基因的分離定律系列微課教學設計

摘 要：在本系列教學中，以基因的分離定律實質及計算應用為教學重難點，在網絡教學的特殊時期，引導學生結合數學邏輯與生物學概念、過程，掌握假說推理的科學思路和遺傳計算的基本方法，多維度提高學科素養。

關鍵詞：基因的分離定律;系列微課;學科素養

一、教材分析

蘇教版普通高中課程標準實驗教科書《生物2：遺傳與進化》第三章第一節是基因的分離定律，包括基因的分離定律、孟德爾實驗的科學方法以及基因的分離定律的應用三部分內容。本節內容是銜接減數分裂與遺傳計算的紐帶。學生在此前一章已經學習過減數分裂，可從同源染色體分離這一角度更準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分裂在宏觀水平上的應用。本章第二節基因的自由組合定律，則要求學生在充分熟練應用基因的分離定律的基礎上，再引入相互獨立事件的概率計算，因此，學習基因的分離定律也顯然是學習基因的自由組合定律的基礎。

二、教學目標

（一）科學思維

1.能準確聯系減數分裂理解基因分離定律的實質。

2.能理解并辨析基因型、表現型、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、測交等遺傳學基本概念。3.能復述孟德爾一對相對性狀雜交實驗的基本過程及結論。4.能說出孟德爾成功的原因。5.能結合概率基礎完成有關基因分離定律的計算。

（二）科學探究

1.能理解孟德爾實驗的內在邏輯。2.能初步體會科學探究實驗，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概念后，將兩者對接并應用。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）生命觀點與社會責任

1.能體會科學的發展是各門科學有機結合共同推進的結果。2.能體會推動科學發展的不一定是掌握精密儀器的“科學家”，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、教學重難點及解決方法

（一）重點、難點的設定

本章節內容的重點有三部分：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;三是基因分離定律的計算與應用。圍繞這三個重點的教學難點有三：一是準確理解和辨析眾多遺傳學概念;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學統計的必要性;三是基因分離定律的計算與應用，這一部分與數學概率計算關系密切，是師生在教與學的過程中，一致認為“最不像生物學”的高中生物學知識，也正因此使其成為教與學的難點。

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

（二）怎樣圍繞重點，突破難點，實現教學目標

針對難點一：遺傳學概念并不獨立存在，而是依托在具體的遺傳學事件中，教師可在介紹孟德爾實驗及推理的過程中穿插介紹。本節設計的遺傳學概念雖然數量多，但不難理解，困難是容易混淆，教師應使用最準確的語言，并適當重復和強調。

針對難點二：孟德爾實驗的內在邏輯和推理思路，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學生生物學學科素養的進步。教師在幫助學生學習這一部分內容時，應先交代清楚孟德爾已知什么，想探索什么，再引導學生思考，有什么困難，應當想什么辦法解決？實驗的結果是什么？根據已知的事實，可以從這個結果推導出什么結論？這個結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計方法，引導學生思考，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，以及沒有采用數學統計法，將產生什么樣的后果？通過這一連串的問題，幫助學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，再應用到其他的科學探究問題中。透過前人的工作，了解科學研究的根本思路并加以應用，一方面體會科學之美，另一方面解決新的問題，也正是我們學習科學最本質的原因之一。

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，這一節涉及的概率計算，學生在初中就已經學過并且絕大多數同學都能掌握。若脫離生物課本，把本節中“性狀分離比模擬實驗”中的概率問題單獨拿出來要求學生計算，學生均能輕松解決，但一旦轉換成生物問題，有些學生就不會了。感到棘手的部分是，有關遺傳定律的計算，學生在學習時呈現嚴重的兩極分化，一部分學生不用教師教，通過自己做練習就能掌握，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，學生的困難不是不會算，而是在面對生物問題時，無法聯想，不能有效調動已經掌握的數學技能。同時，這部分學生在最開始嘗試遺傳定律計算時，就因此受挫，產生畏難情緒，自我懷疑，從而在整個遺傳定律的學習中，都陷入惡性循環。針對這個難點，在本系列學習中，教師采用的方法是，在真正開始學習遺傳定律前，就在第一節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、配子等生物學概念，單純以數學問題的形式出現，要求學生計算概率，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。學生能輕松解決以上數學計算，可鼓勵學生已經掌握了遺傳定律計算的基本技巧，給學生學習的信心。再要求學生利用課余時間多想多練，先充分熱身，熟練數學計算。在第二節課后再要求學生對接生物學概念，此時可做到游刃有余。

