“基因分離定律”第一課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)

倪建英

摘 要 采用情景任務(wù)驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究。通過創(chuàng)設(shè)一系列的探究任務(wù)，讓學(xué)生沿著孟德爾的足跡，完成一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析、建立假設(shè)，從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生在探究活動(dòng)中通過思考分析、構(gòu)建模型、小組活動(dòng)等建構(gòu)知識(shí)，養(yǎng)成創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞 分離定律 科學(xué)探究 探究性教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

1 教學(xué)分析

1.1 教材分析

“分離定律”是浙科版教材必修Ⅱ的開篇之作，也是叩開遺傳學(xué)大門的第一步。本課內(nèi)容以紫花白花豌豆為例講述孟德爾一對(duì)相對(duì)性狀遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上展開對(duì)現(xiàn)象的分析、假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后提出了分離定律。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容是以孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳因子的實(shí)驗(yàn)過程為主線，突出科學(xué)史的教育，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維。該部分內(nèi)容是自由組合定律、伴性遺傳以及減數(shù)分裂的基礎(chǔ)，并為后續(xù)學(xué)習(xí)生物變異與進(jìn)化奠定基礎(chǔ)，而且本身蘊(yùn)含了重要的方法論價(jià)值。本課內(nèi)容分兩課時(shí)完成，本案例是第一課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.2 學(xué)情分析

通過初中科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)及已有生活經(jīng)驗(yàn)，高二學(xué)生對(duì)遺傳和變異現(xiàn)象有一些客觀感性認(rèn)識(shí)，但不知遺傳現(xiàn)象的內(nèi)在原因；學(xué)生具有強(qiáng)烈的科學(xué)探究欲望，但往往忽視現(xiàn)象背后的本質(zhì)；學(xué)生了解科學(xué)探究的一般方法，但探究思維還不成熟。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo)

說出豌豆作為遺傳學(xué)材料的優(yōu)點(diǎn)；概述“假說—演繹法”的一般過程，并能初步應(yīng)用“假說—演繹法”對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分析、提出合理假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；概述一對(duì)相對(duì)性狀雜交實(shí)驗(yàn)過程，雜交實(shí)驗(yàn)操作步驟，以及對(duì)分離現(xiàn)象的解釋。

2.2 能力目標(biāo)

通過對(duì)“融合理論”的質(zhì)疑和否定，樹立敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的批判性思維；通過再現(xiàn)孟德爾思維過程，提高科學(xué)思維能力及養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；通過建立假設(shè)和設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案證明F1出現(xiàn)紫花豌豆及白花豌豆消失的原因，提高解決問題的能力，通過性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)，提高合作交流能力。

2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

通過分離定律學(xué)習(xí)樹立生命世界可被認(rèn)識(shí)的唯物主義自然觀。感悟正確的科學(xué)研究方法對(duì)科學(xué)研究的重要性；通過模擬實(shí)驗(yàn)提高對(duì)科學(xué)的興趣以及養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情景、導(dǎo)入新課

教師展示“爸爸去哪兒”中主人公Cindy（田雨橙）一家三口的圖片（父：田亮，母：葉一茜），要求學(xué)生說出Cindy的相貌特征哪些與其父親相同，哪些與母親相同。通過較為輕松的情景導(dǎo)入，為本課創(chuàng)設(shè)了輕松的課題氛圍，由此引出“性狀”的概念，并介紹科學(xué)史上的“融合遺傳”假說。即雙親的遺傳物質(zhì)會(huì)在子代體內(nèi)發(fā)生融合，彼此不能再分開，故子代性狀總是介于雙親之間，子代的后代中不再出現(xiàn)親代的兩種性狀。隨后，教師鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)已有生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)“融合遺傳”假說進(jìn)行思考。學(xué)生有的舉出支持該假說的觀點(diǎn)，也有舉出不符合該觀點(diǎn)的假說。緊接著引導(dǎo)學(xué)生思考如何通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明，并歸納科學(xué)探究的常用科學(xué)方法“假說—演繹法”，即現(xiàn)象分析→提出假說→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→預(yù)期結(jié)果→實(shí)施實(shí)驗(yàn)→得出結(jié)論。

3.2 一對(duì)相對(duì)性狀遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)

