“豌豆的生殖、發(fā)育與遺傳”單元式復(fù)習(xí)教學(xué)

劉曉燕 李建芝

（北京師范大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100052）

核心素養(yǎng)是學(xué)生為了適應(yīng)社會發(fā)展需求和個人成長需要所必備的能力。初中生物學(xué)教學(xué)過程中落實(shí)核心素養(yǎng)，就是引導(dǎo)學(xué)生樹立生命觀念，培養(yǎng)學(xué)生理性思維，發(fā)展科學(xué)探究能力，增強(qiáng)社會責(zé)任感。

單元式教學(xué)強(qiáng)調(diào)教學(xué)超越具體的、孤立的知識點(diǎn)，追求整體的、結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。教學(xué)單元可以是教材中的一個完整章節(jié)，也可突破教材的固有設(shè)定，選擇跨章節(jié)、跨模塊的內(nèi)容進(jìn)行單元重組[1]。以“豌豆的生殖、發(fā)育與遺傳”為例，展示基于核心素養(yǎng)的初中生物學(xué)單元式復(fù)習(xí)。

1 教學(xué)內(nèi)容分析

“生物的生殖、發(fā)育和遺傳”是課程標(biāo)準(zhǔn)確定的十大主題之一，三者密不可分。生命的延續(xù)和發(fā)展依托于生殖和發(fā)育，而遺傳就伴隨在生殖發(fā)育的過程中。該主題難度大，是中考的“重頭戲”，有必要在復(fù)習(xí)課做一次完整回顧（圖1）。豌豆是遺傳學(xué)經(jīng)典材料，以此為“抓手”不僅可復(fù)習(xí)遺傳部分，還可串起植物生殖、發(fā)育部分的內(nèi)容。

圖1 單元概念結(jié)構(gòu)

2 學(xué)情分析

學(xué)生已初步掌握花的結(jié)構(gòu)、種子和果實(shí)的形成，認(rèn)識到基因與性狀的關(guān)系，對遺傳學(xué)試題能進(jìn)行簡單的計算。但學(xué)生對于這些概念之間的聯(lián)系缺乏系統(tǒng)化的認(rèn)知。從解題能力的角度分析，學(xué)生對于生物學(xué)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理缺乏深度理解，無法運(yùn)用所學(xué)知識解決新情境中的問題。此外，由于是復(fù)習(xí)課，學(xué)生對相關(guān)知識缺乏興趣，容易出現(xiàn)倦怠現(xiàn)象，這就要求教師重新組織教學(xué)內(nèi)容和材料，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）形成生命觀念：說出豌豆的生殖和發(fā)育過程，初步形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)等生命觀念。

2）發(fā)展科學(xué)思維：能基于事實(shí)、實(shí)驗(yàn)或理論證據(jù)對豌豆生殖、發(fā)育與遺傳中的相關(guān)問題進(jìn)行分析，嘗試運(yùn)用科學(xué)的思維方法展開討論和判斷。

3）體驗(yàn)科學(xué)探究：針對育種實(shí)踐的需求，對給定的育種方案能正確地評判并提出科學(xué)的方案。

4）增強(qiáng)社會責(zé)任感：認(rèn)同作物育種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展中的重要作用，關(guān)注生物技術(shù)的發(fā)展。

4 教學(xué)過程

4.1 引入 學(xué)生對豌豆的認(rèn)識停留在教材上孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，對自己研究豌豆感到新奇。用3個問題點(diǎn)明本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。問題1：豌豆是遺傳學(xué)的“小明星”，現(xiàn)在學(xué)校生物園中的豌豆開花了，你是否觀察過豌豆花？問題2：你是否研究過豌豆果實(shí)？問題3：你是否關(guān)注過豌豆的病蟲害？

4.2 豌豆的生殖、發(fā)育 教師將采摘的豌豆花和豆莢分發(fā)給學(xué)生，要求觀察豌豆花的特點(diǎn)（圖2），分析豌豆花和豆莢之間的關(guān)系，在觀察實(shí)物的基礎(chǔ)上，完成學(xué)案任務(wù)1。

圖2 豌豆花和果實(shí)結(jié)構(gòu)圖

任務(wù)1：豌豆的有性生殖。

1）觀察一朵完整的豌豆花，發(fā)現(xiàn)豌豆花開放時，花瓣____（打開/未打開）；輕輕去掉花瓣，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)雌蕊花柱彎曲，柱頭便于接觸到花藥，這些特征利于豌豆的 ____ （自花/異花）受粉。

2）打開一個豆莢，觀察種子的數(shù)量及發(fā)育情況。請你推測發(fā)育為該果實(shí)的子房中至少有____個胚珠，推測種子未發(fā)育（或發(fā)育不好）的原因可能是 ____________。

