基于UIRDE教学模式的科学教育尝试--杂交育种与诱变育种教学设计_诱变育种论文

基于UIRDE教学模式的科学教育尝试——“杂交育种与诱变育种”的教学设计，本文主要内容关键词为：杂交育种论文,教学设计论文,教学模式论文,科学论文,UIRDE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。

      一、UIRDE教学模式

      UIRDE教学模式具体由5个教学组织阶段构成，分别是理解问题（understand）、探究（inquiry）、查阅资料（read）、设计与构建（design）和解释与建议（explanation）[1]。

      

      ①理解：学生针对明确的目标问题展开分析，理解问题所涉及的知识与技能，整理已知内容和需要学习的内容。

      ②探究：细化目标问题，动手实验或设计探究计划。

      ③查阅：查阅相关资料，对探究方案的设计寻求相关知识的支撑。（可与上一环节灵活调换）

      ④设计：构建解决问题的模型，并对过程进行优化。

      ⑤解释：形成对目标问题的解释并对问题解决提出新的建议和想法。

      二、教学分析

      1.知识梳理

      “杂交育种与诱变育种”位于人教版高中生物学必修2第6章第1节。必修2模块的整体编写遵循遗传学发展史，为保证遗传科学史主干的清晰，相关知识和原理的应用部分主要集中在第6章介绍。教材递进式地介绍育种发展历程，说明超越已有技术的局限是育种不断完善与发展的原因和动力。

      

      2.教学目标

      ①知识目标：简述杂交育种概念；举例说出诱变育种在生产中的应用；比较不同育种方式的优点、局限。

      ②能力目标：搜集我国在育种实践方面的典型事例，分析其遗传学规律；定量分析，推测育种年限，合作探究设计育种过程，探讨方案、评价和完善；模拟育种的具体操作流程；灵活准确运用相应育种方法分析解决具体问题。

      ③情感态度与价值观目标：认同科技发展历程中，科学、技术、工程、数学知识的互动对生产、生活的推动；体验育种工作者锲而不舍、执著追求的科学态度；认同人类对科学技术的认识是不断深化、不断完善的过程。

      3.重点与难点

      本节内容的编写意图为进一步了解遗传学原理在育种中的应用，因此确定重、难点如下。

      ①重点：杂交育种选育模型的构建及数据分析。

      ②难点：不同育种方式的优点、局限及联系；（植物）杂交育种模型的构建。

      三、教材处理

      盘锦大米是辽宁特产，杂交水稻又是中国育种实践的里程碑，因此本节课选择了水稻育种作为问题解决的情境贯穿教学始终；同时，本设计致力于将育种方式按问题情境从新的维度进行归纳、整合，驱动学生参与解决问题的过程，理清知识的层次性，将实际问题转化为教材中的生物学问题和模型，梳理隐藏在教材中的重要原理及知识间的联系。

      四、教学过程

      1.杂交育种

      （1）理解阶段

      教师展示问题情境：盘锦大米品牌“洼晶”，是以抗病“丰锦”和糯性“辽粳”品种水稻育种加工而成。

      案例1：育种专家利用抗病非糯性（BBDD）“丰锦”和不抗病糯性（bbdd）“辽粳”植株获得抗病糯性（BBdd）“洼晶”品种。问题：获得抗病糯性品种的方法及对应的遗传学原理是什么？

      学生联系已有经验和体验，回忆遗传学原理；借助情境，复习旧知，预热遗传学基本规律，领悟杂交育种的一般方法。

      （2）查阅阶段

      过渡：现代育种技术科学规范，而之前的人们如何进行水稻育种？展示资料：最初野生水稻生长在深水中，稻秆较高是有利的。在浅水中种植水稻时，偶然发现矮秆水稻，其在浅水中的抗倒伏性能更好，因此有意选择矮秆水稻单独种植，选育出矮秆品种。

