基因的分離定律系列微課教學(xué)設(shè)計

摘 要：在本系列教學(xué)中，以基因的分離定律實質(zhì)及計算應(yīng)用為教學(xué)重難點，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的特殊時期，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)邏輯與生物學(xué)概念、過程，掌握假說推理的科學(xué)思路和遺傳計算的基本方法，多維度提高學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：基因的分離定律;系列微課;學(xué)科素養(yǎng)

一、教材分析

蘇教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《生物2：遺傳與進(jìn)化》第三章第一節(jié)是基因的分離定律，包括基因的分離定律、孟德爾實驗的科學(xué)方法以及基因的分離定律的應(yīng)用三部分內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容是銜接減數(shù)分裂與遺傳計算的紐帶。學(xué)生在此前一章已經(jīng)學(xué)習(xí)過減數(shù)分裂，可從同源染色體分離這一角度更準(zhǔn)確地理解基因的分離定律，基因的分離定律也可以說是減數(shù)分裂在宏觀水平上的應(yīng)用。本章第二節(jié)基因的自由組合定律，則要求學(xué)生在充分熟練應(yīng)用基因的分離定律的基礎(chǔ)上，再引入相互獨立事件的概率計算，因此，學(xué)習(xí)基因的分離定律也顯然是學(xué)習(xí)基因的自由組合定律的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）科學(xué)思維

1.能準(zhǔn)確聯(lián)系減數(shù)分裂理解基因分離定律的實質(zhì)。

2.能理解并辨析基因型、表現(xiàn)型、相對性狀、性狀分離、純合子、雜合子、顯性基因、隱性基因、雜交、自交、測交等遺傳學(xué)基本概念。3.能復(fù)述孟德爾一對相對性狀雜交實驗的基本過程及結(jié)論。4.能說出孟德爾成功的原因。5.能結(jié)合概率基礎(chǔ)完成有關(guān)基因分離定律的計算。

（二）科學(xué)探究

1.能理解孟德爾實驗的內(nèi)在邏輯。2.能初步體會科學(xué)探究實驗，尤其是假說推理及驗證的基本思路。3.在充分理解概率計算和基因的分離定律的生物學(xué)概念后，將兩者對接并應(yīng)用。4.能利用基因的分離定律解決判斷待測個體基因型的問題。

（三）生命觀點與社會責(zé)任

1.能體會科學(xué)的發(fā)展是各門科學(xué)有機(jī)結(jié)合共同推進(jìn)的結(jié)果。2.能體會推動科學(xué)發(fā)展的不一定是掌握精密儀器的“科學(xué)家”，也可以是對探索自然奧秘有著熱忱興趣和毅力的普通人。

三、教學(xué)重難點及解決方法

（一）重點、難點的設(shè)定

本章節(jié)內(nèi)容的重點有三部分：一是孟德爾的實驗過程及成功原因;二是基因分離定律的實質(zhì);三是基因分離定律的計算與應(yīng)用。圍繞這三個重點的教學(xué)難點有三：一是準(zhǔn)確理解和辨析眾多遺傳學(xué)概念;二是在看懂孟德爾的實驗過程后，分析他每一步實驗操作的原因和推理假說的邏輯關(guān)系，與這一難點可以合并掌握的是孟德爾實驗成功的原因，因為只有理解了孟德爾實驗的內(nèi)在邏輯，才能真正理解選擇豌豆作為實驗材料的原因和引入數(shù)學(xué)統(tǒng)計的必要性;三是基因分離定律的計算與應(yīng)用，這一部分與數(shù)學(xué)概率計算關(guān)系密切，是師生在教與學(xué)的過程中，一致認(rèn)為“最不像生物學(xué)”的高中生物學(xué)知識，也正因此使其成為教與學(xué)的難點。

