|
1.教材分析 本节课是高中生物（人教版）必修2《遗传与进化》第2章的第2节：基因在染色体上。之前，已经学习了孟德尔的两个遗传定律和减数分裂的过程。但此时学生对孟德尔定律和减数分裂过程的理解是相互孤立的，不能把减数分裂和生物的遗传现象整合起来，这就很难理解基因分离和自由组合定律的实质。而本节课正是二者之间的桥梁，学生能够通过基因和染色体的关系，把抽象的遗传因子具体化，从减数分裂的角度理解基因的分离和自由组合定律的实质。也就是说，遗传定律的发现是从性状的遗传规律来推测遗传物质的传递规律；确定遗传物质在细胞中的位置是从细胞学观察的角度来直观地认识遗传物质的传递规律。本节课中萨顿的假说、摩尔根的果蝇遗传实验恰好从逻辑思维和实验证据两方面为两者找到了结合点，即遗传因子（基因）在染色体上。本节课还是后续内容如伴性遗传、基因突变和基因重组、染色体变异、人类遗传病等内容的基础。 教材按照科学发现史的顺序安排教学内容，有助于学生体验科学的过程与方法，同时展示了科学结论的发展性和可修正性，对于学生质疑能力和批判性思维能力的培养起到了较好的作用。本节课科学史资料所蕴含的学生探究素材非常丰富，萨顿通过类比逻辑推理提出假说、摩尔根通过果蝇实验验证假说，体现了科学方法在科学发现中的重要作用。这些素材运用得当可较好地培养学生的探究能力与科学推理能力。 2.教学流程图（复制不了，呵呵！） 3.教学过程 3.1什么是类比推理？ 用尽量生动的语言给学生讲述阿基米德发现浮力原理的故事，并且提出问题：阿基米德是通过怎样的推理方法把“人体进入浴池”和“皇冠体积测量”联系起来的？让学生体会这种类比推理的方法后再告诉学生，日常生活中这种推理也很常见，比如现在的公务员考试就有许多相关题目，如： 82.（08年国家公务员行政能力测试，82）争议：仲裁：听证 A．诉讼：审判：旁听 C．突发事故：现场抢救：善后处理 让学生尝试选择正确答案，然后请一位学生谈谈选择的依据是什么？该题需要比较三个词之间的逻辑关系。“争议：仲裁：听证”之间的逻辑关系是：争议可以通过仲裁这样一个方式来解决，这个过程中可能存在听证。最为匹配的是A：诉讼可以通过审判来解决，这个过程中可能存在旁听。通过比较，找出相同点，是解决这个问题的关键。 以讲故事的形式引入“类比推理”这种科学思维方法，再通过一个问题的分析让学生体验这种方法的应用，学生当然会对此感兴趣，为下一步教学过程中类比推理方法的运用做好铺垫。 3.2萨顿的假说—引导学生尝试类比推理 萨顿将看不见的基因与看得见的染色体的行为进行类比，根据其惊人的一致性，提出基因位于染色体上的假说。该内容适合进行基于资料的课堂探究活动，可以根据下列材料和问题进行。活动完成后要注意提醒学生：类比推理的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要观察和实验的检验。 资料一：（可通过多媒体呈现）孟德尔定律重新发现不久，引起人们的极大兴趣。1902年，美国遗传学家萨顿（W.S. Sutton 1877～1916）认识到豌豆产生配子时遗传因子（基因）的行为和减数分裂中染色体的行为有着精确的平行关系。 提出问题1：请分析遗传因子（基因）和染色体的行为有哪些平行关系？尝试总结出来。 根据学生的实际情况，教师也可以先引导学生分别复习孟德尔定律和减数分裂过程同源染色体的行为，在复习过程中给以提示，然后再让学生总结归纳。目的是让学生通过自主分析与思考，通过比较寻找二者的内在联系。可采用小组合作讨论、代表展示的方式，这样对学生来说，具有更大的挑战性，更能激发他们学习的兴趣和激情。最后教师引导学生一起总结归纳出下表。 