      问题1：选择育种中“选择”的含义是什么？此育种方式存在哪些不足？

      过渡：通过分析选择育种的局限，人们运用遗传变异原理在实践中逐渐摸索出育种的新方法——杂交育种。

      问题2：结合案例1，说出杂交育种的目的、原理、变异原因、发生时期、使用范围是什么？

      问题3：简洁并力求准确地归纳杂交育种概念。

      学生活动：①课前利用教材、报刊、网络，搜集我国在杂交育种实践方面的典型事例，提取信息，分析其遗传学原理。②汇总、筛选、分类；课堂交流，按植物、动物等领域分别展示汇报。③分析、落实、归纳、精炼表达。

      在理解的基础上，通过充足的实例帮助学生归纳概念，促进新概念的习得，有利于学生最终建立概念体系。梳理相关内容，为下一阶段探究进行知识准备。通过小微科学写作形式促进学生对概念的深入思考。

      （3）探究阶段

      展示案例：水稻是雌雄同株、自花传粉植物，具有多对相对性状。

      案例1：利用纯种的抗病非糯性（BBDD）和不抗病糯性（bbdd）植株获得抗病糯性（BBdd）品种。

      案例2：利用纯种的糯性高茎（ddEE）和非糯性矮茎（DDee）植株获得糯性矮茎（ddee）品种。

      案例3：利用纯种的大穗不抗病（CCbb）和小穗抗病（ccBB）植株获得大穗抗病（CCBB）品种。

      选育理想性状不同，育种年限不同。问题1：结合遗传图解，计算案例1～3中，劣汰留良后的理想表型中纯合子所占的比例；通过估算，对3种育种年限长短进行排序。

      问题2：总结植物杂交育种的选育模型。补充说明：水稻的高产性状，往往通过杂种优势获得（不需要获得纯种，后代易出现性状分离，需年年制种），其他抗病、抗倒伏等性状则需要纯种。此外，应用于生产的育种品种往往需要多亲本、多代选育完成[2]。

      

      设计意图：以上案例三位一体，分别展示了育种实践中的3种类型，即一显一隐（案例1）、双隐（案例2）、双显（案例3）。基于遗传学规律的数学计算（建议至少计算2代），寻求育种年限排序的证据。使学生对育种进程由感性认识上升为理性分析，最终归纳概括一般规律。

      （4）设计阶段

      问题1：结合案例1，小组讨论，设计杂交育种具体操作步骤：

      

      ④将(

)种子种植，重复上一步骤，直至后代不再出现性状分离为止。

      详细说明育种具体操作步骤，对学生是很好的思维训练。水到渠成的情境创设，利用充分的思维空间落实重、难点，对培养学生动手实践能力有积极作用，也是对缺少实验实践条件的学校教学的有益补充。

      （5）解释阶段

      问题1：说明杂交育种方法的优点与局限。

      展示资料：2014年9月，安徽万亩超级稻“两优0293”水稻出现绝收或减产。绝收或减产属于典型的“穗颈瘟”危害，“两优0293”品种的最大优点是高产、抗倒伏，但其致命弱点是极低的稻瘟病抗性。

      过渡：是否有新的育种方式，能大幅诱发基因突变，产生抗病基因，进而提高超级稻的抗病能力？

      具体案例给予学生思维支架，使得“局限性”的获得顺理成章，有效突破本节难点；同时，教学环节过渡至诱变育种部分。

      2.诱变育种

      （1）理解阶段

      问题1：上述资料“不抗病性状”变为“抗病性状”，属于生物变异中的哪种类型？

      问题2：说出诱变育种的目的、原理、发生时期、使用范围。

      问题3：使用物理或化学因素诱导培育不抗病水稻，一定能获得抗病水稻品种吗？

      （2）查阅阶段

      学生：课前搜集诱变育种的典型事例，课堂进行交流，展示汇报。

      过渡：广东省农科院通过

射线改良“矮梅早3号”水稻品种，使其获得“高抗稻瘟病、白叶枯病”性状[3]。“两优0293”的抗病改良也会因学生未来的科研创新而指日可待！

      通过实例驱动学生认同育种是不断完善进步的过程，增强科学技术与生活的联系，激发学生终身学习的愿望。

      （3）探究阶段

      展示资料：太空诱变具有变异幅度大、变异频率高、有利变异多等特点，是传统诱变育种技术的有效补充。哈尔滨工业大学利用JB-1号返回式卫星搭载水稻种子进行太空诱变，其中，突变体抗穗瘟有优于原种的，也有比原种更易感病的，同时也出现既抗穗瘟也抗叶瘟的。有利突变体品系的建立还在进一步培育过程中[4]。

