在生物学概念教学中开展概念模型建构活动——《杂交育种与诱变育种》教学研究，本文主要内容关键词为：概念论文,杂交育种论文,教学研究论文,生物学论文,模型论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
模型方法是现代科学研究和生产实践中经常运用的具有相当普遍性的分析研究事物和解决问题的方法之一，它既是一种科学方法也是一种思维方法。高中生物学新课程重视模型方法教学，把模型和生物学基本事实、概念、原理、规律并列为必须获得的生物学基础知识，同时将培养学生的科学方法（包括模型方法）、科学思维及科学精神等生物科学素养视为普通高中生物课程标准（下简称课标）的首要基本理念与核心任务。文章以《杂交育种与诱变育种》教学为例，探讨概念模型建构在生物学概念教学中的作用。
一、基于课标，合理选择教学内容
根据课标内容标准——生物2：遗传与进化——生物的变异的具体内容标准之一：搜集生物变异在育种上应用的事例，人教版教科书在生物必修2遗传与进化第6章从杂交育种到基因工程第1节设置了《杂交育种与诱变育种》教学内容。该章内容主要是遗传学原理和规律在生产生活中的应用。以杂交育种、诱变育种和基因工程等三个代表性的生物学技术，再现了人类应用遗传学原理和规律进行生物利用和改造的历程，体现了科学、技术、社会三者之间的相互关系。《杂交育种与诱变育种》是在学生学习基因突变、分离定律和自由组合定律等生物遗传变异的基础知识、基本规律的基础上，围绕遗传学原理和规律在实际生活中应用，按照生物技术发展历程的线索展开教学内容的。第1章遗传因子的发现——孟德尔的豌豆杂交实验（一）和孟德尔的豌豆杂交实验（二），为学习该节传统育种方法所依据的遗传学原理打下了基础，同时提供了科学记录和表达杂交实验过程和分析实验过程的方法。第5章基因突变及其他变异从遗传物质发生变化的角度，分析了基因突变及其他变异对生物体的影响及其在生物进化过程中的重要意义，是学习该节诱变育种的基础。其中染色体变异一节涉及的单倍体、多倍体等知识，有利于丰富学生对育种方式的认识。《杂交育种与诱变育种》一节的生物育种知识是高中生物教学中的重点知识，不仅是生物必修2遗传与进化的学习主线之一，还与生物选修3现代生物科技专题中的基因工程专题有密切的联系。它引导学生认识遗传学的知识是怎样用于指导生产实践、提高和改善生产技术，最大限度地满足人类不断增长的物质需求，体现育种工作在社会生产中的重要作用。
基于上述学习任务的分析，笔者将该节的课题确定为“育种”，教学核心内容是遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用，包括选择育种、杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种的原理及其优缺点。通过“布置学习任务→小组建构活动→展示、互评、总结”等育种概念模型建构活动，引导学生学习育种方法及其原理，为学习《基因工程及其应用》奠定基础。
二、解读课标，确定教学目标和教学过程
课标对该部分内容要求是搜集生物变异在育种上应用的事例，可见在知识方面课标要求达到理解水平。同时，根据教学内容、学生情况的分析，拟定《杂交育种与诱变育种》一节的教学目标如下。
知识目标：举例说明杂交育种和诱变育种的概念、原理、方法、优点和不足。举例说明杂交育种、诱变育种在生产中的应用。解释遗传和变异规律在生产实践中的应用。
能力目标：通过概念模型建构、展示、互评、比较、纠错、完善、总结等课堂学习活动，尝试运用文字、遗传图解、棋盘图、流程图等表达元素科学地表达育种过程；根据遗传和变异原理，使用科学思维方法进行“提出问题→思考问题→解决（回答）生产和生活实际中的问题”等科学思维过程。
情感态度与价值观目标：通过对我国杂交育种和诱变育种成果的了解，关注我国育种技术的发展及其在国际上的竞争力，认同育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性，认同育种专家的科学精神。
为了达成上述教学目标，根据育种技术的发展历程以“育种方法设计→育种方法优缺点归纳→育种方法局限性思考→育种方法设计突破”的思路设计教学过程见图1。
三、开展概念模型建构活动
高中学生已经有真核细胞三维结构模型的制作、人体细胞与外界环境的物质交换模型、呼吸作用过程图解、光合作用过程图解、DNA双螺旋结构模型的制作、建立减数分裂中染色体数目和行为变化的模型、性状分离比的模拟等学习经历，对物理模型、概念模型、数学模型有一定的认识。概念模型是指利用符号、图表等描述客观事物的性质、联系及逻辑关系的模型。当然，教学过程中根据课标、教科书的要求，教师不必具体解释概念模型的定义，只要应用概念模型引导学生认识概念之间相互关系，或让学生运用概念模型进行归纳即可。
