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。

1 依托授粉解剖活动,构建遗传学重要概念

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。

1.1 借助青瓜授粉活动,区分“父本”和“母本”

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?

1.2 依托花卉解剖实验,理解“自交”和“杂交”

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。

2 借助植物杂交实验,探究生物遗传的规律

2.1 探究玉米籽粒颜色的显隐性

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,而黄玉米植株上没有白玉米种子,说明白色是隐性性状,黄色是显性性状。看到白玉米植株上有黄色和白色玉米种子,学习小组提出新问题“子一代黄玉米种子中控制白色性状的基因是否消失了?”

表1 探究玉米籽粒颜色的显隐性实验方案

2.2 探究玉米隐性基因是否消失

为探究“黄玉米种子中控制白色性状的基因是否消失”。笔者将白玉米植株的子一代黄色玉米种子作为实验材料,引导学生设计实验方案和预测实验结果(表2)。学习小组观察并统计子二代玉米种子的颜色和数量,结果子二代玉米种子有黄色和白色,学生利用Excel 统计实验数据,发现黄色和白色玉米种子数量比约为3∶1。学生应用孟德尔遗传规律解释实验结果,最后得出实验结论:控制白色性状的基因没有消失。

表2 探究玉米控制白色性状的基因是否消失实验方案

3 基于智慧农业基地的遗传实验教学优势分析

3.1 借助丰富的植物资源,保障实验材料供应

选择合适的实验材料是实验成功的前提,豌豆、玉米是常见的遗传学实验材料,孟德尔曾经用豌豆、玉米等探究遗传规律。由此,笔者将劳动教育与生物实验教学相融合,在智慧农业基地的种植玉米、豌豆等农作物,供学生探究植物遗传的奥秘。为了保障实验材料与实验教学计划同步,查阅资料了解玉米、豌豆的生长周期,并结合学期教学计划规划玉米等植物的种植方案,如让青瓜、丝瓜的花期与“植物的开花与结果”教学同步,玉米和豌豆生长契合“基因的显性与隐性”教学。

3.2 提供真实的科研情境,提高科学探究素养

科学探究是学习生物学的重要方式,探究实践是创新型人才的重要标志。教师让学生像科学家一样去探究实践,如探究豌豆为什么是遗传学的好材料,探究玉米种子颜色的遗传规律等。教师让学生通过“做中学”“用中学”“创中学”理解遗传的规律,在解决真实问题中培养科学思维和科学方法,逐渐提升生物学核心素养。孟德尔用了8年时间研究遗传的规律,学生在真实的科研情境中体会科学研究的艰辛,学习其坚持不懈、迎难而上的科学精神。

3.3 巧用信息技术手段,助力实验探究开展

受课时和场地的限制,无法满足全体学生参与活动的全程,学习小组只能派代表去天台观察和记录杂交后植物的生长状况。为了满足全体学生的学习需求,教师借助智慧农业基地的监控系统,调控监控系统拍摄和记录参与实验的植物生长,如摄像头聚焦拍摄玉米雌花受精后发育状况,教师将监控视频进行编辑发送到家长群,让家长和学生了解实验进展,以此鼓励家长参与学生的实验。此外,该实验视频也成为“植物的生长”的教学资源。

4 教学反思

开展植物遗传学实验需要专门的种植场地,对实验植物进行田间管理,我校满足开展实验教学的条件。笔者查阅资料发现,豌豆、玉米等是孟德尔研究遗传规律的实验材料,将劳动教育与生物实验教学相融合,指导学生像孟德尔等科学家一样开展实验探究,在解决真实问题中切实地提高生物学学科素养。学生在初中阶段理解“亲本”“自交”等遗传概念,可以有效地衔接初高中遗传学的学习,帮助学生突破高中遗传学学习的难点,提高学生科学思维能力。

因为首次探索植物遗传学实验,本课例的实践有诸多不足。本课例中所有的实验材料均由教师来选择,不利于激发学生主动学习,可以优化为由学生寻找合适的实验材料。教师没有充分考虑实验植物的生长周期,玉米从授粉到完熟大概需要45—50 天,玉米杂交实验不能在遗传学教学期间完成。教师可以按照玉米杂交实验方案,提前准备好两片玉米地,一片玉米正处于花期可以用于人工授粉活动,另一片杂交实验成熟的玉米用于实验结果的统计。高中生物教材以豌豆为例,总结其作为实验材料的诸多优点,启发笔者,本次实验以玉米为例,教师可以指导学习小组总结其作为遗传实验材料的优势。

跨学科主题学习是培育学生核心素养的必要途径,是强化课程协同育人的必要手段,形成深层知识理解的必要环节。由此启发,教师探索劳动教育与生物学跨学科主题学习,将劳动和生物教学有机融合。如将为玉米施肥和授粉活动结合起来,玉米秋收活动结束后进行杂交实验结果统计,这样的设计既可以节约课时和人力成本,也可以发挥学科间综合育人功能,提高实践育人的效果。