提出问题2：通过对遗传因子与同源染色体的行为变化的比较，展开你的想象，你能作出怎样的推测或假设？ 经过类比推理，学生一般都能从中悟出遗传因子（基因）和染色体的本质联系。能够在思考的基础上提出2个可能的假设：①染色体就是基因；②可能基因在染色体上，染色体是基因的载体。 提出问题3：此时告诉学生，一个生物的性状都是有基因控制的，大多数生物的性状成百上千，这些性状都是由基因控制的，但生物的染色体数目却是有限的，比如，人的染色体只有23对，你能根据这个事实检验上述假设是否成立吗？ 很显然，生物的基因数目远大于染色体数目，经过思考，学生一般可以排除假设①，保留假设②。 假设②也正是科学家在当时得出的结论。把科学家的研究成果告诉学生，让学生体验自主探究获得成功后带来的乐趣。1902年，美国遗传学家萨顿（W．Sutton，1877－1916）比较研究了减数分裂过程中染色体行为与孟德尔定律的遗传因子的行为，二者有惊人的平行关系。这种比较研究的结果令他极为振奋，因为他已经意识到，基因很可能就在染色体上，由此提出了著名的“萨顿假说”。萨顿在“遗传和染色体”一文（1903年）中说：“父本和母本的染色体联合成对及它们在减数分裂中的分离构成孟德尔定律的基础”。就是说，只要假定基因是在染色体上，分离定律和自由组合定律就会从细胞水平得到解释。 现在我们也许认为“萨顿假说”并无惊人之处，但在20世纪初却十分轰动，由此引发了一场激烈的争论。萨顿虽然证明了基因行为和染色体行为是平行的，但是平行并没有反映出两者具有一定的前因后果和空间位置的必然联系，那么基因和染色体的关系究竟是怎样的呢？还必需通过一定的实验予以验证。 确实，萨顿提出的假说在当时并没被多数人认同。持不同意见的人认为，基因和染色体的平行关系最多不过是彼此同时发生而已，把孟德尔的基因同染色体相提并论显得有点似是而非，过于牵强。美国的哥伦比亚大学生物系的生物胚胎学家摩尔根(T. H. Morgan，1866～1945)受大学中学术气氛的影响，终生信奉大学里“一切通过实验”的原则。他就认为孟德尔是“思辨”臆测，宣称绝不接受这种“没有实验基础”的理论。因此他试图用实验来解决这个问题。 3.3 摩尔根(T.H.Morgan，1866～1945)幸运地得到一只罕见的白眼雄果蝇，他的研究过程给我们教学提供了一个“假说--演绎法”的训练素。 摩尔根的实验结果（发现问题）→分析问题（提出假说）→对假说进行推理性解释（演绎推理）→设计或分析实验（验证推理的正确性从而说明假设成立）。这个过程以基于资料的课堂探究活动为主线，把学习的权利还给学生，但注意适当的提示和点拨。让学生不仅得到科学方法的训练，而且能顺利掌握基因位于染色体上的证据。 资料二（假说—演绎法之发现问题）：（可通过多媒体呈现，也可以讲故事的形式呈现）1908年，摩尔根开始用果蝇作为实验材料，研究生物遗传性状中的突变现象。1910年5月，摩尔根在红眼的果蝇群中发现了一只异常的白眼雄性果蝇。他以前从来没有见过这样的类型，因此这只果蝇是罕见的突变品种。摩尔根激动万分，将这只宝贝果蝇放在单独的瓶子中饲养。每天晚上，摩尔根带着这只果蝇回家，睡觉时将实验瓶放在身边，白天又带着它去上班，生怕果蝇出现意外。在他的精心照料下，原本虚弱的白眼果蝇终于在与一只红眼雌性果蝇交配后才寿终正寝，将突变的基因留给了下一代果蝇，留给了苦心栽培它的摩尔根。十天后，第一代杂交果蝇长大了，全部是红眼果蝇。不要为白眼基因的缺席担心，按照孟德尔的学说，红眼基因相对白眼基因是显性，因此珍贵的突变基因只是躲到了后台。摩尔根当然不会放过检验前人理论的机会，他用第一代杂交果蝇互相交配，产生第二代杂交果蝇。