高中生物必修二“孟德爾的豌豆雜交實驗”第一課時教學設計淺談

劉燕雅

【摘要】高中生物必修二“孟德爾的豌豆雜交實驗”這節(jié)課是以孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳因子的探索過程為主線，通過教學內(nèi)容和實驗引導學生掌握遺傳學基本知識和遺傳實驗的基本方法。該章節(jié)的教學內(nèi)容是接下來學習伴性遺傳規(guī)律、生物變異和進化的基礎，是高中生物的重點章節(jié)之一。

【關鍵詞】孟德爾的豌豆雜交實驗;遺傳規(guī)律;教學設計

高中生物必修二“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”講述的是奧地利生物學家格雷戈爾·孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳因子的科學探索過程，由“—對相對性狀的雜交實驗”“對分離現(xiàn)象解釋的驗證”等四個部分內(nèi)容所組成。本節(jié)課的重點內(nèi)容是孟德爾以豌豆為實驗對象進行—對相對性狀的遺傳學研究。

教材以科學研究的一般過程再現(xiàn)了分離定律的發(fā)現(xiàn)過程，即“觀察現(xiàn)象-發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-提出假設-設計實驗-驗證假設-歸納總結(jié)”。

在素質(zhì)教育和新高考模式的背景下，提高學生的科學素養(yǎng)是本章節(jié)教學的主要目標之一。因此，我們要根據(jù)教材的特點開展教學活動，讓學生在學習中去思考以下問題：孟德爾在豌豆雜交實驗中是如何發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律的？孟德爾又是如何提出假說并通過豌豆雜交實驗解釋遺傳規(guī)律的？通過課本內(nèi)容的學習和思考，去逐步培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。

一、本節(jié)課的教學目標

1.知識目標

掌握雜交、自交、相對性狀、性狀分離、顯性性狀和隱性性狀等幾個重要的遺傳學概念;理解分離定律的本質(zhì);能夠運用本節(jié)課學習內(nèi)容去分析一些遺傳現(xiàn)象。

2.能力目標

通過“假說-演繹法”精確再現(xiàn)孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳因子科學研究的過程，讓學生自己嘗試進行雜交實驗的設計，在模擬實驗的過程中逐步培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度以及實踐創(chuàng)新的核心素養(yǎng)。

二、教學過程

1.創(chuàng)設情境

在課堂導入中用多媒體展示一組父子或母女的明星照片，從而引出遺傳的概念，這樣的設計意圖是從學生所喜歡的領域和生活現(xiàn)象入手，充分調(diào)動高中生對生物課的好奇心和求知欲望。

2.介紹生物學家孟德爾

在課前先安排幾位認真的學生在課前搜集有關奧地利生物學家格雷戈爾·孟德爾的生平事跡，并在課堂上介紹，教師補充說明孟德爾是個熱愛大自然的人，鼓勵學生多多接觸大自然，通過觀察大自然，探索大自然，激發(fā)學生對自然科學的興趣。

接下來，教師根據(jù)文字內(nèi)容和插圖等學習材料提出一系列問題：①什么是性狀，相對性狀如何理解？②豌豆有什么特點和優(yōu)勢作為相對性狀的遺傳實驗對象？

課堂中教師先讓學生帶著這些問題去閱讀本節(jié)課內(nèi)容，然后師生共同分析討論問題，重點將“相對性狀”這—遺傳學概念做出解釋，為雜交實驗“一對相對性狀的遺傳實驗”作鋪墊。接下來在課堂上提問孟德爾選擇豌豆作為實驗材料的原因，并在適當?shù)臅r候回顧初中所學植物單性花、兩性花等概念，這樣的設計意圖可以對初中所學生物知識進行鞏固和補充，為新的學習內(nèi)容降低難度。

3.一對相對性狀的雜交實驗

這部分內(nèi)容是本節(jié)課的核心內(nèi)容，教師需要在這部分內(nèi)容中著重講解顯性性狀、隱性性狀、性狀分離、自交等重要的遺傳學概念，在教學過程也安排了一系列的問題讓學生自主討論。

問題1：豌豆雜交實驗中選擇純種高莖作為母本，純種矮莖豌為父本，它們的雜交后代將會表現(xiàn)出什么性狀呢？學生的答案是五花八門的：雜交后代全是高莖、后代全是矮莖、全是中等高度的莖稈、后代中有高莖也有矮莖等。由于19世紀主流科學家普遍認為遺傳將會融合父本和母本的特點，所以孟德爾預測子—代會是中等高度即介于父本的高莖和母本的矮莖之闖，但是實驗結(jié)果卻是子—代全都是高莖。

問題2：為什么實驗結(jié)果是子代F1都是高莖呢？是因為高莖作為母本導致的嗎？如果反過來將高莖作為父本，將矮莖作為母本，結(jié)果將會是怎么樣呢？雜交結(jié)果顯示，矮莖作為母本，子代中也全部都是高莖。