答案：1）未打開；自花；2）7；未傳粉、未受精或營養(yǎng)不足。

生命觀念是生物學(xué)所特有的核心素養(yǎng)，在中考中也屢屢出現(xiàn)。例如，2019年北京市中考第9題和第18題分別基于人體的呼吸系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)相關(guān)知識，以肺內(nèi)氣體交換和腎單位的重吸收過程為例，考查考生應(yīng)用“結(jié)構(gòu)與功能觀”解釋生命現(xiàn)象。實(shí)際教學(xué)中很多教師對生命觀念重視不足，習(xí)慣于用“死物（圖片）”代替“活物（標(biāo)本、實(shí)物）”，學(xué)生缺乏直觀體驗(yàn)，不利于樹立生命觀念。

大多數(shù)學(xué)生只見過豌豆花的圖片，沒有觀察過實(shí)物。筆者將豌豆花實(shí)物帶進(jìn)課堂，讓學(xué)生親身接觸“活物”，學(xué)生將獲得深刻的印象和感性認(rèn)知。為了讓學(xué)生獲得全方位的體驗(yàn)，教師可提示學(xué)生“看”花瓣的形狀和排列、雌蕊與雄蕊的位置關(guān)系、柱頭與花藥位置關(guān)系，“摸”雌蕊的髯毛、花粉。通過浸入式體驗(yàn)，學(xué)生可真切感悟生命的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。

教材以桃花為例介紹植物的生殖、發(fā)育，現(xiàn)在換成豌豆花，材料的不同使學(xué)生對復(fù)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生興趣。此外，桃花是1個子房1個胚珠，而豌豆是1個子房多個胚珠。學(xué)生需要“溫故”才能“知新”，增強(qiáng)了知識的遷移能力。問題“推測種子未發(fā)育（或發(fā)育不好）的原因”既貼近生活又具有開放性，學(xué)生容易想到未受精，教師可適當(dāng)提示種子發(fā)育與營養(yǎng)有關(guān)。此問題既復(fù)習(xí)了植物的發(fā)育，又引出了后面的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。

4.3 豌豆的遺傳 教師分發(fā)圓粒豌豆、皺粒豌豆及由營養(yǎng)不良造成的“凹陷”豌豆。提問：由于營養(yǎng)不足可導(dǎo)致種子出現(xiàn)凹陷，有點(diǎn)像皺粒。如何區(qū)分是營養(yǎng)原因還是遺傳物質(zhì)導(dǎo)致的皺粒？完成學(xué)案任務(wù)2。

任務(wù)2：1）完成實(shí)驗(yàn)方案：

圖3 雜交實(shí)驗(yàn)方案

2）分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

根據(jù)表1第___組數(shù)據(jù)可知豌豆皺粒是___ （填“顯性”或“隱性”）性狀。用S、s表示控制種子形狀的基因，第Ⅱ組子代皺粒的基因組成___ ，皺粒基因來自___（1個/2個）親本，故第Ⅱ組親本的基因型為___。

表1 多組雜交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

3）皺粒形成的原因：

①由圖4可知，豌豆體細(xì)胞中共有___條染色體，基因位于染色體上，基因是有遺傳效應(yīng)的___片段。

圖4 皺粒形成原因示意圖

②S基因的改變使種子內(nèi)___減少。種子皺縮，這一事實(shí)說明___控制生物的性狀。

答案：1）①圓粒；皺粒；③全是圓粒；圓粒；全是皺粒；皺粒；2）Ⅱ、Ⅲ組；隱性；ss；2；Ss；3）①14；DNA；②支鏈淀粉含量；基因。

此環(huán)節(jié)通過討論皺粒形成的原因，復(fù)習(xí)生物的遺傳及基因控制性狀，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力及科學(xué)思維。教學(xué)設(shè)計遵循人類認(rèn)識事物的一般規(guī)律，即由種子表面凹凸不平現(xiàn)象逐步深入到本質(zhì)，什么原因?qū)е掳櫫５漠a(chǎn)生？由環(huán)境因素引起還是由遺傳物質(zhì)控制？學(xué)生提出通過觀察后代判斷皺粒產(chǎn)生原因，這是因?yàn)榄h(huán)境原因引起的“皺”大概率不會遺傳給后代，而遺傳物質(zhì)改變引起的“皺”則可通過基因傳遞給后代，因此，可通過種植、觀察后代表現(xiàn)判斷“皺”產(chǎn)生的原因。若是由基因控制，通過雜交實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可判斷性狀的顯、隱性，分析皺粒基因如何發(fā)揮作用，層層推進(jìn)，使學(xué)生形成一個完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

第1小題著重考查學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)、依據(jù)基因的傳遞規(guī)律預(yù)測結(jié)果的能力。第2小題從雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的角度考查學(xué)生的邏輯推理能力。第3小題從“染色體、DNA、基因、性狀的關(guān)系”角度考查獲取圖文信息的能力及對概念內(nèi)涵的理解，通過此小題可深化學(xué)生對基因與性狀表達(dá)之間關(guān)系的理解。

4.4 豌豆的育種 在栽培豌豆的過程中，學(xué)生遇到了各種困難，其中之一就是蟲害。出示豌豆象（Bruchus pisorum）及其在世界范圍內(nèi)的分布圖片。完成學(xué)案任務(wù)3。

