謝雪錦

摘要 以“雜交育種與誘變育種”課堂教學(xué)實踐為案例，闡述STEM教育理念下的高中生物項目“設(shè)計“搭載活體蝶蛹”實驗方案”導(dǎo)學(xué)模式，通過項目問題的解決，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，激活思維融合的潛能，提升高中生的生物學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 STEM教育 高中生物項目導(dǎo)學(xué) 教學(xué)實踐

中圖分類號 G633.91

文獻標(biāo)志碼 B

高中生物項目導(dǎo)學(xué)指圍繞某個高中生物知識或高中生物核心概念、實驗過程或教學(xué)環(huán)節(jié)，以新情境下的項目活動來引導(dǎo)，學(xué)生在完成項目任務(wù)的實踐過程中綜合運用已學(xué)知識，學(xué)習(xí)掌握相關(guān)高中生物知識、理解生命現(xiàn)象和規(guī)律，將高中生物知識由感性認識上升到理性認知，構(gòu)建系統(tǒng)性、工程化的生物學(xué)概念的一種教學(xué)方式。

筆者在教授人教版高中生物《必修2·遺傳與進化》第六章第一節(jié)“雜交育種與誘變育種”課堂教學(xué)中，結(jié)合“太空微重力環(huán)境下”空間站試驗載荷約束條件的創(chuàng)意科學(xué)實驗方案項目，設(shè)計了“搭載活體蝶蛹”實驗方案，嘗試以STEM教育，整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的理念，在復(fù)雜的項目情境中，以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)工具，利用生物學(xué)相關(guān)技術(shù)，通過項目問題的解決認知生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律，充分體現(xiàn)STEM教育的情境性和實踐性，構(gòu)建系統(tǒng)性的工程化的高中生物知識框架和高中生物模型體系，在項目導(dǎo)學(xué)實踐活動中提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，增強學(xué)習(xí)的積極性、主動性，系統(tǒng)地提高學(xué)生的各項能力，提升高中學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1創(chuàng)設(shè)情境、確定目標(biāo)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中課程目標(biāo)的要求是，學(xué)生能樹立生命觀念，形成科學(xué)思維的習(xí)慣，掌握科學(xué)探究的思路和方法，善于從實踐的層面探討或嘗試解決現(xiàn)實生活問題：具有開展生物學(xué)實踐活動的意愿和社會責(zé)任感，能綜合運用所學(xué)生物學(xué)知識及掌握生物學(xué)基本技能，創(chuàng)新性地解決生活及社會生產(chǎn)實際情境中的問題。STEM教育也正是在新情境下解決具體問題，二者皆有情境性特征。

高中生物項目導(dǎo)學(xué)首先要確定核心素養(yǎng)目標(biāo)，再進一步細化項目導(dǎo)學(xué)目標(biāo)，圍繞不同的項目目標(biāo)創(chuàng)設(shè)對應(yīng)的教學(xué)情境，思考如何在達成目標(biāo)的情境中鍛煉或培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)的生物學(xué)素養(yǎng)。

“搭載活體蝶蛹”方案設(shè)計項目活動主要從方案設(shè)計和育種知識的學(xué)習(xí)圍繞STEM四個方面進行目標(biāo)設(shè)置，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1科學(xué)性目標(biāo)：了解雜交育種與誘變育種的概念，理解雜交育種方法的優(yōu)點和不足等知識。

2技術(shù)性目標(biāo)：舉例闡述雜交育種與誘變育種技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，掌握遺傳和變異規(guī)律在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用。

3工程性目標(biāo)：雜交育種與誘變育種知識體系模型構(gòu)建與空間站搭載蝶蛹實驗方案設(shè)計處理。

4數(shù)學(xué)性目標(biāo)：搭載實驗方案設(shè)計蝴蝶雜交實驗遺傳比例、化蝶成功率等的測算。

2導(dǎo)學(xué)實踐、構(gòu)建體系

確立項目目標(biāo)后，教師要思考：達成相應(yīng)目標(biāo)需要解決什么問題？解決這些問題已具備哪些知識？還需學(xué)習(xí)哪些新的知識？這些知識對應(yīng)的情境如何設(shè)計？通過怎樣方式獲得并得到鞏固？如何促使學(xué)生的思維與能力得到提升？這些是項目導(dǎo)學(xué)實踐的基礎(chǔ)。

本案例主要通過四個項目活動，完成導(dǎo)學(xué)實踐。

2.1項目活動一：巧獲蝶蛹

2.1.1課前學(xué)習(xí)指導(dǎo)，準(zhǔn)備資料

教師介紹搜集資料的途徑，引導(dǎo)學(xué)生搜集育種事例，從遺傳和變異角度了解我國育種實踐方面知識，初步認識遺傳和變異原理在生產(chǎn)實踐上的應(yīng)用。

2.1.2課上引發(fā)回憶，導(dǎo)入新課

教師啟發(fā)學(xué)生復(fù)習(xí)、回顧前面已學(xué)習(xí)的遺傳和變異知識，接著提供學(xué)習(xí)資料：生物群體在沒有自然選擇作用下，一般是顯性個體數(shù)多于隱性個體數(shù)?，F(xiàn)有綠眼、紫翅蝴蝶與白眼、黃翅蝴蝶親本，已知綠眼、黃翅更適應(yīng)失重環(huán)境，且蝴蝶的綠眼和紫翅是顯性性狀，白眼和黃翅是隱性性狀。同時，提出問題：

