生物实践基地助力学科核心素养的提升

闵伦仔

1 实践基地建设背景

1.1 应普通高中生物课程标准要求

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出“面向全体学生、提高学生生物科学素养、倡导探究性学习、注重与现实生活的联系”。生物学教学是提高学生科学素养的重要途径之一。现今的生物学教学理应以生物科学知识为基础，以提高生物技能为目标，以探究式学习、研究性学习为主要载体，精心设计并组织学生参加形式多样的科学实践活动，以此教育和引导学生爱科学、学科学、用科学，让学生掌握科学研究的一般方法，逐步养成严谨求实的科学态度并提升学科核心素养。

1.2结合学校特点

学校地处广州北部山区——派潭镇。该镇是一个农业大镇，土地资源丰富。因此，教师可结合生物学科特点，充分利用农村的资源优势，为学生的发展创造更广阔的空间，开发农村生物课程资源，追求和谐有效的生物学课堂，加强生物教学的有效性势在必行。

2实践基地概况

实践基地是指以种植蔬菜、花卉等实验农作物为主。它是现有生物实验室的拓展和延伸，也是一个有效补充。我校于2012年起，与一墙之隔的高村村委签订农田租赁合同，将围墙外的5亩农田和1亩池塘租赁下来，有菜地、鱼池、水田等设施，依托生物科组、实验室以及科研机构提供强大的学科指导，为实践基地的教学实践研究以及各种社团活动提供了广阔的实验场地以及各种实验对象。

2018年经生物科组研究规划，将其中1亩菜地翻地为7行，每行约40m，进行各种瓜菜和中药类植物种植试验研究，笔者主要负责玉米实验地。在实验开始前，发现：学生平时虽然常吃玉米，但由于初中生物不是中考科目，他们对玉米的生物学知识基本可以说一无所知。很多学生甚至都不知道什么是单子叶植物和双子叶植物。于是，笔者以玉米为研究对象，带领学生进行玉米自交与杂交实验的初探，具体实验如下。

3实验题目：玉米的种植与研究

3.1實验原理

玉米是单子叶植物，一年生雌雄同株异花植物，雄穗着生于植株项部，雄穗的主轴和侧枝上着生小穗。每个小穗有两朵小花，每朵花有两个花药。雌穗由叶腋内的腋芽发育而成。一般品种只有植株上部往下大约5-6节处的腋芽才能发育成1或2个果穗。雌穗上着生许多纵行排列的成对小穗。小穗上有小花两朵，其中一朵可育，一朵退化，可孕小花有内外颖和雌蕊组成。抽出的花丝为柱头的延长物，各部分都可以授粉。在同一植株上，雄穗抽出时间一般比雌穗早3-5 d，抽穗后2-5 d开始散粉。雌穗花丝一经抽出，就有授粉能力，但吐丝后2-4 d授粉能力最强。在一日内，玉米开花最盛是上午8-12时，散粉最盛是9-10时，这是授粉的最好时机。花粉寿命可长达24 h。授粉后20-26 h，即可受精。玉米是典型的异花授粉作物，所以自然杂交率高达95%以上。

3.2实验目的

掌握玉米授粉方法与步骤;学会统计发芽率与株高的测量;对3个品种的玉米进行自交和杂交;观察自交与杂交后玉米果实的情况。

3.3实验材料与用具

粤甜28（黄色）、白糯3号、黑糯4号玉米种子（前两个品种来自广东省作物研究所、后一品种购于种子公司）、复合肥、锄头、铁铲、洒水壶、毛笔、纸袋、回形针、吊牌、体积分数为70%的酒精棉球、剪刀、大头针、实验记录本、铅笔、橡皮。

3.4方法步骤

3.4.1 播种前准备

学校基地管理的工人提前将长20 m、宽1.5 m的实验地进行翻土、除草、起垄、施底肥，在播种前将3种玉米种子在水里浸泡2h，让种子吸足水分，利于种子萌发。

3.4.2播种

2018年3月16日，生物农场社团的成员分成了四组：第一组负责挖一个4-5 cm深的小坑;第二组负责每个坑里放3粒玉米种子;第三组负责用土把玉米种子盖上土;第四组负责在坑上喷洒少量水。

