“雜交育種與誘變育種”的探究教學(xué)設(shè)計

王悅?cè)?/p>

(遼寧省大連市第十六中學(xué) 116001)

1 教材分析及設(shè)計思路

“雜交育種與誘變育種”是人教版高中生物學(xué)教材《遺傳與進(jìn)化》第6章第1節(jié)的內(nèi)容，依據(jù)《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》，其具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是“搜集生物變異在育種上應(yīng)用的事例”，在知識層面要求達(dá)到理解水平。教材通過選擇育種→雜交育種→誘變育種遞進(jìn)的發(fā)展歷程，說明超越已有技術(shù)的局限性是育種技術(shù)不斷完善與發(fā)展的動力和原因，較好地滲透了新課改倡導(dǎo)的提高生物科學(xué)素養(yǎng)、注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系、倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)等課程理念。本節(jié)內(nèi)容與初中八年級下冊第二章第5節(jié)“生物的變異”相銜接，與高中必修2第1章“遺傳的基本規(guī)律”、第3章“基因的本質(zhì)”、第4章“基因的表達(dá)”、第5章“基因突變及其他變異”等知識均有緊密的聯(lián)系。此外，本節(jié)的教學(xué)可為學(xué)習(xí)本章第2節(jié)及選修3中的“基因工程”奠定基礎(chǔ)。

設(shè)計本節(jié)的教學(xué)邏輯結(jié)構(gòu)，可以育種技術(shù)發(fā)展的遞進(jìn)歷程為主線索，將情境線索和STS關(guān)系線索隱藏在教學(xué)邏輯主線中作為兩條邏輯副線(圖1)：

圖1 教學(xué)邏輯結(jié)構(gòu)圖示

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo) 說明雜交育種和誘變育種的概念和遺傳學(xué)原理；舉例說明雜交育種和誘變育種方法的優(yōu)點和不足；舉例說出雜交育種和誘變育種在生產(chǎn)中的應(yīng)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(biāo) 搜集、篩選、整理生物變異在我國育種上應(yīng)用的資料；運用遺傳和變異的原理，解決生產(chǎn)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(tài)度與價值觀目標(biāo) 體會科學(xué)技術(shù)在發(fā)展生產(chǎn)力、推動社會進(jìn)步方面的巨大作用；關(guān)注我國育種技術(shù)的發(fā)展。

3 教學(xué)過程

3.1 課前搜集育種事例 給學(xué)生提供一定的搜集資料的途徑(如百度、搜狗等網(wǎng)站；中國知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫；報刊、著作等)，由學(xué)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(yīng)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(shè)計意圖：在培養(yǎng)學(xué)生搜集資料和獲取信息能力的同時，落實課程標(biāo)準(zhǔn)中課程目標(biāo)的能力目標(biāo)“能夠利用多種媒體搜集生物學(xué)的信息，學(xué)會鑒別、選擇、運用和分享信息”。

3.2 系統(tǒng)分析法，導(dǎo)入本章 循著必修2模塊“人類認(rèn)識基因之路”導(dǎo)入本章。

圖2 本章導(dǎo)入的設(shè)計思路

設(shè)計意圖：使學(xué)生形成整體框架和知識體系，感知系統(tǒng)分析的科學(xué)方法，從整體上把握要學(xué)習(xí)的內(nèi)容在教材中的地位。

3.3 情境再現(xiàn)引發(fā)回憶，導(dǎo)入新課 通過展示初中八年級下冊中與育種有關(guān)的4幅圖(略)導(dǎo)入本節(jié)。學(xué)生觀察圖片，回顧初中所學(xué)知識，進(jìn)入本節(jié)的學(xué)習(xí)。通過“袁隆平與雜交水稻”，創(chuàng)設(shè)本節(jié)教學(xué)情境“水稻育種”。

設(shè)計意圖：選擇初中教材的原圖，情境再現(xiàn)，充當(dāng)“先行組織者”，初高中銜接，幫助學(xué)生回憶和補(bǔ)習(xí)關(guān)于育種的前提知識，進(jìn)入本節(jié)的學(xué)習(xí)。創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的情境——水稻育種，并將這一情境貫穿于整個教學(xué)過程始終，有利于激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知構(gòu)建、情感發(fā)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(shè)置問題：①選擇育種中“選擇”的含義是什么？②選出的優(yōu)良品種為什么要單獨種植？③選擇育種隱含的遺傳學(xué)原理是什么？④選擇育種有哪些優(yōu)點和不足?

