利用項目學習整合遺傳學復習
——以“尋找果蠅無眼基因”的教學為例

趙正瑜

(浙江省紹興市第一中學 紹興 312000)

1 教材分析與設計思路

本課屬于高三遺傳學一輪復習專題。從教學地位分析，對基因進行定位是解答高中遺傳學大題的必要環(huán)節(jié)，絕大多數(shù)遺傳考題都需要學生通過基因位置的判斷，才能確定性狀的遺傳方式，進而運用所學相關知識進行解答；從教學內(nèi)容分析，基因定位涉及基因、染色體、遺傳規(guī)律、減數(shù)分裂、生物性狀和科學研究方法等內(nèi)容，知識體系復雜，定位方法眾多，學生學習有難度，比較容易混淆；從教學資源分析，本節(jié)內(nèi)容與身體健康、醫(yī)學檢測密切相關，現(xiàn)實生活中有足夠的資源支持項目學習，學生也有較高的學習興趣。本課以“如何進行果蠅無眼基因的定位”為中心，明線是通過正交反交法、雌隱雄顯法、自由組合定律法、單體測交法等方法，按照粗略定位到精確定位的順序?qū)o眼基因定位到果蠅的Ⅳ號染色體上，暗線是借助項目學習的方式使知識探索系統(tǒng)化、綜合化，讓學生在活動中體驗，在活動中學習。

《普通高中生物學課程標準(2017版)》強調(diào)教師教學方式的轉(zhuǎn)變，倡導教師多樣化的教學實踐，如探究式學習、小組合作學習、項目學習等。其中，“項目學習”既是教學理論研究的熱點，又是教學實踐探索的亮點。項目學習以問題解決為中心，重視學生的學習動機和責任感。在項目學習中，通過基于一定真實情境的挑戰(zhàn)性問題，學習者以小組為單位收集大量的信息，分析、綜合，進而衍生出知識，自主地進行知識的建構(gòu)和整合，掌握諸如合作、反思、評價這類高級技能；在整個過程中，教師提供給學生查閱參考資料的途徑，給予學生一定的支持，承擔著指導者和建議者的角色。

本課采用“項目教學”的模式，把“尋找果蠅的無眼基因”視為一個項目。整個項目學習活動需要3課時，其中項目學習的準備階段1課時，實施階段1課時，總結(jié)階段1課時。

2 教學目標

依據(jù)課程標準并圍繞培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的要求，制訂如下教學目標：

(1) 準確使用正交反交法、雌隱雄顯法、自由組合定律法、單體測交法等方法進行無眼基因定位。(科學思維)

(2) 利用假說演繹法探究無眼基因的位置，理解科學研究的一般方法。(科學探究)

(3) 了解基因定位方法在現(xiàn)實生活中的應用，激發(fā)學好生物學的熱情。(社會責任)

3 教學過程

3.1 準備階段 具體過程如下：

3.1.1 確定項目主題 創(chuàng)設情境： 一只正常果蠅的復眼由800個小眼組成，每個小眼又由8個細胞湊成一圈?？茖W家找到一個能做主的統(tǒng)領基因——無眼基因，這個基因如果出現(xiàn)異常，不論雌雄果蠅都成了無眼蠅。無眼基因同樣存在于其他生物且相當重要，無眼基因若在小鼠中缺失會引發(fā)小眼睛的性狀，若在人類中缺失會造成沒有虹膜的性狀。

引入項目： 既然無眼基因這么重要，科學家便想要找到它，對它進行研究，那么無眼基因在哪里呢？

確定主題： 如何對果蠅的無眼基因進行定位？

將項目學習置于真實的生活化情境，拋出真實的問題，有利于激發(fā)學生的求知欲，幫助學生快速參與學習活動，啟動項目學習。

3.1.2 設置小組分工 教師根據(jù)學生的特點劃分8個小組，每組4～6人，每個小組自行選舉產(chǎn)生一位責任心強、有一定領導能力的學生作為小組長，并討論分工安排，填寫表1，為后續(xù)的項目學習建立基本的合作規(guī)則。

表1 項目活動小組分工表

3.1.3 繪制知識結(jié)構(gòu)圖 要進行項目活動——對無眼基因進行定位，首先要建構(gòu)一個相關的知識體系，確定無眼基因可能存在的位置。學生以小組為單位，討論、繪制、完善“無眼基因可能存在位置”的知識結(jié)構(gòu)圖(圖1)。