3.4.3发芽率统计

一个星期后玉米种子长出了2或3片真叶，学生根据以下公式计算各个玉米品种的发芽率：发芽率=（发芽种子粒数/供试种子粒数）×100%。

3.4.4株高统计

社团成员分成3组，每组负责一个玉米品种，以每周一次的频率测量玉米的株高。学生在此过程中学会了自己设计表格记录实验结果，利用重复实验、随机取样，减少实验误差。学生设计的表格见表1。

3.4.5授粉

自交：第二天9点左右，用右手轻轻拉下套袋的雄穗，左手轻拍纸袋，使花粉落入袋内，然后取下纸袋扎紧袋口。用毛笔把纸袋内的花粉均匀的涂抹花丝上，立即将雌穗纸袋套回。整个授粉过程动作必须迅速和轻便，切忌触动周围植株，以免串粉造成杂交。授粉后，立即在自交果穗上挂上吊牌。牌上用铅笔注明品种名称、授粉方式、授粉日期、实验者姓名。

杂交;关于玉米杂交过程中的套袋、授粉和管理工作等与自交基本相同，只是所套的雄穗是作为杂交父本，而雌穗应该选用其他品种的玉米。实验的杂交有六种方式：三种正交方式♀黑×♂黄、♀黑×♂白、♀白×♂黄;三种反交方式：♂黑×♀黄、♂黑×♀白、♂白×♀黄。授粉后的纸牌上应注明杂交组合名称。

3.4.6授粉后的管理

授粉一周后，要经常注意纸袋和吊牌是否完好无损，因为随着果穗的生长，容易将其纸袋顶破，要注意并及时套好。另外，需进行正常的水肥管理和除杂草。

4实验结果与分析

授粉后30d左右玉米基本成熟，生物农场社团成员和非社团成员利用社团课将成熟的玉米采摘。但是，结果并没有像预期的那样有6个品种的玉米，只有有黑白杂交、黄黑杂交、黄白杂交、白色自交、黄色自交，但是黑色自交系没有出现。可能是学生授粉时串粉。实验结果不像预期，学生基本掌握了玉米的自交与杂交技术，并且能通过玉米的表现型初步判断出其父母本的表现型。

5核心素养的提升

5.1生命观念

生殖与发育观：通过从播种到收获的4个月，学生能直观地感受到从一颗种子到一棵植物的衰老与死亡的过程，从中需要经历细胞的分裂与分化、生长与发育、成熟与衰老的的各个生命环节。

遗传与变异观：通过玉米品种间的杂交实验，学生能很好地理解杂交育种可以将两个植物的性状集中到一个植物上，如果白糯3号与黑糯4号杂交，子代在同一个玉米上同时有白的和黑色。杂交育种的基本原理是基因重组，属于可遗传变异的一种。

5.2科学思维

在没有进行实验时，学生认为有的玉米上有黄色、黑色、白色，这种玉米就是转基因玉米，所以平时都不敢吃。通过此实验，学生对转基因玉米这个社会热点议题，能够正确地审视并作出选择。

5.3科学探究

学生通过自交与杂交实验的进行，学会了人工授粉以及套袋技术并理解了原理，体验到了科学家的思维过程、科学定律的产生过程，在整个实践阶段养成了耐心、细致、严谨的科学态度和精神，提升了发现问题并解决问题的能力，学会探究的方法、培养了探究的精神。学生还结合以往所学的孟德尔杂交实验，提出了一些有科学依据的假设。例如，如何判断该玉米是纯合体还是杂合体？哪种方法最简便？用自交法或是杂交法来验证？通过这样的探究，学生对科学探究的每个环节都留下深刻印象，在潜移默化中提升了科学探究能力。

5.4社会责任

学生看到自己辛苦种植的玉米有了收获，都非常得开心。社团成员每人带了6根玉米回家与家人分享，让家长也体验到收获的喜悦。当然除了与家长分享喜悦，社团也组织了玉米义卖，并用义卖所得采购了一批保温杯，送给学校优秀且贫困的学生。通过实践基地的科学实践，学生能利用高一所学的植物细胞的吸水和失水知识，对玉米合理的施肥与浇水。通过杂交实验的进行，学生也能理解平时生活中买的黑玉米或者白玉米总是会有点花，而并不是全黑和全白。

总之，生物实践基地为各种类型的学生探究活动提供了沃土，加深了学生对科学态度、科学精神的认识，对学生的生物学学科核心素养以及创新潜能的发展都起到积极的促进作用，帮助他们提升社会责任感与人生规划能力，对学生个人终身的发展都有重要意义。