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2020-2021學(xué)年高一下學(xué)期人教版必修二2.2基于科學(xué)史的“基因在染色體上”教學(xué)設(shè)計

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  1. 二一教育資源

2020-2021學(xué)年高一下學(xué)期人教版必修二2.2基于科學(xué)史的“基因在染色體上”教學(xué)設(shè)計

資源簡介

基于科學(xué)史的“基因在染色體上”教學(xué)設(shè)計
在生物學(xué)教材和課堂教學(xué)中科學(xué)史的運用非常普遍,其應(yīng)用目的可以總結(jié)為以下幾個方面:①強化對生物學(xué)概念、原理的理解;②學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法;⑧培養(yǎng)嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,提升對科學(xué)研究的熱愛。
1.教學(xué)內(nèi)容分析
“基因在染色體上”一節(jié)位于人教版高中生物學(xué)必修2“遺傳與進化”第2章“基因和染色體的關(guān)系”的第2節(jié)。在第l章學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了孟德爾遺傳規(guī)律,了解個體水平上“遺傳因子”對性狀的控制和傳遞規(guī)律。在第2章的“減數(shù)分裂和受精作用”中,學(xué)生又學(xué)習(xí)了細胞水平有性生殖過程中染色體的行為變化。本節(jié)內(nèi)容在此基礎(chǔ)上起到畫龍點睛的作用,使學(xué)生將遺傳因子(基因)在親、子代間的傳遞過程與減數(shù)分裂和受精作用相聯(lián)系,理解孟德爾遺傳規(guī)律的實質(zhì)。
本節(jié)課是對科學(xué)發(fā)展過程的體驗,有助于學(xué)生理解如何探尋科學(xué)本質(zhì)。同時,薩頓假說和摩爾根的實驗驗證可以使學(xué)生從中體會實驗證據(jù)在科學(xué)發(fā)展過程中的重要性。此外,摩爾根的白眼果蠅系列實驗中蘊含著雜交、測交、回交等實驗的設(shè)計和分析思路,學(xué)生可借此復(fù)習(xí)經(jīng)典遺傳學(xué)研究思路。
“基因在染色體上”不僅是一個簡單的科學(xué)事實,一個重要的結(jié)論,也是分析遺傳學(xué)問題的重要思想。在遺傳學(xué)綜合題目中,分析基因在染色體上的位置,從而確定所符合的基因的傳遞規(guī)律是解題的關(guān)鍵。在下一節(jié)“伴性遺傳”的學(xué)習(xí)中,如果學(xué)生能夠?qū)⒒蚨ㄎ辉谔囟ǖ男匀旧w上,通過分析遺傳圖解或減數(shù)分裂和受精作用過程圖,即可降低解題難度。
綜上,本節(jié)內(nèi)容是學(xué)生體會遺傳學(xué)探究過程、理解遺傳規(guī)律本質(zhì)、解決遺傳學(xué)問題的關(guān)鍵。
2.教學(xué)目標(biāo)
1)知識目標(biāo):①回憶孟德爾遺傳規(guī)律、減數(shù)分裂和受精作用,引導(dǎo)關(guān)注基因與染色體的關(guān)系;
②理解基因在染色體上,闡明孟德爾遺傳規(guī)律的細胞學(xué)解釋,并運用其分析伴性遺傳等遺傳學(xué)問題。
2)能力目標(biāo):書寫摩爾根實驗的遺傳圖解,運用假說一演繹法得出“基因在染色體上”的結(jié)論。
3)情感態(tài)度與價值觀目標(biāo):理解并認同科學(xué)研究需要嚴(yán)謹?shù)膶嶒炞C據(jù)和大膽質(zhì)疑、勤奮實踐的科研精神。
3教學(xué)重點、難點
1)重點:①基因在染色體上的理論假說和實驗證據(jù);②理解孟德爾遺傳規(guī)律的細胞學(xué)解釋,并用于分析相關(guān)遺傳學(xué)問題。
2)難點:①體驗從提出假說到分析推理摩爾根實驗的完整科學(xué)探究過程;②利用孟德爾遺傳規(guī)律的細胞學(xué)解釋分析相關(guān)遺傳情境,如伴性遺傳等。
4教學(xué)活動及設(shè)計意圖
4.1還原歷史,暴露問題
孟德爾雜交實驗是學(xué)生認識遺傳學(xué)研究的重要途徑,其中涉及雜交、測交等實驗和“假說一演繹”的思路等。在學(xué)習(xí)了孟德爾遺傳規(guī)律、減數(shù)分裂和受精作用的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生將基因和染色體相聯(lián)系,不難發(fā)現(xiàn)兩者的平行關(guān)系,直接給出“基因在染色體上”的結(jié)論,學(xué)生也可以接受。如何體現(xiàn)摩爾根實驗的必要性及其對于遺傳學(xué)發(fā)展的意義?