設(shè)計意圖：提出一組問題支架，讓學(xué)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(yōu)點和不足。

3.5 創(chuàng)設(shè)情境，探究雜交育種 設(shè)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(xiàn)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(yōu)良品種？依據(jù)的遺傳學(xué)原理是什么？為了實現(xiàn)育種目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)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(jié)雜交育種的流程圖。學(xué)生小組合作完成該探究活動，小組內(nèi)部交流討論后，由學(xué)生代表寫在黑板上展示。在展示中，教師引導(dǎo)小組之間相互質(zhì)疑、補(bǔ)充，并用彩色粉筆糾錯，完善育種方案，還要強(qiáng)調(diào)注意遺傳圖解書寫的準(zhǔn)確、規(guī)范。最后，由學(xué)生自主歸納總結(jié)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(wěn)定遺傳的純合子至少需要多少年的時間？(為突破本節(jié)課的難點做鋪墊)本節(jié)課的難點是雜交育種和誘變育種優(yōu)點和局限性的分析。由于城市學(xué)生缺乏對育種以及培育農(nóng)作物的相關(guān)實踐經(jīng)驗，也不了解植物的整個生長發(fā)育歷程，該問題對學(xué)生會有難度。為突破難點，可告訴學(xué)生水稻播種和收獲的時間，以及水稻的生命歷程，讓學(xué)生較好地分析、認(rèn)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(bǔ)這一缺陷呢？(學(xué)生根據(jù)上一章所學(xué)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(xué)生聯(lián)系第一章學(xué)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(guān)注到袁隆平院士是怎樣解決這一困難的呢？引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會運用自己搜集的資料去解決實際問題，由學(xué)生小組代表展示搜集到的雜交育種的相關(guān)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(xì)菌新品種？為什么？讓學(xué)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(tài)下基因重組只適用于有性生殖的生物。

設(shè)計意圖：圍繞重點內(nèi)容，通過一系列探究活動，讓學(xué)生運用遺傳和變異的原理去完成育種任務(wù)，親自體驗、實踐遺傳學(xué)原理的應(yīng)用；通過設(shè)計問題串，用遺傳圖解表示雜交育種的過程，給學(xué)生提供一個探究的思路；在探究活動后通過追問，激發(fā)學(xué)生的問題意識，推進(jìn)探究進(jìn)程，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

3.6 引發(fā)認(rèn)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(xué)生會發(fā)現(xiàn)不可以)為什么不能用雜交育種的方法呢？通過設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生分析出雜交育種的局限性——只能根據(jù)已有性狀重新組合，無法產(chǎn)生新性狀。那么如何來彌補(bǔ)這一局限性呢？引入誘變育種的探究活動。設(shè)置探究活動2：假設(shè)某水稻品種表現(xiàn)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?yōu)榭共?，這屬于哪種變異類型？②為使水稻發(fā)生基因突變，要對水稻進(jìn)行怎樣的處理？同時寫出育種流程圖；③對不抗病水稻進(jìn)行這樣的處理后，一定能得到抗病水稻嗎？為什么？聯(lián)系基因突變的特點，談?wù)務(wù)T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(xué)生進(jìn)行思考、分析、討論并總結(jié)雜交育種的流程圖及雜交育種的概念，由學(xué)生小組代表展示誘變育種的事例，結(jié)合事例分析雜交育種的優(yōu)點與局限性。

設(shè)計意圖：通過遞進(jìn)式設(shè)疑，層層深入到問題的根源，不斷地設(shè)置認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的求知欲和參與欲，突破難點，進(jìn)而培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力。并引出下節(jié)課內(nèi)容——基因工程育種。

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

設(shè)計意圖：讓學(xué)生通過比較，建立新舊知識間的彼此聯(lián)系，形成知識網(wǎng)絡(luò)。

4 教學(xué)反思

表1 4種育種技術(shù)的比較

本節(jié)教學(xué)在“水稻育種”的情境下，以育種技術(shù)發(fā)展的遞進(jìn)歷程為縱向線索而展開。讓學(xué)生充當(dāng)一個育種工作者，利用所學(xué)的遺傳和變異的相關(guān)原理去解決實際問題，嘗試分析每一種育種技術(shù)的優(yōu)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(dāng)中，自主完成對新知識的意義建構(gòu)。鑒于每一種育種技術(shù)都是在科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在教學(xué)過程中，不斷地向?qū)W生滲透STS教育，使學(xué)生體會科學(xué)技術(shù)對發(fā)展社會生產(chǎn)力和推動社會進(jìn)步等方面所起到的巨大作用。教學(xué)中通過設(shè)計2個探究活動，以問題(任務(wù))驅(qū)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，在合作探究中激活學(xué)生的思維。通過課前學(xué)生搜集資料、課堂展示、小組合作和探究活動，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，取得了較好的教學(xué)效果。