基于新課程標準的“基因在染色體上”一節(jié)的教學設計與實施

唐 鳳

(江蘇省南京市第一中學 南京 210001)

1 教材分析及設計思路

“基因在染色體上”是人教版高中生物學必修2《遺傳與進化》第2章“基因與染色體的關系”第2節(jié)的內(nèi)容。教材按照生物學發(fā)展歷程展現(xiàn)了人類對遺傳物質探索過程的一個階段： 遺傳學家薩頓在研究蝗蟲的精子和卵細胞形成的過程中，運用“類比推理”的方法提出“基因位于染色體上”，摩爾根通過果蠅雜交實驗提出了實驗證據(jù)，現(xiàn)代分子生物學提出了觀察證據(jù)。教材編排上，本節(jié)位于遺傳因子的發(fā)現(xiàn)、減數(shù)分裂和受精作用之后，是聯(lián)系細胞遺傳學和分子遺傳學的重要樞紐，在“遺傳與進化”的知識體系中具有承上啟下的重要作用。

對于基因與染色體的關系，學生通過初中階段的學習已經(jīng)有所了解，所以本節(jié)課重點關注了“類比推理”“假說—演繹”兩種科學的思維方法，以及科學研究中勇于質疑、嚴謹推理的態(tài)度?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準(2017年版)》(以下簡稱新課標)對課堂教學提出要求： 生物學課程要求學生主動的參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習以及實踐能力[1]?；谝陨峡紤]，本節(jié)教學的設計圍繞三個方面展開：

1.1 聚焦大概念 在遺傳因子的發(fā)現(xiàn)、減數(shù)分裂等知識的基礎上，學生運用“類比推理”“假說—演繹”的方法，將基因定位在細胞核中的染色體上，進一步明確遺傳因子就是基因，認識到基因的物質本質，基因與生物的遺傳有關，基因伴隨染色體發(fā)生分離和重組，通過配子傳遞給后代，從而將本節(jié)的內(nèi)容聚焦在必修課程模塊2中的大概念上，有利于正確的進化與適應觀的形成。

1.2 探究活動促進科學思維的形成 再現(xiàn)薩頓、摩爾根的探究過程、呈現(xiàn)科學家探究的相關資料的形式創(chuàng)設情境，以問題驅動、小組合作學習的形式，激發(fā)學生的探究熱情，引導學生展開思維探究、學會應用“類比推理”“假說—演繹”兩種科學的思維方法解決實際問題。

1.3 培養(yǎng)社會責任，實現(xiàn)育人價值 適當補充摩爾根進行果蠅雜交實驗的背景，激發(fā)學生對科學的熱愛，認同科學研究需要大膽質疑、嚴謹求證，培養(yǎng)質疑、求實、創(chuàng)新以及勇于實踐的科學精神，將新課標中提出的“立德樹人”的教育根本任務切實落實到課堂教學中。

2 教學目標

基于課程標準的內(nèi)容要求、學業(yè)要求和學業(yè)質量標準，并圍繞培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學目標：

(1) 通過比較基因和染色體的行為,類比說出基因和染色體的關系,學會類比推理的方法,嘗試運用薩頓的假說解釋一對相對性狀的雜交實驗。

(2) 應用假說—演繹法對果蠅眼色遺傳的現(xiàn)象進行解釋，證明基因與染色體的關系,認同基因的物質本質。

(3) 嘗試運用類比推理和假說—演繹的方法解決問題，闡明孟德爾遺傳規(guī)律的細胞學本質,認同科學的發(fā)展是一個不斷探索、不斷進步的過程，科學研究過程需要大膽質疑和勤奮實踐的精神。

3 教學過程

3.1 創(chuàng)設情境，導入新課 出示孟德爾的圖片、DNA分子雙螺旋結構模式圖。教師講述： 19世紀，孟德爾發(fā)現(xiàn)了遺傳的兩大定律之后，人們意識到遺傳因子是客觀存在的，開始了對遺傳物質的探索過程，那么基因到底在哪里呢？讓我們共同穿越回到19世紀，解開基因在哪里之謎。

設計意圖： 利用圖片和語言產(chǎn)生的代入感，創(chuàng)設生動的歷史畫面，激發(fā)學生的學習興趣，養(yǎng)成關注科學發(fā)展的習慣。引出本節(jié)學習的內(nèi)容。

3.2 薩頓的假說 課前，教師編制學歷案，將一對相對性狀的雜交實驗中的遺傳因子的行為(圖1)、染色體的行為(圖2)，以圖示的形式直觀呈現(xiàn)出來，并且按照學生認知特點設置了系列問題： ① 將豌豆雜交實驗中的遺傳因子(基因)、染色體的變化補充完整。②基因和染色體在雜交過程中有哪些相似之處？③如果將分離定律中的遺傳因子換成同源染色體,這個替換有問題嗎?基因與染色體的關系是怎樣的？④完成教材28頁“思考與討論”,用薩頓的假說解釋孟德爾的一對相對性狀的豌豆雜交實驗。⑤薩頓通過類比推理認為基因位于染色體上的推論是否正確？

