大概念指导下的“生物育种”教学设计

摘要：本文以培育不同性状的西瓜为主线，带领具有“育种专家”身份的学生走进育种现场，设计问题情境，引导学生开展探究式学习。教学流程分四个环节：温旧知、学新知、用新知、固新知。重在培养学生解决问题的能力。

关键词：问题情境；探究学习；育种方案；实践应用

文章编号：1003-7586（2024） 05-0045-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

大概念教学是当下为思维而教的时代选择。浙江大学教育学院课程与学习科学系副主任刘徽认为，专家思维就是通过大概念来组织的，可反映专家对学科的理解深度。所以教师要引导学生像专家一样思考，可以通过不同的案例来促进学生大概念的形成。育种方案的选取和设计是高考命题的重点，笔者以“生物育种”为线索尝试进行大概念教学，以帮助学生系统理解“育种”大概念，并能学以致用。

1教材分析与设计思路

人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》（以下简称“教材”）第5章“基因突变及其他变异”是在学生学习了遗传规律、遗传的细胞基础、分子基础之后的课程内容。学生初步掌握了基因重组、基因突变和染色体变异的必备知识，具备了变异的理论基础，在此基础上，学生将进一步学习生物变异在生物育种中的应用。本专题内容同时与人教版普通高中教科书《生物学·选择性必修3，生物技术与工程》第3章“基因工程”密切联系，借助各种现代生物科技，改良育种方法，更好地达成育种目的。

《普通高中生物课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）在知识目标中要求学生必须“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”。《课程标准》第一次明确提出了生物学核心概念的理念，并要求学生在现实生活的背景中学习生物学知识，倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解核心概念，并能运用生物学的原理和方法解决实际问题。由此可见，《课程标准》要求重视核心概念的教学，从追求浅层的生物学事实性知识的记忆，转向对核心概念的深层次理解。

“突变”和“重组”是本章的核心概念，为了在课堂教学中引导学生加强对这两个生物学核心概念的理解应用，本文以“生物育种”为线索，引导学生发现和提出问题，设置贴近学生生活经验的问题情境，以学生为中心，引导学生思考并解决实际问题，改变知识形成的方式、方法和过程，帮助学生实现自我知识结构的构建，从而形成良好的知识框架，系统理解“育种”大概念，并能学以致用。

2教学目标

（1）通过育种方法的学习，认同遗传学知识在现实生活中的价值（生命观念）。

（2）通过育种方法的比较，尝试用遗传和变异的原理解决生产中的问题（科学思维）。

（3）通过生物育种的相关实验探究，提升实验设计及结果分析的能力（科学探究）。

3教学过程

3.1温旧知——承接新知

通过阅读教材和查阅资料，学生尝试填写育种方法的比较表（见表1）。

3.2学新知——思维提升

教师展示资料：近几年全球环境变化多端，极端天气越来越频繁导致有些西瓜种植地区气候持续干旱，西瓜的光合速率下降，叶片开始发黄，植株生长缓慢甚至死亡。通过调研，育种专家找到一种抗旱西瓜，但实际种植中发现此品种易患蔓枯病，另外还找到了一种抗蔓枯病不抗旱的西瓜品种。

教师提出问题：如何用现有的易感蔓枯病抗旱（DDHH）和抗蔓枯病不抗旱（ddhh）两个西瓜品种，培育出一个能够稳定遗传的既抗蔓枯又抗旱（ddHH）的西瓜新品种（已知两对基因独立遗传）？

学生小组讨论，教师随机抽取两个小组代表在黑板上书写育种过程并用遗传图解的方式描述。学生完成后，组织其他小组学生点评，找出错误，并规范书写格式。最后教师点评、并精讲杂交育种和单倍体育种的优缺点。

教师提出问题：有权威科研单位发布预警，未来几年将出现大规模虫害，而之前培育出的“双抗”品种却没有抗虫害的相关基因，如何让“双抗”西瓜具有抗虫性状？

教师展示资料：已培育的“双抗”西瓜品种没有抗虫基因r及等位基因R，但某微生物中有抗虫基因r。教师引导学生参考抗虫棉的培育过程，在学案上简述此情况下培育新品种的步骤，完成知识迁移。