在抗擊新冠肺炎疫情的特殊時期，廣大師生采用網(wǎng)絡(luò)課程的方式教學(xué)和學(xué)習(xí)。通過微課視頻進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的弊端是教師不能和學(xué)生充分互動，不能及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況;優(yōu)點是學(xué)生的學(xué)習(xí)相對自由，可以按照自己的節(jié)奏播放微課視頻，并有比較長的時間去反復(fù)琢磨思考比較困難的問題。基因的分離定律及自由組合定律，恰恰是非常需要學(xué)生在掌握了基本概念和原理后，自行思考和推理歸納的內(nèi)容，在這一系列的網(wǎng)課中，教師可充分利用微課視頻的優(yōu)點，突破基因的分離定律教學(xué)中的難點。

（二）怎樣圍繞重點，突破難點，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)

針對難點一：遺傳學(xué)概念并不獨立存在，而是依托在具體的遺傳學(xué)事件中，教師可在介紹孟德爾實驗及推理的過程中穿插介紹。本節(jié)設(shè)計的遺傳學(xué)概念雖然數(shù)量多，但不難理解，困難是容易混淆，教師應(yīng)使用最準(zhǔn)確的語言，并適當(dāng)重復(fù)和強(qiáng)調(diào)。

針對難點二：孟德爾實驗的內(nèi)在邏輯和推理思路，是比孟德爾實驗過程本身更珍貴的知識財富，這一部分內(nèi)容看似簡單，但想要理解透徹十分困難，但一旦能夠理清思路深刻理解，也將很大程度上推進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的進(jìn)步。教師在幫助學(xué)生學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容時，應(yīng)先交代清楚孟德爾已知什么，想探索什么，再引導(dǎo)學(xué)生思考，有什么困難，應(yīng)當(dāng)想什么辦法解決？實驗的結(jié)果是什么？根據(jù)已知的事實，可以從這個結(jié)果推導(dǎo)出什么結(jié)論？這個結(jié)論與已知的事實是否有矛盾？怎么解釋？怎樣驗證這個解釋？整個實驗及推理過程完成后，再折返回實驗材料和統(tǒng)計方法，引導(dǎo)學(xué)生思考，如果沒有選擇豌豆，不能保證親本純合、相對性狀明顯、只觀察一對相對性狀，以及沒有采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計法，將產(chǎn)生什么樣的后果？通過這一連串的問題，幫助學(xué)生將自己代入孟德爾的實驗中，像孟德爾一樣思考，并最終理解孟德爾實驗的思路和邏輯，再應(yīng)用到其他的科學(xué)探究問題中。透過前人的工作，了解科學(xué)研究的根本思路并加以應(yīng)用，一方面體會科學(xué)之美，另一方面解決新的問題，也正是我們學(xué)習(xí)科學(xué)最本質(zhì)的原因之一。

針對難點三：難點三是廣大一線教師在實際教學(xué)過程中，常常感到困惑和棘手的部分。感到困惑的部分是，這一節(jié)涉及的概率計算，學(xué)生在初中就已經(jīng)學(xué)過并且絕大多數(shù)同學(xué)都能掌握。若脫離生物課本，把本節(jié)中“性狀分離比模擬實驗”中的概率問題單獨拿出來要求學(xué)生計算，學(xué)生均能輕松解決，但一旦轉(zhuǎn)換成生物問題，有些學(xué)生就不會了。感到棘手的部分是，有關(guān)遺傳定律的計算，學(xué)生在學(xué)習(xí)時呈現(xiàn)嚴(yán)重的兩極分化，一部分學(xué)生不用教師教，通過自己做練習(xí)就能掌握，另一部分卻總是似乎一教就懂但是一做就錯。上文所述的困惑與棘手，實際上是同一個問題，學(xué)生的困難不是不會算，而是在面對生物問題時，無法聯(lián)想，不能有效調(diào)動已經(jīng)掌握的數(shù)學(xué)技能。同時，這部分學(xué)生在最開始嘗試遺傳定律計算時，就因此受挫，產(chǎn)生畏難情緒，自我懷疑，從而在整個遺傳定律的學(xué)習(xí)中，都陷入惡性循環(huán)。針對這個難點，在本系列學(xué)習(xí)中，教師采用的方法是，在真正開始學(xué)習(xí)遺傳定律前，就在第一節(jié)微課視頻中引入性狀分離比模擬實驗。在引入時，不涉及性狀分離、配子等生物學(xué)概念，單純以數(shù)學(xué)問題的形式出現(xiàn)，要求學(xué)生計算概率，并在此時加入第二組實驗，以顏色和材料分別模擬兩對相對性狀，提前引入基因自由組合定律的計算。學(xué)生能輕松解決以上數(shù)學(xué)計算，可鼓勵學(xué)生已經(jīng)掌握了遺傳定律計算的基本技巧，給學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。再要求學(xué)生利用課余時間多想多練，先充分熱身，熟練數(shù)學(xué)計算。在第二節(jié)課后再要求學(xué)生對接生物學(xué)概念，此時可做到游刃有余。