要充分利用科學(xué)史,理解科學(xué)發(fā)展的過程,需要使學(xué)生置身于歷史的情境下。在遺傳學(xué)研究初期人們的關(guān)注點集中在遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)和遺傳性狀的傳遞2個方面?,而在孟德爾遺傳規(guī)律提出(1865年),甚至是再發(fā)現(xiàn)(1900年)的過程中,人們均無法解釋遺傳物質(zhì)(孟德爾提出的遺傳因子)的本質(zhì)是什么。隨著細胞生物學(xué)水平對染色體行為的觀察,減數(shù)分裂的過程被遺傳學(xué)家關(guān)注,薩頓等人將兩者相聯(lián)系得出薩頓假說。但這樣的假說對于只接受實驗證據(jù)的摩爾根和科學(xué)界而言是不具有說服力的。
設(shè)計意圖:暴露沖突才能引發(fā)思考,教學(xué)中需還原以上的科學(xué)史情境,使學(xué)生理解科學(xué)理論在其發(fā)展時代的先進性,認識到科學(xué)原理是需要實驗檢驗的,而非推測或經(jīng)驗的總結(jié)。
4.2把握機遇,尋求突破
孟德爾和摩爾根都不是因為幸運而得到重大發(fā)現(xiàn),實驗材料的選擇、細致的觀察和嚴(yán)謹?shù)臄?shù)據(jù)統(tǒng)計都十分重要。摩爾根在選擇實驗材料時也經(jīng)歷了不少“彎路”,通過比較,更能發(fā)現(xiàn)果蠅作為遺傳學(xué)研究材料的優(yōu)勢:易獲取、易飼養(yǎng)、繁殖率高、生活周期短、具有易識別的性狀等。
教師可以嘗試提問學(xué)生,你會用這只來之不易的白眼果蠅做哪些實驗?在學(xué)習(xí)孟德爾雜交實驗學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,學(xué)生也會想到先雜交再自交的實驗思路。在給出實驗結(jié)果時,也可先讓學(xué)生觀察、分析結(jié)果.發(fā)現(xiàn)問題,找到下一步探究的重點。
對摩爾根而言本是作為對孟德爾遺傳規(guī)律的動物學(xué)驗證性實驗,卻在精巧的統(tǒng)計中顯露出良好的研究契機——F:代中1/4的白眼果蠅全部為雄性。這使得已經(jīng)了解了果蠅性別和性染色體間關(guān)系的摩爾根產(chǎn)生了大膽的假設(shè)——控制果蠅眼色的基因,是否與果蠅的性染色體有關(guān)?