3.2.1 鼓勵(lì)學(xué)生，建立假說，解釋現(xiàn)象

教師介紹孟德爾身平、豌豆特點(diǎn)及孟德爾的單因子雜交實(shí)驗(yàn)：紫花（♀）×白花（♂）→紫花。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得出“融合遺傳”假說是錯(cuò)誤的。

插曲：一位學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖表現(xiàn)出紫花，但仍符合“融合遺傳”假說。其觀點(diǎn)為：子代雖表現(xiàn)出紫色，但也可能是紫色中融合了白色的性狀，由于融入的白色性狀較少，所以其性狀表現(xiàn)還是更接近紫色，類似于藍(lán)墨水瓶中僅混入了少量的紅墨水，最后墨水顏色還是藍(lán)色。這時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生利用“假說—演繹法”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明該假說正確與否。最后學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下，讓F1紫花與白花進(jìn)行雜交，將后代的紫花不斷與白花進(jìn)行雜交，若假設(shè)正確，隨雜交次數(shù)增加，子代顏色趨向白色（好比是不斷地將少量紅墨水摻入到藍(lán)墨水中，最后溶液成紅色）。最后教師呈現(xiàn)F1紫花及F2紫花與白花雜交的實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定該觀點(diǎn)。

3.2.2 乘熱打鐵，探究現(xiàn)象，學(xué)以致用

教師針對(duì)一對(duì)相對(duì)性狀遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果F1全為紫花，引導(dǎo)學(xué)生利用“假說—演繹法”建立假說，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

探究一：紫花出現(xiàn)的原因。

問題：為什么后代都為紫花？

假設(shè)（解釋）： 。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： 。

預(yù)期結(jié)果與結(jié)論： 。

學(xué)生的思考的結(jié)果有：① 實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤，去雄蕊時(shí)，雌蕊已完成受精。應(yīng)重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在雄蕊還未成熟時(shí)進(jìn)行去雄，并嚴(yán)格按照去雄→套袋→人工授粉→再套袋的步驟進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)操作。② 實(shí)驗(yàn)是偶然因素造成，應(yīng)重新進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。③ F1性狀由親本中的母本決定（因?yàn)槟副緸樽匣ǎ瑧?yīng)設(shè)計(jì)反交實(shí)驗(yàn)證明——P白花（♀）×紫花（♂），若后代為白花，說明假說正確。

教師呈現(xiàn)孟德爾的真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說明該現(xiàn)象不是偶然因素或操作不當(dāng)引起的，然后再呈現(xiàn)孟德爾的豌豆反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，排除觀點(diǎn)③。最后引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：子代全為紫花性狀是由其內(nèi)部的紫花遺傳因子決定。

探究二：白花性狀去哪兒了？

問題：為什么后代沒有出現(xiàn)白花的性狀？（提示：性狀由遺傳因子決定，引導(dǎo)學(xué)生從遺傳因子的角度進(jìn)行分析。）

假設(shè)（解釋）： 。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： 。

預(yù)期結(jié)果與結(jié)論： 。

學(xué)生提出的假設(shè)有：① 白花的遺傳因子消失了。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：讓F1紫花豌豆進(jìn)行自交，看后代有無白花豌豆出現(xiàn)。若后代不再出現(xiàn)白花性狀，則F1紫花豌豆中無白花的遺傳因子。② 白花的遺傳因子隱藏了，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)同上。若自交后代出現(xiàn)白花豌豆，則F1紫花豌豆中有白花的遺傳因子，但該遺傳因子與紫花遺傳因子共同存在時(shí)，不能表現(xiàn)性狀。當(dāng)然，這一步涉及到的遺傳因子，其概念較為抽象，且學(xué)生缺乏相關(guān)的知識(shí)體驗(yàn)，教師要有充分的知識(shí)鋪墊及耐心引導(dǎo)。如在豌豆自花授粉中，教師強(qiáng)調(diào)紫花（白花）植株自交后代出現(xiàn)紫花（白花）性狀，原因是其內(nèi)部有紫花（白花）遺傳因子。教師也可以直接呈現(xiàn)孟德爾的實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。

3.3 對(duì)分離現(xiàn)象的解釋

3.3.1 層層鋪墊，化繁為簡(jiǎn)

