xí)了遺傳規(guī)律、遺傳的細胞基礎(chǔ)、分子基礎(chǔ)之后的課程內(nèi)容。學(xué)生初步掌握了基因重組、基因突變和染色體變異的必備知識，具備了變異的理論基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，學(xué)生將進一步學(xué)習(xí)生物變異在生物育種中的應(yīng)用。本專題內(nèi)容同時與人教版普通高中教科書《生物學(xué)·選擇性必修3，生物技術(shù)與工程》第3章“基因工程”密切聯(lián)系，借助各種現(xiàn)代生物科技，改良育種方法，更好地達成育種目的。

《普通高中生物課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）在知識目標中要求學(xué)生必須“獲得生物學(xué)基本事實、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識”。《課程標準》第一次明確提出了生物學(xué)核心概念的理念，并要求學(xué)生在現(xiàn)實生活的背景中學(xué)習(xí)生物學(xué)知識，倡導(dǎo)學(xué)生在解決實際問題的過程中深入理解核心概念，并能運用生物學(xué)的原理和方法解決實際問題。由此可見，《課程標準》要求重視核心概念的教學(xué)，從追求淺層的生物學(xué)事實性知識的記憶，轉(zhuǎn)向?qū)诵母拍畹纳顚哟卫斫狻?/p>

“突變”和“重組”是本章的核心概念，為了在課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生加強對這兩個生物學(xué)核心概念的理解應(yīng)用，本文以“生物育種”為線索，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，設(shè)置貼近學(xué)生生活經(jīng)驗的問題情境，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生思考并解決實際問題，改變知識形成的方式、方法和過程，幫助學(xué)生實現(xiàn)自我知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，從而形成良好的知識框架，系統(tǒng)理解“育種”大概念，并能學(xué)以致用。

2教學(xué)目標

（1）通過育種方法的學(xué)習(xí)，認同遺傳學(xué)知識在現(xiàn)實生活中的價值（生命觀念）。

（2）通過育種方法的比較，嘗試用遺傳和變異的原理解決生產(chǎn)中的問題（科學(xué)思維）。

（3）通過生物育種的相關(guān)實驗探究，提升實驗設(shè)計及結(jié)果分析的能力（科學(xué)探究）。

3教學(xué)過程

3.1溫舊知——承接新知

通過閱讀教材和查閱資料，學(xué)生嘗試填寫育種方法的比較表（見表1）。

3.2學(xué)新知——思維提升

教師展示資料：近幾年全球環(huán)境變化多端，極端天氣越來越頻繁導(dǎo)致有些西瓜種植地區(qū)氣候持續(xù)干旱，西瓜的光合速率下降，葉片開始發(fā)黃，植株生長緩慢甚至死亡。通過調(diào)研，育種專家找到一種抗旱西瓜，但實際種植中發(fā)現(xiàn)此品種易患蔓枯病，另外還找到了一種抗蔓枯病不抗旱的西瓜品種。

教師提出問題：如何用現(xiàn)有的易感蔓枯病抗旱（DDHH）和抗蔓枯病不抗旱（ddhh）兩個西瓜品種，培育出一個能夠穩(wěn)定遺傳的既抗蔓枯又抗旱（ddHH）的西瓜新品種（已知兩對基因獨立遺傳）？

學(xué)生小組討論，教師隨機抽取兩個小組代表在黑板上書寫育種過程并用遺傳圖解的方式描述。學(xué)生完成后，組織其他小組學(xué)生點評，找出錯誤，并規(guī)范書寫格式。最后教師點評、并精講雜交育種和單倍體育種的優(yōu)缺點。

教師提出問題：有權(quán)威科研單位發(fā)布預(yù)警，未來幾年將出現(xiàn)大規(guī)模蟲害，而之前培育出的“雙抗”品種卻沒有抗蟲害的相關(guān)基因，如何讓“雙抗”西瓜具有抗蟲性狀？

教師展示資料：已培育的“雙抗”西瓜品種沒有抗蟲基因r及等位基因R，但某微生物中有抗蟲基因r。教師引導(dǎo)學(xué)生參考抗蟲棉的培育過程，在學(xué)案上簡述此情況下培育新品種的步驟，完成知識遷移。

教師提出問題：如何利用遺傳學(xué)的原理和方法進一步提升“三抗”西瓜新品種（ddTTrr）的品質(zhì)，促進果實生長，提高營養(yǎng)含量？

教師展示教材圖示，引導(dǎo)學(xué)生借鑒三倍體無子西瓜的培育來實現(xiàn)新“三抗”西瓜的增產(chǎn)及品質(zhì)改良。

教師拓展單倍體育種知識并提出問題：單倍體育種是否為花藥的離體培養(yǎng)？單倍體育種主要包括哪些過程？單倍體育種得到的是否一定是純合子？教師引導(dǎo)學(xué)生理解單倍體育種一般應(yīng)用于二倍體植物，若為四倍體植物，通過單倍體育種形成的個體不一定是純合子。如AAaa基因型的植株經(jīng)單倍體育種后得到的不全是純合子。