学习活动1：学生阅读资料一：品种的定义（资料来源：人教版生物必修2遗传与进化教师教学用书），思考、探讨：什么是“育种”？什么是“品种”？师生共同归纳：“育种”是改良动植物品种，即培育品种。并呈现育种概念模型见图2。
学习活动2：学生阅读资料二：人类最早驯化的植物——玉米（玉蜀黍）（资料来源：中国社会科学院），以及教科书第98页有关古印第安人选择和培育玉米的资料。要求在阅读过程中标注出资料中与品种培育有关联的关键字——隔离、选择和培育，由此归纳：选择育种的原理、方法及优缺点，总结选择育种概念模型见图3。
上述两项育种概念模型学习活动帮助学生熟悉育种概念模型及其建构过程，为杂交育种概念模型、诱变育种概念模型的建构提供示范，发挥“先行组织者”的作用。
学习活动3：学生4人一小组，在课堂活动表上写出以纯种的黄色圆粒豌豆与纯种的绿色皱粒豌豆为亲本，培育黄色皱粒豌豆品种（皱粒豌豆比圆粒豌豆味道更甜美）的育种方案。并对本组、他组（两组代表在黑板上展示）的育种方案进行自评、互评，及时纠正表达错误。学生育种方案之一见图4。
假设豌豆圆粒与皱粒分别由R、r基因控制，黄色和绿色分别由Y、y基因控制，除此之外，还可以用文字、流程图、示意图等表达元素表示育种方案。
引导学生应用基因重组的原理分析杂交育种的方法，如杂交亲本的选择一般要限制在同种生物范围之内，必须通过杂交→自交→选择→自交→选择→……的方法，选育出具有相对稳定的遗传性的品种，即纯合子的，否则其后代就会因为发生性状分离而失去优势。总结杂交育种概念模型见图5。
通过列举我国在杂交育种方面的伟大成就，如袁隆平的杂交水稻、中国荷斯坦牛等，引导学生关注杂交育种在生产实践的作用、认同科学家伟大的科学精神。
同时，引导学生认识杂交育种方法的局限性。如杂交育种的亲本选择一般限制在同种生物范围之内，只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓慢（一般需5年至7年），过程繁琐等。
概念模型建构学习活动3是本节课系列学习活动的“重头戏”。通过“布置学习任务→小组建构活动→展示、互评、总结”等概念模型建构学习环节，创设一种互助合作的学习情境，引导学生应用所学的分离定律和自由组合定律设计杂交育种方案，培养学生自主学习、交流协作、探索创新的能力，将“自主、合作、探究”的教学理念具体化、可操作化。同时强化“科学方法和技能”的教育，重点引导学生体验“提出问题→思考问题→解决（回答）问题”的科学思维过程，训练科学的思维方法、表达方法，提高学生的生物科学素养。
学习活动4：学生阅读教科书第100页有关诱变育种的论述，查看有关诱变育种成果的图片，引导学生讨论诱发基因突变的因素、诱变育种的优点及局限性，由学生写出诱变育种概念模型见图6。
学生通过上述系列的概念模型建构活动，对如何建构育种概念模型积累了一定经验，因此，本活动要求学生独立建构诱变育种概念模型。
以选择育种、杂交育种、诱变育种概念模型见图7，引导学生总结这三种育种方法的原理及其优缺点。
以表1单倍体育种、多倍体育种比较来引导学生复习单倍体育种、多倍体育种的原理、方法及其优缺点。
以图8所示育种原理、方法概念模型作为本节课的总结，并为下一节《基因工程及其应用》打“伏笔”。
通过选择育种、杂交育种、诱变育种概念模型、单倍体育种、多倍体育种比较表及育种原理、方法概念模型强化学生对育种原理、方法的认识，正确理解科学、技术、社会三者之间的相互关系。
四、概念模型建构活动教学反思
《杂交育种与诱变育种》一节的教学，根据课标要求、教学具体内容精心设置了一系列概念模型建构的学习活动，创设一种互助合作的学习环境，为学生应用所学的知识解决育种实际问题搭建了一个平台，激发了学生生物学学习兴趣，有效地落实既定的三维教学目标。同时，授课教师也在此教学过程中践行了有关提高生物科学素养、面向全体学生、倡导探究性学习、注重与现实生活的联系等高中生物课程理念，促进教师以科学研究的视角设计、实施日常的生物课堂教学，对丰富教师的专业知识、提高教学能力、积累教学智慧等具有积极的意义。
在高中生物学概念教学中，通过概念模型建构活动，以问题、任务驱动、引导学生以小组合作学习的方式开展探究学习，有利于学生在解决实际问题的过程中深入理解、应用生物学的基础知识、基本原理，发展科学探究能力，形成正确的情感态度和价值观，提高生物科学素养。