圖1 無眼基因可能存在的位置

通過繪制知識結(jié)構(gòu)圖，學生可以對整個項目活動的知識體系有一個總體的把握，明確接下去基因定位的方向和順序。

3.1.4 剖析項目主題 教師提供項目學習途徑： 科學家通過正反交實驗排除了無眼基因是質(zhì)基因的可能性，剩下關于核基因的遺傳方式中你認為最容易排除的是哪一種？學生根據(jù)情境中提到存在無眼雌果蠅，排除了伴Y染色體遺傳，將項目主題縮小，問題轉(zhuǎn)化為探究控制無眼性狀的基因位于常染色體還是X染色體？(不考慮XY同源區(qū)段)

面對新的情境，教師引導學生運用假說—演繹法進行演繹推理。

例題1 實驗思路： 已知有眼(E)對無眼(e)為顯性，選擇作為親本只進行一次雜交實驗，觀察子代表現(xiàn)型。

實驗結(jié)果和結(jié)論： ①若，則。②若，則。

學生選擇無眼雌果蠅(雌隱)和有眼雄果蠅(雄顯)作為親本進行實驗，將演繹推理的結(jié)果和科學家實驗驗證的結(jié)果進行比較，確定將無眼基因定位到常染色體上。但是果蠅有3對常染色體，無眼基因究竟存在于哪一對染色體上呢？以此為新的項目問題，分小組設計方案解決問題。

3.2 實施階段 具體過程如下：

3.2.1 第1階段： 設計項目活動的初步方案 教師采用頭腦風暴方式，讓學生回憶學過的基因定位方式，并思考在這些方式中有哪些可以將某個基因定位到一條具體的染色體上，每個小組由此自行選擇合適的基因定位方式設計大致方案。

在此過程中，小組成員可以上網(wǎng)查詢、圖書館查找資料、咨詢科研人員等，教師應根據(jù)學生需要提供有效的信息搜索和處理方式，指導小組活動的順利開展。例如，有些學生僅僅根據(jù)上課筆記檢索信息，對搜集到的信息不會加工處理，教師便需要指導學生相互分享信息，借助同伴力量挖掘信息的內(nèi)在價值；有些學生小組責任和義務意識薄弱，沒有參與到小組活動中，教師要積極啟發(fā)和引導學生之間的互動，鼓勵這部分學生大膽發(fā)言。

3.2.2 第2階段： 匯報項目活動方案 每個小組派代表根據(jù)自行選擇的方案進行匯報。第3組學生提出人—鼠雜交細胞通常丟失人的染色體，由此進行人類基因的定位，我們也可以采用類似的細胞融合方法進行果蠅無眼基因的定位；第4組提出運用家系法也可以進行基因定位，但是只能確定是常染色體遺傳還是伴性遺傳，他們沒能找到合適的基因定位方法；第5組學生提出利用非同源染色體上的非等位基因才符合自由組合定律這一限制條件進行基因定位……通常學生的想法比較模糊、發(fā)散，教師需要對其進行總結(jié)提煉，將學生的想法具體化，提供可行的操作途徑。

3.2.3 第3階段： 完善并實施項目活動方案 根據(jù)第5組的方案，教師提供腳手架，展示例題2幫助學生完成任務。

例題2 (改編自2011年浙江會考)果蠅的灰身(B)對黑身(b)、有眼(E)對無眼(e)為顯性，相關基因的位置分布如圖。將純合的灰身有眼果蠅與黑身無眼果蠅為親本雜交得F1， F1自交得F2。F2中灰身有眼： 灰身無眼： 黑身有眼： 黑身無眼為9∶3∶3∶1。則F1中兩對基因在染色體上的位置關系是，理由是。

學生借助例題2書寫遺傳圖解，對第5組的方案進行實踐。通過對自由組合定律進行具象化地運用，學生隨即明確眼色基因與體色基因的位置關系。小組討論提出構(gòu)建雙雜合子親本的雌雄互交實驗，若結(jié)果符合自由組合定律，則相關基因在兩對染色體上，反之則在一對染色體上，通過多次實驗便可對無眼基因進行精確定位。但第1組學生提出這種定位方式工作量巨大，不夠便捷，能否尋找一個更加便捷的定位方式呢？