在學(xué)生掌握了基本的概率計算并與生物學(xué)概念對接后，教師應(yīng)循序漸進(jìn)，由簡到難，搭建合適的階梯，引導(dǎo)學(xué)生逐個解決本章節(jié)有可能遇到的遺傳計算問題，并幫助學(xué)生嘗試解決配子死亡等特殊情況的高階遺傳學(xué)計算問題。在日常教學(xué)中，由于課堂時間有限，并不能保證每位同學(xué)都有足夠的時間獨立思考。特殊時期的網(wǎng)絡(luò)微課教學(xué)則提供了難得的條件，學(xué)生可自己掌握學(xué)習(xí)節(jié)奏。對于遺傳定律的計算這一部分內(nèi)容，若教師能提出恰當(dāng)?shù)膯栴}，而學(xué)生又有充分的時間自主思考和揣摩，則上述“一教就懂，一做就錯”的難題可迎刃而解。

四、教學(xué)過程

（一）微課視頻一：遺傳定律的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)本環(huán)節(jié)即性狀分離比模擬實驗，因在引入時未涉及生物學(xué)概念，故此僅稱為“抓球?qū)嶒灐?。本環(huán)節(jié)包括四部分：第一部分，已知袋中乒乓球組成，要求學(xué)生計算各種情況抓出小球組合概率。如“已知甲乙兩袋中均有50個黃球50個白球，問甲袋中抓出黃球的概率是多少？甲乙兩袋各抓一球，組合為一黃一白的概率是多少？”等;第二部分，已知結(jié)果，反推各種情況袋中球的組成。如“已知多次抓取，抓到兩只黃球和一黃一白的概率分別是二分之一，求甲乙兩袋中球的組成”等;第三部分，抓球規(guī)則的辨析，這一部分應(yīng)盡量把后續(xù)計算中常見的需要辨析的問題都覆蓋，如“若甲袋50只白球50只黃球，乙袋變?yōu)?0只白球20只黃球，抓球結(jié)果是否有變化？第一次抓球后再放回，是否影響第二次抓球的概率？若只抓四次球，是否一定出現(xiàn)理論上的概率”等;第四部分，引入第二組實驗，初步熟悉基因的自由組合定律，設(shè)定問題如“再有丙袋中50只木球50只鐵球，丁袋50只木球50只鐵球，問從四個口袋各抓一球，組合為一黃一白兩鐵的概率是多少？”

這一環(huán)節(jié)微課視頻長度僅為12分鐘，學(xué)生有充分的時間自主思考，教師可在視頻中盡量多地以抓球問題模擬后續(xù)可能出現(xiàn)的計算問題，絕大多數(shù)學(xué)生可在這一環(huán)節(jié)以純數(shù)學(xué)的方法輕松解決這些問題，獲得比較輕松愉快的學(xué)習(xí)體驗。同時，教師可鼓勵學(xué)生在課后模仿教師，自己給自己繼續(xù)出題。通過這一環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的同學(xué)，基本可以提前熟悉并掌握本章節(jié)需要的所有計算技巧，學(xué)習(xí)能力稍弱的同學(xué)在后續(xù)學(xué)習(xí)中，也能感到困難大大減少。