教師提出問題：西瓜有黃瓤和紅瓤的，是否能再培育出綠瓤的西瓜？是否能培育出脆瓜瓤的西瓜？或者培育自然界沒有的新品種西瓜？教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試寫出西瓜新性狀及育種方案。

教師可以讓學(xué)生開拓思維，課后思考問題：現(xiàn)在農(nóng)用土地資源越來越少，育種專家如何培育出地上結(jié)西瓜，地下結(jié)馬鈴薯的二合一品種？將兩個親本不同的優(yōu)良性狀集中于同一生物體上，除了利用雜交育種，理論上還可利用什么育種方式？上述的幾種方法都可以應(yīng)用于動物育種嗎？動物育種和植物育種有何不同？

最后，教師進行課堂小結(jié)，首先讓學(xué)生梳理生物育種的思路，之后完成表格（見表2），明確如何依據(jù)育種目標選取育種方案，并關(guān)注“三最”確定育種方向（見表3）。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生完成思維導(dǎo)圖（見圖1），總結(jié)無子西瓜的育種過程。

3.3用新知——鞏固提高

教師設(shè)置練習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生完成知識遷移應(yīng)用。

題點1：比較各種生物育種的原理和方法。

例1 各種育種方法或技術(shù)都有其優(yōu)劣之處，下列相關(guān)敘述錯誤的是（ ）。

A.傳統(tǒng)的育種方法周期長，可選擇的范圍有限

B.通過人工誘變，人們有目的地選育新品種，能避免育種的盲目性

C.雜交育種難以克服遠緣雜交不親和的障礙，過程繁雜緩慢，效率低

D.基因工程可以實現(xiàn)基因在不同物種之間的轉(zhuǎn)移，人們可以定向選育新品種

題點2：借助流程圖，考查育種的過程與操作。

例2 如圖所示，利用農(nóng)作物①和②培育出⑥的過程，相關(guān)敘述錯誤的是（ ）。

A.在①②⑥之間存在著生殖隔離

B.Ⅰ-Ⅴ過程依據(jù)的原理是基因重組

C.過程Ⅱ在有絲分裂和減數(shù)分裂中均可發(fā)生

D.Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ的過程中要應(yīng)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)

題點3：借助新素材，綜合考查變異與育種。

例3 如圖所示是育種專家利用染色體部分缺失原理，對棉花品種的培育過程，相關(guān)敘述正確的是（ ）。

A.圖中涉及的變異只有染色體結(jié)構(gòu)的變異

B.粉紅棉M的出現(xiàn)是染色體部分片段缺失的結(jié)果

C.白色棉N自交后代會發(fā)生性狀分離，不能穩(wěn)定遺傳

D.深紅棉S與白色棉N雜交，產(chǎn)生粉紅棉的概率為1/4

例4 普通小麥是目前世界各地栽培的重要糧食作物。普通小麥的形成包括不同物種雜交和染色體加倍過程。如下圖所示，其中A、B、D分別代表不同物種的一個染色體組，每個染色體組均含7條染色體。在此基礎(chǔ)上，人們又通過雜交育種培育出許多優(yōu)良品種。回答下列問題。

（1）在普通小麥的形成過程中，雜種一是高度不育的，原因是____。

已知普通小麥是雜種二染色體加倍形成的多倍體，普通小麥體細胞中有條______染色體。一般來說，與二倍體相比，多倍體的優(yōu)點是__________（答出2點即可）。

（2）若要用人工方法使植物細胞染色體加倍，可采用的方法有____（答出1點即可）。

（3）現(xiàn)有甲、乙兩個普通小麥品種（純合子），甲的表現(xiàn)型是抗病易倒佚，乙的表現(xiàn)型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙為實驗材料設(shè)計實驗獲得抗病抗倒伏且穩(wěn)定遺傳的新品種，請簡要寫出實驗思路。

4教學(xué)反思

《課程標準》中強調(diào)的“大概念”是“少而重要”的專家思維方式，它具有統(tǒng)攝性和生活價值，是重構(gòu)知識的重要橋梁。《課程標準》和《中國高考評價體系》強調(diào)“價值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識為基”的多維考查模式，實現(xiàn)從“考知識”向“考能力素養(yǎng)”，以及從“解題”向“解決問題”的轉(zhuǎn)變。讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)到的知識的實際應(yīng)用價值，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真正培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。