設(shè)計意圖:白眼果蠅的發(fā)現(xiàn)更是體現(xiàn)了摩爾根團隊鍥而不舍的科研精神和敏銳的洞察力。來之不易的突變體被選定為實驗的突破口,學(xué)生可以從模仿孟德爾的實驗探究人手,在實踐中體會實驗設(shè)計的核心,理解雜交實驗設(shè)計思路。
4.3大膽假設(shè),小心求證
顯而易見,果蠅的眼色與性別相關(guān),學(xué)生也很容易得到與摩爾根相似的猜測,控制眼色的基因隨性染色體遺傳,即該基因位于x染色體、Y染色體或X、Y染色體上同時存在。
“大膽假設(shè),小心求證”是科學(xué)研究的關(guān)鍵,以上3種可能的假設(shè)需要通過演繹設(shè)計實驗,并進行實驗驗證。
設(shè)計意圖:培養(yǎng)學(xué)生的實驗思想,滲透“假說一演繹”的研究方法。
4.4借助經(jīng)驗,提出方案
此時可以讓學(xué)生嘗試按照以上3種假設(shè)在染色體上標(biāo)注基因(例如XW表示X染色體上的紅眼基因,Xw表示X染色體上的白眼基因等),摩爾根的實驗現(xiàn)象。當(dāng)然,學(xué)生會面臨一個問題,即假設(shè)眼色基因只在X染色體上,或者在X、Y染色體上同時存在都可以解釋該現(xiàn)象。下一步需要設(shè)計什么實驗進行判斷?依據(jù)已有的實驗經(jīng)驗,學(xué)生會想到測交的方式。測交實驗有2組:白眼雄蠅與F。紅眼雌蠅測交,白眼雌蠅與紅眼雄蠅測交。此時可以幫助學(xué)生從測交的意義人手,選擇實驗方法。測交本質(zhì)是檢測待測個體產(chǎn)生配子的種類和比例,從而推斷該個體的基因型。本實驗的關(guān)鍵在于檢測紅眼雄蠅產(chǎn)生的帶有Y染色體的配子是否存在決定眼色的基因(Yw),因此,應(yīng)該選擇第2種組合,但是要得到白眼雌蠅,還需要進行第1種組合的實驗獲取實驗材料。
設(shè)計意圖:很多時候教師選擇直接給出摩爾根所做的3個重要實驗,讓學(xué)生直接分析結(jié)果得出結(jié)論。這樣就錯過了學(xué)生自己設(shè)計遺傳學(xué)實驗分析遺傳問題的過程。在此過程中,學(xué)生可以更深刻地理解雜交、測交、回交等實驗的意義,并學(xué)會有目的地設(shè)計實驗探究。整體把握實驗,每一步實驗設(shè)計都能夠體現(xiàn)遺傳學(xué)的研究思路,是提升實
驗設(shè)計和實驗分析能力的良好契機。
4.5溫故知新,落實方法
關(guān)鍵的實驗設(shè)計已經(jīng)確定,學(xué)生需要繪制2種(眼色基因在x染色體上或在X、Y染色體上同時存在)不同假設(shè)前提下的遺傳圖解,并與摩爾根的實驗結(jié)果進行比對,得出正確的結(jié)論——控制眼色的基因位于X染色體上。
設(shè)計意圖:在此過程中,學(xué)生不僅體會了分析結(jié)果得出結(jié)論的過程,同時也學(xué)習(xí)了伴性遺傳的遺傳圖解的書寫方式,學(xué)習(xí)了遺傳推斷的方法。
4.6深入本質(zhì),融會貫通
跟隨摩爾根的實驗,學(xué)生已經(jīng)體驗了科學(xué)研究的全過程,基因在染色體上的結(jié)論自然銘記于心。但這還不能達成本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。此時,帶領(lǐng)學(xué)生繪制減數(shù)分裂的過程圖解,并將2對等位基因(A/a;Bib)(位于非同源染色體上)標(biāo)注于染色體上。結(jié)合減數(shù)分裂和受精作用過程中染色體的行為變化,揭示孟德爾遺傳規(guī)律的本質(zhì)——減數(shù)分裂時等位基因隨同源染色體的分離而分離,非同源染色體上的非等位基因隨非同源染色體的自由組合而自由組合。