教师提出问题：如何利用遗传学的原理和方法进一步提升“三抗”西瓜新品种（ddTTrr）的品质，促进果实生长，提高营养含量？

教师展示教材图示，引导学生借鉴三倍体无子西瓜的培育来实现新“三抗”西瓜的增产及品质改良。

教师拓展单倍体育种知识并提出问题：单倍体育种是否为花药的离体培养？单倍体育种主要包括哪些过程？单倍体育种得到的是否一定是纯合子？教师引导学生理解单倍体育种一般应用于二倍体植物，若为四倍体植物，通过单倍体育种形成的个体不一定是纯合子。如AAaa基因型的植株经单倍体育种后得到的不全是纯合子。

教师提出问题：西瓜有黄瓤和红瓤的，是否能再培育出绿瓤的西瓜？是否能培育出脆瓜瓤的西瓜？或者培育自然界没有的新品种西瓜？教师引导学生尝试写出西瓜新性状及育种方案。

教师可以让学生开拓思维，课后思考问题：现在农用土地资源越来越少，育种专家如何培育出地上结西瓜，地下结马铃薯的二合一品种？将两个亲本不同的优良性状集中于同一生物体上，除了利用杂交育种，理论上还可利用什么育种方式？上述的几种方法都可以应用于动物育种吗？动物育种和植物育种有何不同？

最后，教师进行课堂小结，首先让学生梳理生物育种的思路，之后完成表格（见表2），明确如何依据育种目标选取育种方案，并关注“三最”确定育种方向（见表3）。最后，教师引导学生完成思维导图（见图1），总结无子西瓜的育种过程。

3.3用新知——巩固提高

教师设置练习题，引导学生完成知识迁移应用。

题点1：比较各种生物育种的原理和方法。

例1 各种育种方法或技术都有其优劣之处，下列相关叙述错误的是（ ）。

A.传统的育种方法周期长，可选择的范围有限

B.通过人工诱变，人们有目的地选育新品种，能避免育种的盲目性

C.杂交育种难以克服远缘杂交不亲和的障碍，过程繁杂缓慢，效率低

D.基因工程可以实现基因在不同物种之间的转移，人们可以定向选育新品种

题点2：借助流程图，考查育种的过程与操作。

例2 如图所示，利用农作物①和②培育出⑥的过程，相关叙述错误的是（ ）。

A.在①②⑥之间存在着生殖隔离

B.Ⅰ-Ⅴ过程依据的原理是基因重组

C.过程Ⅱ在有丝分裂和减数分裂中均可发生

D.Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ的过程中要应用植物组织培养技术

题点3：借助新素材，综合考查变异与育种。

例3 如图所示是育种专家利用染色体部分缺失原理，对棉花品种的培育过程，相关叙述正确的是（ ）。

A.图中涉及的变异只有染色体结构的变异

B.粉红棉M的出现是染色体部分片段缺失的结果

C.白色棉N自交后代会发生性状分离，不能稳定遗传

D.深红棉S与白色棉N杂交，产生粉红棉的概率为1/4

例4 普通小麦是目前世界各地栽培的重要粮食作物。普通小麦的形成包括不同物种杂交和染色体加倍过程。如下图所示，其中A、B、D分别代表不同物种的一个染色体组，每个染色体组均含7条染色体。在此基础上，人们又通过杂交育种培育出许多优良品种。回答下列问题。

（1）在普通小麦的形成过程中，杂种一是高度不育的，原因是____。

已知普通小麦是杂种二染色体加倍形成的多倍体，普通小麦体细胞中有条______染色体。一般来说，与二倍体相比，多倍体的优点是__________（答出2点即可）。

（2）若要用人工方法使植物细胞染色体加倍，可采用的方法有____（答出1点即可）。

（3）现有甲、乙两个普通小麦品种（纯合子），甲的表现型是抗病易倒佚，乙的表现型是易感病抗倒伏。若要以甲、乙为实验材料设计实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种，请简要写出实验思路。

4教学反思

《课程标准》中强调的“大概念”是“少而重要”的专家思维方式，它具有统摄性和生活价值，是重构知识的重要桥梁。《课程标准》和《中国高考评价体系》强调“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的多维考查模式，实现从“考知识”向“考能力素养”，以及从“解题”向“解决问题”的转变。让学生感受学习到的知识的实际应用价值，从而激发学生的学习兴趣，真正培养学生的生物学学科素养。