通過以上分析，學(xué)生接受F1紫花豌豆中仍有白花的遺傳因子的存在的事實(shí)，且在產(chǎn)生配子過程中，白花遺傳因子能與紫花遺傳因子彼此分離，說明雜交后代中兩遺傳因子并沒有相互融合，而是獨(dú)立存在，進(jìn)一步證明“融合遺傳”假說是錯(cuò)誤的。在此基礎(chǔ)上，教師介紹孟德爾采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，計(jì)算出后代紫花豌豆與白花豌豆的性狀分離比為3∶1，且用其他相對(duì)性狀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)2的性狀分離比也都為3∶1。由此引導(dǎo)學(xué)生思考3∶1出現(xiàn)的原因。

教師可以將問題分解成若干小問題：① 若顯性（隱性）性狀由顯性（隱性）基因控制，紫花（白花）基因用C（c）表示，則F1紫花豌豆的基因型是什么？親本中的紫花豌豆的基因型是什么？② F1紫花豌豆的基因組成中既有C基因又有c基因，兩基因在產(chǎn)生配子時(shí)能相互分離，形成的含C與c配子的比例是什么？③受精時(shí)，雌雄配子的結(jié)合的概率如何？其中最核心的問題是F1形成兩種配子比例是什么？這也是本課的重難點(diǎn)。

3.3.2 構(gòu)建模型，建立假說

教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型分析配子比例。假設(shè)豌豆在形成配子中，產(chǎn)生C與c的兩種配子的比例為x∶y。若雌雄配子受精是隨機(jī)結(jié)合，則該比例為1∶1。

3.3.3 模擬實(shí)驗(yàn)，突破難點(diǎn)

師生在數(shù)學(xué)模型分析的基礎(chǔ)上，提出分離定律的核心假設(shè)：即F1可產(chǎn)生兩種數(shù)目相等的配子，比例為1∶1。教師設(shè)問，在滿足配子比例1∶1的情況下，還要滿足哪些條件，后代才會(huì)出現(xiàn)3∶1的性狀分離比？接著教師提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料，開展性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模耗M比例相等的2種雌配子和2種雄配子隨機(jī)結(jié)合后代性狀分離比。

實(shí)驗(yàn)分組：2～4人一組。

實(shí)驗(yàn)材料：紅黑布袋各1個(gè)，每袋內(nèi)有數(shù)量相等的兩種顏色彈珠。袋中的彈珠分別模擬兩種基因的配子，其中藍(lán)色彈珠模擬C配子，白色彈珠模擬c配子。

實(shí)驗(yàn)步驟：① 從紅黑布袋中各隨機(jī)抓取一彈珠，模擬參與受精的配子是隨機(jī)。② 記錄配子基因后將彈珠放回原布袋，并將彈珠混勻。③ 分析配子組合形成的子代基因型和表現(xiàn)型。④ 重復(fù)實(shí)驗(yàn)30次。⑤ 分析并統(tǒng)計(jì)各配子、基因型和表現(xiàn)型出現(xiàn)次數(shù)。⑥ 將各組學(xué)生數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析。

教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)也引導(dǎo)學(xué)生思考：實(shí)驗(yàn)中哪些因素改變會(huì)使結(jié)果偏離3：1？學(xué)生思考后回答：實(shí)驗(yàn)次數(shù)較少、非隨機(jī)交配、某種基因型子代不能存活……

3.4 總結(jié)歸納

教師通過板書小結(jié)“假說—演繹法”科學(xué)探究的一般過程，一對(duì)相對(duì)性狀雜交實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果及孟德爾對(duì)現(xiàn)象的解釋以及相關(guān)的一些概念。

4 教學(xué)反思

新一輪課改提倡探究性學(xué)習(xí)，探究性學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，核心是引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并建立假說。教師在課堂中要盡可能為學(xué)生創(chuàng)設(shè)寬松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生多思考現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，不唯書，不唯上，盡可能提出一些新的與眾不同的假設(shè)。如在本課中出現(xiàn)的小插曲就是學(xué)生開動(dòng)腦筋，思維高度解放的結(jié)果。學(xué)生的想法有時(shí)出乎意料，但只要是學(xué)生認(rèn)真思考后提出的，教師都應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言。星星之火可以燎原，長(zhǎng)期如此，學(xué)生的創(chuàng)新思維必將得到提高。