焦急地等待了十天，摩尔根得到了第二代杂交果蝇，其中有3470个红眼的，782个白眼的，基本符合3：1的比例。这下，摩尔根对孟德尔真正服气了，实验结果完全符合孟德尔从豌豆中总结出的规律。 当摩尔根用放大镜再次定睛观察这些白眼果蝇时，他发现了一个不同于孟德尔规律的现象。按照孟德尔的自由组合规律，那些长着白眼的果蝇，它们的性别应当是有雄性的，也有雌性的。然而这些白眼果蝇居然全部是雄性，没有一只是雌性的。也就是说，突变出来的白眼基因伴随着雄性个体遗传。摩尔根终于从果蝇身上看到了孟德尔在豌豆上观察不到的现象。这种现象怎么解释呢？ 资料三（辅助性资料）：（可通过多媒体呈现）20世纪初期，一些生物学家已经在一些昆虫的细胞里发现了性染色体。果蝇的体细胞中有4对染色体，3对是常染色体，1对是性染色体，雌果蝇中这对性染色体是同型的，为XX；在雄果蝇中这对性染色体是异型的，为XY。生物的性别是由性染色体决定的，性别决定图解如右图。此问题初中曾学习过，可一带而过。 提出问题4（假说—演绎法之提出假设）：摩尔根的白眼雄果蝇和野生红眼雌果蝇杂交实验，在F2中所有白眼果蝇全部为雄性，而生物的性别又是由性染色体决定的。发挥你的想象力，根据上述资料二和资料三，你能提出一个合理的假设吗？ 由于白眼性状的遗传总是和性别相关，所以白眼基因很可能就在性染色体上。根据资料的分析与推理，学生不难作出假设，一般能够提出下列可能的假设: 假设1：控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体上没有它的等位基因; 假设2：控制白眼的基因在Y染色体上，而X染色体上没有它的等位基因; 提出问题5（假说—演绎法之演绎推理）: 如果假设1成立，你能写出摩尔根的两组果蝇杂交实验的遗传图解吗？如果假设2成立呢？通过遗传图解能否检验上述假设是否合理？学生可以画出如下图的遗传图解，并组织小组讨论上述假设是否成立。 假设2不符合摩尔根的实验结果，学生经过讨论很快可以推翻假设2，并推知假设1刚好可以解释实验结果。根据合理的假设1，按照孟德尔的遗传理论，应该如何设计实验来验证假设？同学们想一想，如果利用子一代进行测交实验，我们会得到什么结果？通过问题引导学生进行演绎推理。 学生回忆孟德尔的实验理论，很容易想到测交实验，经过思考和讨论，可以推理出测交实验结果应该为：红眼（♀）︰白眼（♀）︰红眼（♂）︰白眼（♂）＝1︰1︰1︰1。这就是我们演绎推理的结果，而这个结果需要实验验证才能成为支持假设的结论。 提出问题6（假说—演绎法之实验验证）:该实验不适合在课堂上重演，但是可以通过实验设计和分析的方法对学生进行科学方法训练。回忆孟德尔的实验方法，用遗传图解表示实验过程。 通过小组展示→评价→修正，充分发挥学生自主、合作、探究学习的积极性。告诉学生摩尔根后来经过测交得到的实验结果和我们的分析完全一致，让学生在体验成功的快乐中完成这次探究。 提出问题7：换个看问题的角度，请同学们尝试根据以上的分析与推理来说明基因与染色体的关系？ 这个问题的答案正是摩尔根最重要的收获，白眼雄果蝇和野生雌蝇杂交，子一代雌雄个体交配，子二代只有雄性个体中出现白眼性状，正好说明控制眼色的基因只存在于X染色体上，Y染色体上没有它的等位基因。从而说明了，基因与染色体的关系，即基因在染色体上。 资料四：（可通过多媒体呈现）人类基因组计划表明，人有3万多个基因。但是人类只有46条染色体。 提出问题8：染色体和基因的数量对应关系如何？一个基因一条染色体吗？ 该问题较简单，学生通过思考可以得出结论：一条染色体上有多个基因（因为学生在课外对人类基因组计划都有所了解，所以不作提示学生也完全能够解决这个问题）。 