任務(wù)3：閱讀資料，回答問題。

豌豆象是一種世界范圍內(nèi)的豌豆害蟲。成蟲將卵產(chǎn)在豌豆葉或豆莢里，危害表現(xiàn)為幼蟲時期蛀食豌豆子葉，成蟲時期食用葉片、豆莢,危害時間長，防治十分困難。

目前，豌豆象在世界范圍內(nèi)唯一有效的防治方法是在田間噴施殺蟲劑和儲藏期用化學(xué)藥劑熏蒸，且需多次施藥，因此，對環(huán)境的污染嚴(yán)重。能否培育抗豌豆象的品種？

科研人員研究了分布在不同區(qū)域的野生豌豆。野生豌豆雖與栽培豌豆是同一種生物，但性狀差別很大，例如，葉片、種子更小，豆莢更厚且成熟后易開裂。人們經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)豌豆象在某些野生豌豆豆莢上產(chǎn)卵后，會刺激該豌豆莢在產(chǎn)卵位置生長出瘤狀突起，對豌豆象卵進(jìn)行包裹，從而導(dǎo)致產(chǎn)在瘤狀物上的豌豆象卵無法侵入豆莢，并在一定時間后隨瘤狀物的脫落而一同離開豆莢，結(jié)果使得豌豆象對豌豆侵染率明顯下降。這一發(fā)現(xiàn)讓研究者雀躍。遺傳研究表明該性狀是由NP基因控制的，該基因?yàn)轱@性，能控制豆莢形成瘤，從而使野生豌豆具有一定的抗蟲能力。

怎樣利用野生豌豆培育抗蟲的栽培豌豆？科研人員進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，目前，仍在不斷摸索和改進(jìn)中[2]。

1）野生豌豆具有“豆莢成熟后易開裂”的特征，利于_________ 。

2）野生豌豆之所以比栽培豌豆更能適應(yīng)豌豆象危害嚴(yán)重的環(huán)境，是因?yàn)楹衉__ 。這種抗蟲能力的差異體現(xiàn)了生物多樣性的___ 多樣性，由此可見，保護(hù)生物多樣性尤為重要。

3）為培育出抗病的栽培豌豆，有人提出將野生豌豆和栽培豌豆雜交1代，從中篩選出抗病的個體即是所需要的。這一方案是否合理？如果不合理，請說明理由并提出一個新的育種方案。

答案：1）種子傳播；2）NP基因；基因；3）不合理，雜交1代F1個體含有雙親的遺傳物質(zhì)，雖然有抗病基因，但也包含了野生豌豆“種子更小”“豆莢成熟后易開裂”等不利基因。育種方案：將野生型豌豆中的抗性基因轉(zhuǎn)入栽培豌豆，通過組織培養(yǎng)大量繁殖抗病豌豆。

本題涉及生物多樣性、生物對環(huán)境的適應(yīng)、育種等內(nèi)容。題目形式兼有封閉式和開放式特點(diǎn)，難度有梯度，為不同水平的考生搭建展示平臺。

生命觀點(diǎn)中的“生物與環(huán)境相適應(yīng)”常出現(xiàn)在試題中。例如，2020年北京市學(xué)考題：“每種生物在與自然相處的過程中，都有自己適應(yīng)環(huán)境的方式，請你試舉一例”。問題1就是引導(dǎo)學(xué)生從生物對環(huán)境的適應(yīng)角度思考問題。問題2第1個空屬于考查檢索能力的封閉式問題，同時暗含了自然選擇的思想。第2個空學(xué)生需將題目信息（抗蟲能力的差異）與頭腦中已有的知識（生物多樣性3個層次）建立聯(lián)系。一般情況下，學(xué)生只知道雜交和轉(zhuǎn)基因都是育種的方式，對于二者的區(qū)別沒有考慮，是思維的盲點(diǎn)。問題3促使學(xué)生深入思考2種育種方式的使用場景，具有一定難度，學(xué)生需要抓住題干“1代”、文中“種子小”等，聯(lián)系學(xué)過的知識——子代的遺傳物質(zhì)來自雙親，進(jìn)而抽象概括出F1代會混有“不好”的基因，綜合分析以上信息才能正確評價。此題充分考查了學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，并有助于培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感，讓學(xué)生體會所學(xué)知識在實(shí)踐中的應(yīng)用。

單元式復(fù)習(xí)以“整體性原理”為依據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生將分散于各章節(jié)、各單元中的知識與方法根據(jù)相關(guān)原則進(jìn)行縱橫聯(lián)系，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)。借助問題驅(qū)動，幫助學(xué)生加深知識理解，提升思維品質(zhì)。單元式復(fù)習(xí)為在課堂教學(xué)中培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了一種思路。

致謝：感謝西城教育學(xué)院潘青老師，北京市教研中心喬文軍老師對本單元設(shè)計的指導(dǎo)。