問題3：為什么矮莖性狀在子代中消失了呢？如何設計實驗檢驗？教師引導學生設計實驗方案：實驗方案一，將F1與純種高莖雜交，由于純種高莖的影響，后代將全部是高莖，故該實驗方案不可行;實驗方案二，將F1與純種矮莖雜交，但如果這樣，后代出現(xiàn)矮莖則不確定矮莖是否來源于F1;實驗方案三，將子代進行自交，觀察后代是否出現(xiàn)矮莖以及性狀的比例情況，該實驗結(jié)果顯示，自交后代中既有高莖又有矮莖，統(tǒng)計高莖和矮莖的數(shù)量之比為3：1。

4.對性狀分離現(xiàn)象的分析和解釋

對于前面遺傳實驗的結(jié)果，該如何運用理論解釋呢？課堂中，教師可以通過設置一系列的引導討論來逐步分析和解釋性狀分離現(xiàn)象。

討論1：在遺傳過程中，遺傳的是性狀本身嗎？教師在這里用生活中的例子引導討論：假如你與你母親—樣有酒窩，那你的酒窩就是你母親的酒窩嗎？答案顯然不是，遺傳的不是性狀本身，生物的性狀是由遺傳因子（在21世紀后稱為基因）決定的。

討論2：在細胞中遺傳因子有幾個呢？教師需要在這里提醒學生，子代性狀表現(xiàn)為高莖，說明子代細胞中含有控制顯性性狀的顯性遺傳因子（以G表示），而子代的后代F2出現(xiàn)了矮莖，說明細胞中也含有隱性遺傳因子（以g表示），所以孟德爾認為遺傳因子是成對存在的，這樣子代的遺傳因子組成就是Gg，因為顯性基因的影響表現(xiàn)型為高莖。

討論3：親代的遺傳因子是如何影響子代的性狀的呢？親代與子代之間的遺傳是通過什么媒介呢？有預習課本的同學就會知道答案是配子，配子由親代產(chǎn)生，受精后的受精卵就是子代發(fā)育的起點。

討論4：親代豌豆產(chǎn)生的雄配子與雌配子，它們的結(jié)合有什么內(nèi)在規(guī)律嗎？教師在這里可以適當介紹一些課外的知識，如科學家是如何運用統(tǒng)計學的方法計算實驗結(jié)果的。然后再回到剛才的問題，經(jīng)過科學實驗和統(tǒng)計學計算，一個雄配子與一個雌配子的結(jié)合概率是一樣的，這樣子代才會出現(xiàn)3：1的性狀分離比。雌花授粉后雌雄配子結(jié)合成為受精卵，各自所含的遺傳因子又恢復成正常細胞的成對狀態(tài)。

三、本節(jié)課的課后活動安排

1.布置課后作業(yè)讓學生自己繪制遺傳圖解，加強理解性狀分離現(xiàn)象。

2.教師準備一個模擬實驗：將學生分成幾個學習小組，用紅豆、黑豆和小桶作為道具，讓學生以小組為單位完成遺傳因子分離的模擬實驗，通過實際操作加深領會遺傳因子分離與隨機結(jié)合的規(guī)律，鞏固本節(jié)課的知識內(nèi)容。

3.課后閱讀

讓學生自主去學習孟德爾的生平事跡材料，總結(jié)孟德爾取得成功的原因。

孟德爾在維也納大學學習期間主修的是自然科學，他尤其對生物學感興趣，深厚的生物學知識功底使得他敏銳地意識到生物種類不是一成不變的，生物可以通過雜交進化出新的生物類型;孟德爾進修期間還學習了數(shù)學的統(tǒng)計學方法，這樣他以超越前輩科學家的理解方式，將數(shù)學和生物學實驗結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)了被后人稱為“性狀分離定律”和“自由組合定律”的遺傳規(guī)律。

學習了孟德爾的生平事跡，我們可以發(fā)現(xiàn)孟德爾的成功不是憑空想象出來的，他具有豐富的自然科學和數(shù)學的知識儲備，將數(shù)十年生物雜交實驗的經(jīng)驗積累與數(shù)學統(tǒng)計研究有機聯(lián)系起來。這就可以以孟德爾為榜樣引導教育學生學習不要偏科，各學科知識不應該割裂開，而應該是相互密切聯(lián)系的，對待科學研究，不僅要有興趣和熱情，還需要有豐富的科學知識儲備。

四、本節(jié)課的教學小結(jié)

本節(jié)課的教學內(nèi)容主要講述孟德爾以豌豆為研究對象發(fā)現(xiàn)遺傳因子的歷程，通過“問題-引導討論-總結(jié)”的方式引導學生學習孟德爾的思維過程，讓高中生去遵循科學家的探索足跡，在不斷學習的過程中逐漸領悟科學發(fā)展的本質(zhì)。