基于智慧农业基地的遗传学实验教学
孙蕾王颖
(1.深圳实验光明学校广东深圳518107)
(2.广东省深圳市光明教育科学研究院广东深圳518107)
《义务教育课程方案(2022年版)》要求“加强课程与劳动生产、社会实践的结合,充分发挥实践的独特育人功能。”为落实课程方案的要求,笔者创建“智慧农业劳动和教学基地”。基地分为粮食、蔬菜、经济作物、中草药四个片区,多样化的植物为相关学科教学提供实践场所。在实践中,笔者整合智慧农业基地的生物资源,将劳动教育与生物学教学相结合,探索初高中生物学教学的衔接,以期达到实践育人的目的。
人教版《生物学·八年级下册》“基因的显性和隐性”一节中,通过介绍孟德尔的豌豆杂交实验,让学生理解基因的显性和隐性。为了降低初中生学习的难度,教材没有介绍“亲本”“自交”等概念,实践发现这些概念是沟通初高中遗传学学习的桥梁。为了促进初高中遗传学的衔接,笔者引导学生利用基地的生物资源设计探究实验,构建“花蕊”“传粉”“受精”“自交”“杂交”等概念,并通过玉米杂交实验探究性状的显性和隐性,促进对“基因的分离定律”的理解,在解决真实问题中培养科学思维和科学方法。
北京师范大学刘恩山教授认为初中生物学教学要“高度关注实践在学生素养发展过程中的重要作用……通过在现实情境中探讨解决真实问题的探究活动或跨学科实践活动,帮助学生加深对生物学概念的理解。”“自交”“杂交”等概念是遗传学重要概念,是学习遗传学的基础,也是教师教学的重点和难点。为了帮助学生构建这些概念,笔者引导学生利用基地的生物资源开展青瓜授粉、花卉解剖等实践探究活动,成功构建“父本”“母本”“自交”“杂交”等重要概念。
人教版《生物学·七年级·上册》第三单元第二章第三节“开花和结果”属于“植物的生活”学习主题,《义务教育生物学课程标准(2022年版)》(以下简称“生物学课标”)对应的内容要求是:构建概念4.1.5“花中最主要的结构是雄蕊和雌蕊,雄蕊产生的精子与雌蕊产生的卵细胞相结合形成受精卵,花经过传粉和受精后形成果实和种子。”教材建议通过解剖一朵桃花理解“花的哪些结构是重要的”和“花的发育”。智慧农业基地有多种开花植物,为了帮助学生构建“花的结构”,教师指导学生在基地观察青瓜、丝瓜、玉米等单性花,同时对比观察小麦、百合花等两性花。学生通过解剖百合花和青瓜的花,认识雄蕊和雌蕊,并在实体显微镜下观察花粉和胚珠,发现其中有生殖细胞,由此得出花的主要结构是雄蕊和雌蕊。
为了提高基地的青瓜、丝瓜和冬瓜等的产量,笔者指导学生开展人工授粉活动,学生利用毛笔对青瓜等进行“传粉”,并对完成人工授粉的花进行挂牌标记,吊牌上写着授粉的实践和操作人。一个星期后,学生挑选柱头凋落的雌花,用解剖刀纵向切开子房,在解剖显微镜下观察胚珠等结构。学生通过解剖活动理解“受精”的概念和植物开花和结果之间的联系。
同时,学生在活动中应思考以下的问题:①对于植物繁衍后代来说,花的哪些结构是最重要的?②在青瓜授粉活动中,提供花粉的是父本还是母本?③接受花粉后,雌花将发育成青瓜的哪些结构?
豆科植物在自然状态下是自花传粉植物,为了探究豌豆“自然状态下是纯种的原因”的奥秘,笔者带领生物兴趣小组在智慧农业基地观察豆科植物的蝶形花冠,并摘取黄豆和豌豆花作为实验材料。学生在解剖显微镜下解剖和观察黄豆花和豌豆花,通过观察豌豆花的花蕊构建“自交”“闭花授粉”的概念,理解豆科植物花的结构与功能相适应。学生在活动中思考以下的问题:①除了黄豆和豌豆,在智慧农业基地你还发现哪些植物具有蝶形花冠?②植物一般在花冠开放露出花蕊后授粉,但摘下豌豆花紧紧闭合的龙骨瓣后,在雌蕊的柱头上发现了黄色的花粉,这说明了什么?③豌豆在自然状态下为什么都是纯种?豌豆做杂交实验材料的有哪些优点。
生物学课标建议开展“植物栽培活动”等跨学科实践活动。人教版《生物学·七年级·上册》教科书建议开展玉米人工辅助授粉,让学生在实践中领悟传粉和结果等重要生命过程。玉米是雌雄同株异花的植物,学习小组在天台基地用放大镜观察玉米花,顶端的花是雄花,玉米茎中间部位的是雌花,胡须状的是雌花的花柱和柱头。接着,学生取纸袋套住玉米的雄蕊,轻轻摇动玉米茎秆,收集花粉,将收集好的花粉,倒在雌蕊的柱头上。学生在活动中思考,为同株和不同株的玉米授粉,授粉方式相同吗?至此,学生可以彻底地区别“自交”和“杂交”。此外,学生通过豌豆杂交活动巩固对“杂交”的理解。
已知玉米植株能进行自交和杂交,基地的玉米有白色和黄色2种,为了探究玉米籽粒颜色的显隐性,笔者指导学习小组设计如下遗传实验方案(表1),将纯种白色玉米和纯种黄色玉米间种,所结种子为子一代。玉米种植3个月后结出果实,学生观察和统计玉米植株上子一代的种子的颜色。结果基地的白玉米植株上既有白玉米种子也有黄玉米种子,而黄玉