1選擇育種中“選擇”的定義是什么？2選擇育種有哪些優(yōu)點和不足？3搭載實驗方案設(shè)計中如何選育相應(yīng)的品種

（蝶蛹）？依據(jù)的遺傳學(xué)原理是什么？為了實現(xiàn)選育目標(biāo)，應(yīng)如何操作？

學(xué)生小組交流、討論，教師引導(dǎo)學(xué)生代表上臺介紹說明，進一步啟發(fā)學(xué)生間的質(zhì)疑、互動、交流，使學(xué)生逐步理解雜交育種概念，完成育種方案，形成共識。

教師繼續(xù)追問：利用雜交育種獲得能穩(wěn)定遺傳的純合子蝶蛹至少需要多少年的時間？師生共同分析，得出雜交育種獲得穩(wěn)定遺傳的純合子的結(jié)論。

2.2項目活動二：巧護蝶蛹

了解了蝴蝶的育種方案后，思考方案中需將蝶蛹送入太空應(yīng)如何保護，由小組匯報選擇的蝶蛹處理方案。教師啟發(fā)學(xué)生從生物學(xué)角度，如溫度、濕度、雜交類型等;或者從材料選擇角度，如經(jīng)濟性及適合太空運行的材質(zhì)、包裹方式的選擇與設(shè)計等;或者從工程學(xué)角度，如整體協(xié)調(diào)性、考慮包裝的重量、水電等需求等進行設(shè)計，增加知識的融合思考和思維的綜合性培養(yǎng)。

2.3項目活動三：深究護蛹原理

教師追問：蝶蛹處理方式的考慮因素主要是什么？并引導(dǎo)學(xué)生思考得出：蝶蛹運送到太空中可能受到輻射、失重等影響的原因。教師順利拋出誘變育種的話題，引入誘變育種的探究活動，引導(dǎo)學(xué)生分析誘變育種的影響因素，歸納誘變育種包括物理因素和化學(xué)因素兩種方法，學(xué)習(xí)我國在農(nóng)作物誘變育種方面取得的成果，適時進行愛國主義思想教育。

2.4項目活動四：構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)教師進一步設(shè)置探究活動：現(xiàn)有純系綠眼黃翅和白眼紫翅蝴蝶品種，其中綠眼（Y）對白眼（y）是顯性，紫翅（R）對黃翅（r）是顯性，根據(jù)空間站搭載活體蝶蛹的需要，如何利用這兩種親本從中選育純合綠眼紫翅蝶蛹。學(xué)生結(jié)合雜交育種的概念、雜交育種的優(yōu)缺點展開思考，用遺傳圖解表示并用文字、箭頭等簡要歸納總結(jié)雜交育種的流程圖（圖1）。

教師檢查，評析書寫過程和結(jié)果，進一步構(gòu)建本項目相關(guān)的知識網(wǎng)絡(luò)。師生共同分析聯(lián)系基因突變的特點。教師指導(dǎo)學(xué)生說出誘變育種的局限性并說明克服這一局限性采取的辦法。

2.5項目活動五：完成方案

通過前期四個項目活動，教師引導(dǎo)學(xué)生在課后復(fù)習(xí)本項目的相關(guān)知識，完善形成完整的搭載實驗設(shè)計方案。

3反饋評價、達成目標(biāo)

學(xué)生在順利完成相應(yīng)的活動目標(biāo)后，教師引導(dǎo)學(xué)生拓展學(xué)習(xí)，進一步學(xué)習(xí)掌握本項目的相關(guān)學(xué)科知識，提升高中學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.1評價反饋

教師提供本節(jié)課的導(dǎo)學(xué)案，組織學(xué)生完成課堂小結(jié)，及時予以反饋、對本節(jié)的學(xué)習(xí)進行互動交流評價，對幾種育種方法展開比較，總結(jié)雜交育種與誘變育種的原理與優(yōu)缺點。

3.2拓展延伸

教師組織學(xué)生課后學(xué)習(xí)美國太空蝴蝶資料：美國宇航局第一批進入太空的帝王斑蝶幼蟲變成蛹后，于2009年11月30日在國際空間站上變成蝴蝶。學(xué)生在課后探究比較蝶蛹進入太空后與自然狀態(tài)下的孵化情況、蛹孵化后獲得的孵化率、制作完成孵化率數(shù)據(jù)曲線圖，提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)，更好理解誘變育種等;開展實驗研究，對蝶蛹返回地球后的變化進行定量和定性實驗。另外，要求學(xué)生利用課后學(xué)習(xí)袁隆平雜交水稻的育種的相關(guān)成就，提升學(xué)生的愛國情懷。

參考文獻：

石進德.項目導(dǎo)學(xué)在“酶本質(zhì)的探索”科學(xué)史中的教學(xué)實踐[J].生物學(xué)教學(xué)，2019，44（1）：29-31.