基因在染色體上,基因隨染色體的行為進行傳遞這一概念在“伴性遺傳”的教學(xué)過程中同樣非常重要。教學(xué)中可以訓(xùn)練學(xué)生通過書寫遺傳圖解的方式,分析伴x染色體顯性/隱性疾病的遺傳特點,而非死記硬背結(jié)論,這也是遺傳綜合性題目分析過程中不可或缺的能力。此外,在遺傳結(jié)果推斷中,學(xué)生需要通過判斷基因與染色體的位置關(guān)系判斷其符合的遺傳規(guī)律。
設(shè)計意圖:理解而后應(yīng)用,應(yīng)用也是對理解的最好鞏固,兩者相輔相成。該結(jié)論的靈活應(yīng)用是分析伴性遺傳、理解連鎖互換等遺傳學(xué)現(xiàn)象的重要前提。
4.7拓展討論,深化知識
摩爾根通過實驗和推理間接證明了基因與染色體的關(guān)系,卻沒有得到基因在染色體上的直接證據(jù),為保證教學(xué)的嚴(yán)謹性,教師可向?qū)W生介紹摩爾根團隊的布里吉斯,借助染色體不分離現(xiàn)象所得到的直接實驗證據(jù),完善教學(xué)內(nèi)容。布里吉斯通過大量重復(fù)白眼雌果蠅與紅眼雄果蠅交配,發(fā)現(xiàn)“初級例外子代”與“次級例外子代”的現(xiàn)象,并推理該現(xiàn)象與母本減數(shù)分裂性染色體未分離相關(guān),進而通過鏡檢直接觀察到性染色體三體的現(xiàn)象,從而得到了基因在染色體上的直接證據(jù)。
除此以外,教材還提供了熒光標(biāo)記基因在染色體上位置的圖片,通過現(xiàn)代分子技術(shù)將基因精準(zhǔn)定位于染色體上,更直觀地證明了基因與染色體的關(guān)系,體現(xiàn)了“基因在染色體上呈線性排列”的結(jié)論。同時更開拓了遺傳學(xué)研究的新思路,補充完善了現(xiàn)階段“個體一細胞一分子”多維度的遺傳學(xué)研究體系。
設(shè)計意圖:課堂教學(xué)內(nèi)容需要考慮學(xué)生的基礎(chǔ)知識和學(xué)習(xí)能力。教材中提供的摩爾根對于果蠅控制眼色基因與染色體關(guān)系的探究是對此部分內(nèi)容的基本要求,但要滿足每位學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,教師需要提供更多的學(xué)習(xí)資源,便于學(xué)生形成更嚴(yán)謹、完整的思維習(xí)慣。
5教學(xué)反思
本節(jié)課的設(shè)計將科學(xué)史中關(guān)于“基因與染色體的關(guān)系”的探討較全面地呈現(xiàn)在學(xué)生面前,使學(xué)生有機會體驗科學(xué)探究的全過程(雖然沒有親手做實驗,但將理論推理和前人的實驗結(jié)果結(jié)合得較好)。既體會到科學(xué)思想發(fā)展的不易,又直接感受實驗思想和嚴(yán)謹思維對科學(xué)探究的重要,同時還能收獲科學(xué)發(fā)現(xiàn)的樂趣。在還原歷史的情境下,
學(xué)生才能認識到在沖突和矛盾中不斷探究的重要性;經(jīng)歷了提出假設(shè)、設(shè)計實驗、嚴(yán)謹分析的過程,才能夠深刻領(lǐng)悟科學(xué)探究的意義。學(xué)生親身經(jīng)歷了探究過程,深刻地理解結(jié)論,學(xué)會運用基因在染色體上的思想分析遺傳學(xué)綜合問題,對今后的遺傳學(xué)學(xué)習(xí)具有重要的作用。

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