（二）微課視頻二：孟德爾一對相對性狀的雜交實驗及基因分離定律的實質(zhì)。本環(huán)節(jié)圍繞孟德爾的實驗過程及推理思路進(jìn)行，以教師的講授為主。在介紹孟德爾的實驗過程中，教師應(yīng)以最準(zhǔn)確的語言介紹各種遺傳學(xué)概念;在引導(dǎo)學(xué)生揣摩孟德爾的實驗思路時，教師應(yīng)圍繞“孟德爾已知遺傳因子控制性狀，親代通過精卵結(jié)合將遺傳因子傳給子代”這一基本前提，引入上文重難點分析中提出的問題，層層遞進(jìn)，逐步分析體會孟德爾的思路和基本邏輯。這一部分的學(xué)習(xí)節(jié)奏學(xué)生可自行掌握，能獨立思考問題最佳，如感到困難，則稍作思考后收看教師的講解也無妨。無論以何種節(jié)奏學(xué)習(xí)，分析完全部的實驗過程后，必須要求學(xué)生獨立回顧復(fù)盤，體會完整的科學(xué)探究思路。

本環(huán)節(jié)微課視頻長度為30分鐘，實際學(xué)習(xí)時間約為45分鐘。在視頻最后，教師應(yīng)要求學(xué)生回顧環(huán)節(jié)一的抓球?qū)嶒?，將抓球?qū)嶒炛械母饕?，與分離定律中涉及的生物學(xué)概念和過程對接，從而為第三節(jié)課做好準(zhǔn)備。

（三）微課視頻三：基因的分離定律的計算與應(yīng)用。本環(huán)節(jié)微課是微課視頻一和微課視頻二的有機(jī)結(jié)合與應(yīng)用。學(xué)生在準(zhǔn)確理解遺傳學(xué)概念和較長時間揣摩練習(xí)數(shù)學(xué)概率計算后，方可開始這一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。這一環(huán)節(jié)分成三部分，難度循序漸進(jìn)。第一部分是常規(guī)情況的計算，包括，已知親本基因型，求配子、子代基因型、表現(xiàn)型及比例;已知子代基因型或表現(xiàn)型比例，反推親本基因型;已知親本及子代表現(xiàn)型，推導(dǎo)顯隱性關(guān)系及基因型;逐代自交計算;逐代自由交配計算。第二部分是特殊情況計算，包括不完全顯性計算;受性別影響性狀計算;特定基因型子代死亡;配子死亡;血型計算。第三部分是遺傳系譜圖的初步介紹和分析。

這一環(huán)節(jié)的微課視頻總時長41分鐘，在學(xué)習(xí)時，每一類型的問題都要求學(xué)生先自己思考，再繼續(xù)播放核對思路和答案，因此實際學(xué)習(xí)時間至少需要90分鐘，可切割成第一部分、第二三部分共兩節(jié)課完成。

五、教學(xué)后記

基因的分離定律以及后一章節(jié)的基因的自由組合定律是高中生物學(xué)知識體系中比較特殊的部分，師生在教與學(xué)的過程中，常常感到與其說是在探索生物學(xué)，不如說是在操練數(shù)學(xué)。這一感受雖然真實，但其實錯失了科學(xué)學(xué)習(xí)的精髓。遺傳定律這一章最珍貴的內(nèi)涵：一是孟德爾的實驗思路及推導(dǎo)邏輯;二是將數(shù)學(xué)模型與生物學(xué)概念對接的學(xué)科遷移能力。在抗擊新冠肺炎的特殊時期，學(xué)生獲得了比較充足的自主思考和揣摩的時間，教師也得以使用微課視頻這一特殊的形式重新組織教學(xué)內(nèi)容，幫助借助這一難得的機(jī)會，深入理解這一章真正珍貴的內(nèi)涵，提升學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn);

[1]鄭繼剛，張紅軍.“基因的分離定律”新課的教學(xué)設(shè)計[J].生物學(xué)通報，2009，43（12）：20-22.

[2]王嵐.基于深度學(xué)習(xí)的“基因的分離定律”復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計[J].生物學(xué)教學(xué)，2019，44（9）：26-27.

作者簡介;李幽蘭（1987—），女，南京師范大學(xué)附屬中學(xué)，中學(xué)一級教師，碩士研究生學(xué)歷。