简单介绍基因的免疫荧光染色技术，结合课本上的彩图，告诉学生利用现代生物化学技术完全可以直接观察到基因在染色体上的分布情况。由此让学生认同科学技术的发展对科学理论建立的影响作用。 3.4 孟德尔遗传规律的现代解释 我们已经知道了基因是在染色体上，能不能从减数分裂的过程中分析孟德尔的基因分离和自由组合的原因呢？这个问题是对学生进行模型方法训练的较好素材。模型构建是高中学生必须掌握的科学方法之一，该方法是以简化和直观的形式来显示复杂事物或过程的手段。该过程可以让学生体验减数分裂过程中染色体与基因的动态关系，理解配子形成过程基因表现出分离和自由组合的原因。 构建模型活动：请利用给出的材料，以小组为单位制作减数第一次分裂和减数第二次后期的细胞模型。材料：红色和蓝色橡皮泥（制作染色体模型）；标签纸若干（可粘贴到染色体模型上标注基因）；白纸（画出细胞轮廓）。让学生按照下列步骤开始模型构建与探究。告诉学生，此过程的目的是体验基因与染色体的动态平行关系。 ①用橡皮泥制作两对同源染色体（长的红、蓝各一个和短的红、蓝各一个），在相应位置粘贴标签纸，用笔标注两对等位基因Y、y和R、r。 ②首先取其中1对同源染色体在白纸上画出细胞轮廓，制作减数第一次分裂后期细胞模型，体验基因和染色体的动态关系。 提出问题：在配子形成过程中，孟德尔描述的成对基因（遗传因子）为什么表现出分离？（该问题并不需要学生立即回答，而是用于指导学生进行思考。） ③把2对同源染色体都用上，制作减数第一次分裂后期细胞模型，体验2对基因和2对染色体的动态关系。 提出问题：在配子形成过程中，孟德尔描述的控制不同性状的2对基因（遗传因子）Y、y和R、r为什么表现出自由组合？（该问题并不需要学生立即回答，而是用于指导学生进行思考。） 在此过程中教师要对各组学生进行指导，解答学生提出的问题，并适时予以适当的评价。 提出问题9：回忆孟德尔的基因分离定律和基因自由组合定律的内容，既然我们已经知道了基因与染色体的关系，想一想，能不能利用减数分裂的知识对此进行完善？ 对科学家的理论进行完善，具有挑战性，学生很兴奋也很感兴趣。需要给学生留下足够的讨论时间，根据学生的讨论的情况选择小组代表进行展示，其余小组修正，最后教师和学生一起总结归纳。教师最后指出：用遗传的染色体学说能十分圆满的解释孟德尔定律。 该教学过程运用模型建构的方法，让学生利用模型模拟减数分裂过程中染色体与基因的行为，具有直观性、趣味性、易操作等特点，很适合在课堂上让学生进行分组活动。学生亲身经历制作过程，就很容易发现其中的要素与关键。通过分组活动，便于合作交流，小组各成员能分工合作、相互促进和提高。他们不仅要动手做，而且要动脑想，突出模拟制作的教育价值。 4.教学体会与反思 本节课利用科学史发展过程中科学家对基因与染色体关系的探索与研究为主线，以基于类比推理、演绎推理、模型构建的科学思维方法训练为核心，让学生在学习基础知识的同时得到科学方法与科学思维的训练，并体验科学理论发展的不断完善过程与可修正性，认同科学技术的发展对科学理论建立的作用与影响。 生物科学史不仅提供了相关的科学知识，其中的科学推理、科学方法也是较好的教学素材，可以较好地让学生领悟科学家是如何发现问题、寻找证据、合理推理的，体验科学家不断深化对问题认识的过程和科学探索的精神。所以，在生物教学中恰当地应用科学史，充分发挥其教育功能，将有助于我们实现“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三位一体的课程目标。 |
|
|