根據(jù)學生提議，教師展示例題3幫助學生簡化定位方法。

例題3 果蠅的有眼(E)對無眼(e)為顯性，科學家將無眼果蠅與純合有眼且Ⅳ號是染色體單體(Ⅳ號同源染色體缺少一條)的果蠅交配，判斷無眼基因是否位于Ⅳ號染色體上。

實驗思路： ①讓正常無眼果蠅與野生型(純合)單體果蠅交配，獲得F1；②統(tǒng)計F1的，并記錄。

實驗結(jié)果預測及結(jié)論： ①若，則無眼基因在Ⅳ號染色體上；②若，則無眼基因不在Ⅳ號染色體上。

學生解答例題3并書寫遺傳圖解。在此過程中，學生通過單體測交法對無眼基因位置快速進行了確定，體會到了學習的成就感。教師趁機介紹FISH技術，將基因定位方式進一步精細化，借此拓展學生知識面，同時鼓勵學生將來可以借助這些基因定位方式對人類致病基因進行定位，開展人類基因組的研究。

3.3 總結(jié)階段 具體過程如下：

3.3.1 成果展示 請學生以小組為單位，根據(jù)所學知識對基因定位的方法進行總結(jié)(圖2)。本課圍繞項目主題，從“無眼基因在哪里”這個問題開始，提出多種假說，通過實驗進行演繹推理，一步步將無眼基因從細胞核定位到常染色體，再定位到具體的Ⅳ號染色體上，按照個體水平→細胞水平→分子水平將基因定位方式類別化、精細化。

圖2 基因定位的方法總結(jié)

3.3.2 項目學習的評價 多維的、可信的評價與反饋可以增強學生的自信心，有利于激發(fā)他們學習生物的動力和興趣。在本次項目活動中，采用形成性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合，評價量規(guī)如表2。

4 教學反思

本課借助“如何對果蠅的無眼基因進行定位”這一項目，成功串聯(lián)起了雌隱雄顯法、自由組合定律法等多種基因定位方法的教學，把枯燥的教學內(nèi)容轉(zhuǎn)化為生動的知識探索過程，讓學生感到所學知識具有真實感、實用性與趣味性。這樣的學習不是簡單知識點的堆砌，而是以解決問題為中心的知識點之間的有機組合，相較于傳統(tǒng)的復習方式，整合項目學習的遺傳學復習使得知識結(jié)構(gòu)更有體系、更有力量、更具思維的高度，也更容易被學生接納。

表2 評價量規(guī)

表2 評價量規(guī)

評價指標評價等級及分值得分A級(9～10分)B級(7～8分)C級(4～6分)D級(1～3分)自評互評師評繪制知識結(jié)構(gòu)圖對無眼基因位置的預測全面,并能以知識結(jié)構(gòu)圖的形式展示結(jié)果對無眼基因位置的預測全面,能較合理地展示結(jié)果不能全面預測無眼基因可能存在的位置參與預測無眼基因可能存在位置的活動剖析項目主題能快速準確解答例題1,并總結(jié)出相關解題技巧,提出新的項目問題能快速準確解答例題1,提出新的項目問題在同伴幫助下,能準確解答例題1參與解答例題1設計項目活動的初步方案積極參與方案設計,設計的方案條理清晰,具科學性和操作性積極參與方案設計,設計的方案具有一定的條理性和操作性參與方案設計,但設計的方案有較大問題參與方案設計匯報項目活動方案不參與匯報的人員能積極幫助組內(nèi)匯報人員用合理的方式說明問題解決方法;參與匯報的人員需條理清晰、口齒清楚、語言表達能力強不參與匯報的人員積極能幫助匯報人員組織匯報語言;參與匯報的人員需條理清晰、口齒清楚不參與匯報的人員能幫助匯報人員;參與匯報的人員參與匯報且需口齒清楚不參與匯報的人員幾乎難以幫助匯報人員;匯報人員參與匯報完善并實施項目活動方案實施階段能結(jié)合遺傳圖解說明問題解決方法,并進行小結(jié)能用遺傳圖解說明問題解決方法在實施階段能提出自己的見解能參與項目實施活動項目成果的表達能將所有基因定位方法類別化整理,明確各自的適用范圍能將所有基因定位方法進行一定的整理,基本明確各自的適用范圍能寫出所有的基因定位方法能寫出部分基因定位方法反思能反思解決項目問題的過程,評估怎么才能使項目工作做得更好,必要時做出修改能反思解決項目問題的過程,評估哪里做得好,哪里不好偶爾會對項目學習的過程進行反思幾乎從來不反思自己的學習過程總分