在學生掌握了基本的概率計算并與生物學概念對接后，教師應循序漸進，由簡到難，搭建合適的階梯，引導學生逐個解決本章節有可能遇到的遺傳計算問題，并幫助學生嘗試解決配子死亡等特殊情況的高階遺傳學計算問題。在日常教學中，由于課堂時間有限，并不能保證每位同學都有足夠的時間獨立思考。特殊時期的網絡微課教學則提供了難得的條件，學生可自己掌握學習節奏。對于遺傳定律的計算這一部分內容，若教師能提出恰當的問題，而學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、教學過程

（一）微課視頻一：遺傳定律的數學基礎本環節即性狀分離比模擬實驗，因在引入時未涉及生物學概念，故此僅稱為“抓球實驗”。本環節包括四部分：第一部分，已知袋中乒乓球組成，要求學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，抓球規則的辨析，這一部分應盡量把后續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，乙袋變為20只白球20只黃球，抓球結果是否有變化？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？”

這一環節微課視頻長度僅為12分鐘，學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可能出現的計算問題，絕大多數學生可在這一環節以純數學的方法輕松解決這些問題，獲得比較輕松愉快的學習體驗。同時，教師可鼓勵學生在課后模仿教師，自己給自己繼續出題。通過這一環節，學習能力較強的同學，基本可以提前熟悉并掌握本章節需要的所有計算技巧，學習能力稍弱的同學在后續學習中，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。本環節圍繞孟德爾的實驗過程及推理思路進行，以教師的講授為主。在介紹孟德爾的實驗過程中，教師應以最準確的語言介紹各種遺傳學概念;在引導學生揣摩孟德爾的實驗思路時，教師應圍繞“孟德爾已知遺傳因子控制性狀，親代通過精卵結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，逐步分析體會孟德爾的思路和基本邏輯。這一部分的學習節奏學生可自行掌握，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。無論以何種節奏學習，分析完全部的實驗過程后，必須要求學生獨立回顧復盤，體會完整的科學探究思路。

本環節微課視頻長度為30分鐘，實際學習時間約為45分鐘。在視頻最后，教師應要求學生回顧環節一的抓球實驗，將抓球實驗中的各要素，與分離定律中涉及的生物學概念和過程對接，從而為第三節課做好準備。

（三）微課視頻三：基因的分離定律的計算與應用。本環節微課是微課視頻一和微課視頻二的有機結合與應用。學生在準確理解遺傳學概念和較長時間揣摩練習數學概率計算后，方可開始這一環節的學習。這一環節分成三部分，難度循序漸進。第一部分是常規情況的計算，包括，已知親本基因型，求配子、子代基因型、表現型及比例;已知子代基因型或表現型比例，反推親本基因型;已知親本及子代表現型，推導顯隱性關系及基因型;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。

這一環節的微課視頻總時長41分鐘，在學習時，每一類型的問題都要求學生先自己思考，再繼續播放核對思路和答案，因此實際學習時間至少需要90分鐘，可切割成第一部分、第二三部分共兩節課完成。

五、教學后記

基因的分離定律以及后一章節的基因的自由組合定律是高中生物學知識體系中比較特殊的部分，師生在教與學的過程中，常常感到與其說是在探索生物學，不如說是在操練數學。這一感受雖然真實，但其實錯失了科學學習的精髓。遺傳定律這一章最珍貴的內涵：一是孟德爾的實驗思路及推導邏輯;二是將數學模型與生物學概念對接的學科遷移能力。在抗擊新冠肺炎的特殊時期，學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內容，幫助借助這一難得的機會，深入理解這一章真正珍貴的內涵，提升學科素養。

參考文獻;

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

[2]王嵐.基于深度學習的“基因的分離定律”復習課教學設計[J].生物學教學，2019，44（9）：26-27.

作者簡介;李幽蘭（1987—），女，南京師范大學附屬中學，中學一級教師，碩士研究生學歷。