      过渡：人工诱变相比于自发突变的确可提高突变频率，然而提高的幅度却出人意料，不是1万倍、10万倍，而仅有100倍左右。由于高等生物生殖细胞的结构特点，使得如紫外线仅有30%可以穿透水稻花粉壁，同时由于突变的不定向性，使得有利突变的获得需要通过大量处理供试材料的方式弥补。

      问题1：结合基因突变特点，说出诱变育种的优点及局限。

      问题2：稻穗结实粒数增多、粒重增加是水稻诱变育种过程中发现的两大有利变异，利用已学遗传学原理，如何判断变异性状的显、隐性关系。

      问题3：假如粒数增多属隐性突变（等位基因表示为M、m），粒重增加属显性突变（N、n），现有经诱变获得的纯种结实粒多、粒重低植株（mmnn）和结实粒少、粒重高植株（MMNN），如何获得结实粒多、粒重高（mmNN）的品种？小组讨论所有可选择的育种方式并比较优、缺点。

      问题4：什么育种方式可使水稻茎秆粗壮、籽粒蛋白质含量显著增多？

      学生进行小组讨论、展示：①杂交育种获得mmNN，操作技术简单、育种缓慢。②杂交获得mN花粉，单倍体育种；需与杂交育种相结合，操作技术要求较高、可显著缩短育种年限。③多倍体育种增加籽粒蛋白质含量；但多倍体个体存在发育延迟，结实率低等不足。

      （4）设计阶段

      问题1：结合上一环节问题3，按照所选择的育种方式设计具体操作步骤。（具体步骤略）

      （5）解释阶段

      问题1：总结杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种的优、缺点及相互联系。

      展示图片：袁隆平“禾下乘凉梦”。80岁的袁隆平院士一直有个愿望：梦想有一天水稻长得比大树还高，稻穗比扫把还长，稻谷像花生那样大，烈日下能与助手们坐在稻穗下乘凉。展示2004年“感动中国”年度人物颁奖词：“他毕生的梦想，就是让所有的人远离饥饿。喜看稻菽千重浪，最是风流袁隆平！”

      问题2：跨越物种界限，让水稻获得大树般健壮的基因是否能够实现？

      学生通过感悟、感动、思考，感受育种工作者矢志不渝的优秀品质及悲天悯人的崇高情怀。帮助学生了解相关职业和学习方向。开放式问题，为下一节“基因工程”的学习做好铺垫。

      五、教学反思

      ①课时安排：本节涉及多个案例资料及学生活动，因此，课时安排上第1课时宜以杂交育种的教学推进为主体；诱变育种教学思路与杂交育种相似，可采用印发学案、课堂限时完成或布置课后作业形式进行。第2课时核对学案或作业。对4种育种方法的比较总结亦可采用课后作业的形式落实。

      ②本节教学设计以水稻“育种技术的发展递进历程”作为逻辑主线组织教学内容。随着不同育种方法优点与不足的顺势揭示，学生在“发现问题—解决问题”的认知过程中构建概念体系，并学以致用。

      ③知识、能力、情感态度与价值观3个维度的目标在教学中作为有机整体，不同教学章节侧重点各有不同，本节内容是落实“科学、技术、社会”价值观教育的典范，但需要通过挖掘、整合并丰富教育资源得以突出和显化。因此，本设计在随着逻辑主线推动的同时，引导学生认同每种育种技术都是在科学发展、科技进步的基础上建立完善起来的，同时现有育种技术依然在继续发展过程之中；而在此过程中科学家的育种成果都在推动社会进步并影响着国计民生，丰富完善了学生的世界观和价值观。

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