圖1 豌豆雜交實驗中的遺傳因子

圖2 雜交實驗中減數(shù)分裂的染色體

課上，學生在問題的驅動下自主學習后，小組代表對問題逐一進行展示。學生在完成了前3個問題的探究后，自然可以說出基因在染色體上的推論。教師對學生的推論給予肯定，出示蝗蟲減數(shù)分裂后期同源染色體相互分離的照片，講述： 科學家薩頓在研究蝗蟲精子和卵細胞形成過程中，觀察到染色體的行為后，發(fā)現(xiàn)染色體的行為與孟德爾假想出來的遺傳因子的行為高度一致，提出“基因在染色體上”。教師對類比推理的科學方法進行界定，介紹其在科學研究中的應用，提出問題：“基因在染色體上”的推論正確嗎？學生思考后作出回答： 因為缺少實驗和觀察的證據(jù)，所以類比推理的結果往往還需要經(jīng)過實驗的證明，順利進入探究有關實驗證據(jù)的教學。

設計意圖： 學生根據(jù)已有的知識或經(jīng)驗，繪圖完善基因和染色體的行為，總結比較相似之處，作出相關推論。將教學知識轉換為層次鮮明、具有系統(tǒng)性的問題鏈，讓學生通過自主探究的形式學會類比推理的科學方法。教師的主導性和學生的主體性能夠很好的結合，預設和生成實現(xiàn)了完美結合。

3.3 基因位于染色體上的實驗證據(jù) 新課標中提出： 學生應該在學習過程中逐步發(fā)展科學思維[1]。所以，摩爾根通過果蠅雜交實驗對薩頓假說的驗證，是引導學生展開科學探究、形成科學思維的良好素材。按照科學研究發(fā)展的歷程，通過資料呈現(xiàn)創(chuàng)設情境，以假說—演繹法的一般過程作為主線，設置任務、問題串驅動學生主動展開思維探究，體驗假說—演繹的科學方法(圖3)。

圖3 基因位于染色體上的實驗證據(jù)教學流程圖

在了解到X和Y兩條染色體在果蠅的性別決定中的遺傳方式和作用之后，針對白眼性狀總是與性別相聯(lián)系的質疑，學生作出三種假設： ①白眼基因只位于X染色體上；②白眼基因既在X染色體上，也在Y染色體上；③白眼基因只位于Y染色體上。利用F1中的雜合紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅設計測交實驗，可以將假設③排除。一種正確的假說，僅能解釋已有的實驗結果是不夠的，還應該能夠預測另一些實驗結果[2]。教師引導學生注意此測交實驗的后代中出現(xiàn)了白眼雌性果蠅XwXw，設計XwXw與紅眼雄蠅的測交實驗并預測結果。只有當白眼基因只位于X染色體上時，才與實驗的結果一致，證明白眼基因只位于X染色體上，進一步得出基因位于染色體上的推論。教師給予肯定后，講述摩爾根的探究過程，指出強烈的質疑是摩爾根研究的動力，敏銳的觀察是他作出正確假設的前提，嚴謹求實的精神是摩爾根正確結論得出的保障。之后，通過問題串與資料呈現(xiàn)的形式，學生認識到基因在染色體上呈線性排列。學生用基因的染色體學說解釋孟德爾的分離定律和自由組合定律。

設計意圖： 側重學生的自主探究和思維能力的培養(yǎng)，伴隨探究歷程的再現(xiàn)，學生在問題、任務驅動下自主探究，再次深刻認識假說—演繹的思維方法的一般步驟，體會假說—演繹的方法解決問題的過程。體會到大膽質疑、嚴謹求實、勤奮實踐等優(yōu)秀的品質對于科學研究的重要意義。

4 教學反思

本節(jié)課的教學設計中，在立足新課標基礎上，教師進行了三個方面的觀念轉變： 從關注怎么教，到關注學生怎么學，從而將課堂活動的主體確定為學生，通過探究歷程的再現(xiàn)、任務設置、問題串驅動等形式，實現(xiàn)了學生的自主學習。從三維目標到核心素養(yǎng)的轉變： 教學目標的制訂中，對教材內(nèi)容背后的探究歷史進行挖掘后，將教學目標的重點定位為類比推理、假說—演繹兩種科學思維方法的形成。關注核心素養(yǎng)達成的具體方法，每一條教學目標中都應有相對具體的評價方法，以評價促進學生的學習和發(fā)展。立足新課標的基礎上進行的思考和設計，是課堂轉型的起點，也是將核心素養(yǎng)具體落實的起點，同時對教師也提出了更高的要求。