“假说—演绎法”在建构生物学概念中的运用 ——以人教版高中“基因在染色体上”为例教学设计.docx

“假说演绎法”在建构生物学概念中的运用 以人教版高中“基因在染色体上”为例一、教材分析“基因在染色体上”位于人教版 2019年版必修 2·遗传与进化第二章第二节,教材的第 1章已经详细阐述了基因的分离和自由组合定律，又在第 2章的“减数分裂和受精作用”一节中清楚地呈现了同源染色体分离以及非同源染色体自由组合的过程。而以上知识恰好可以作为本节课的学习支架，得出基因和染色体之间的平行关系这一论断，进而引出萨顿“基因在染色体上”的假说。在科学史上,研究减数分裂的萨顿为提出者,摩尔根团队在研究过程中以果蝇为实验材料,运用假说-演绎法,“误打误撞”地成为证明者,这个过程正好落实了课程标准“概述性染色体上的基因传递和性别相关联”的要求，为下一节揭示伴性遗传的规律做了很好的铺垫。本节课利用了假说演绎法研究方法，帮助学生通过科学思维以及团队合作体验了科学规律探究过程，进一步揭示了生命现象的本质，强化了生命观念。二、学情分析通过第1章的学习，学生已经掌握了基因的分离和自由组合遗传规律，清楚了等位基因发生分离，非等位基因发生自由组合的事实。在第 2章的“减数分裂和受精作用”中，学生又了解了有性生殖过程中染色体的行为变化，明白了在形成配子的过程中同源染色体要发生分离，而非同源染色体则要进行自由组合。本节课的要旨则是利用学生已获得的知识和已生成的能力，寻找学习的最近发展区。让学生通过亲自动手模拟非等位基因和非同源染色体的分离及自由组合，帮助学生体验基因和染色体之间的平行关系，进而深刻理解孟德尔遗传规律的实质。三、教学目标本节课对应的课标要求是“有性生殖中基因的分离和重组导致双亲后代的基因组合有多种可能。概述性染色体上的基因传递和性别相关联”。结合教材内容和学生实际情况，将本节课的教学目标设定如下：1. 通过构建减数分裂过程中染色体的变化和孟德尔遗传规律中基因的变化模型，运用归纳概括演绎推理等科学思维，阐明基因在染色体上。2. 通过分析摩尔根团队的科学史材料,推理“基因在色体上”的实验证据,并运用“假说演绎法”体验摩尔根证实基因在染色体上的实验过程，认同科学研究需要团队合作，大胆质疑及勤奋实践。3.运用有关“基因在染色体上”的观点阐明孟德尔遗传定律的实质,构建相关生物学概念。教学重难点：注重科学规律探究过程，如何揭示生命现象的本质及生命观念。四、教学设计思路本节课以任务驱动的形式，用 3个任务单把本节课的内容联系起来。在教学中采用构型构建，科学实验数据的分析，科学探究方法指导、学生体验式活动、学生展示、知识与能力生成。最后揭示遗传规律本质的基本思路。1.教学应用创新点（1）将教学内容设计成三个体验式学习活动，让学生在活动中体验知识，认识知识，理解知识，并在获取知识的过程中提升能力，注重了知识和能力的生成性。（2）利用学生活动，自主生成教学挂图，该教具生动形象的展示出性状的呈现规律，很好的帮助学生理解基因在染色体上的科学本质。（3）整个教学过程充分以体验和模拟的方式体现了生物学科科学探究、科学思维等学科素养的落实，师生配合默契。（4）突出学生主体地位，重视学生核心素养的提升，通过学生活动，达成学生科学思维和科学探究素养的养成与提高。五、教学过程（一）创设情境，引入课题播放有关人类基因组计划的视频，思考：人的体细胞中有 46条染色体，但是揭示人类基因组遗传信息的人类基因组计划却只测定人的 24条染色体的 DNA序列。为什么不测定全部46条染色体?为什么要对染色体进行测序呢?这说明基因和染色体之间存在怎样的关系?学生：根据事实，思考和讨论联想到基因和染色体的行为存在某种关系，推测基因可能在染色体上，一条染色体上有许多个基因。【设计意图】从科学实验的事实出发，创设问题情境，有目的地引导学生思考基因和染色体的关系，激发探究的兴趣。（二）萨顿的假说教师引导：在第 1章我们已经学习了孟德尔遗传规律，掌握了基因的分离和自由组合定律。在第 2章的“减数分裂和受精作用”中，我们又学习了细胞水平有性生殖过程中染色体的行为变化。现在请大家分组对减数第一次分裂后期染色体行为和配子形成中基因的分离和自由组合行为分别进行模拟，并对染色体和基因的行为进行比较分析。学生活动 1：体验萨顿提出假说的过程活动要求：1、3、5、7组利用白色卡纸做载体，使用彩笔染色体的分离与自由组合结果。2、4、6、8组利用透明塑料纸模拟基因的分离与自由组合现象。将奇数组和偶数组的作品进行比较，分析染色体和基因之间的关系？学生展示，如图所示，将奇数组和偶数组的作品重叠后进行比较，偶数组（利用透明塑料纸做载体）作品在上，效果如图学生总结：染色体和基因的行为变化具有平行关系，经过类比推理，我们猜测基因极有可能就在染色体上。教师：萨顿也是利用了同样的方法，得到了同样的假说。【设计意图】让学生通过模拟活动，学生亲身体验萨顿提出假说的过程，比较分析、归纳总结，领悟内化思维方法。让学生了解科学推理的逻辑性和严谨性，引出摩尔根的果蝇杂交实验。（三）基因位于染色体上的实验证据1. 观察实验、提出问题介绍果蝇并小组代表说说摩尔根为什么选用果蝇作为实验材料？果蝇的红眼和白眼性状，哪种是显性？为什么？F2中红眼果蝇和白眼果蝇的性状分离比是多少？是否符合分离定律？果蝇白眼性状的遗传有什么特点？如何解释？要解释这个现象，先了解果蝇体细胞染色体的组成。介绍雌雄果蝇体细胞染色体的组成，并明确性染色体和常染色体的概念2. 推理想象、提出假说如何解释白眼性状的遗传总是与性别有关，对此摩尔根作出了什么假设？假设一：控制白眼、红眼的基因仅在 Y染色体上（即 X染色体上没有它的等位基因）。用遗传图解对现象解释假设二：控制白眼的基因仅在 X染色体上（即 Y上不含有它的等位基因）。遗传图解对现象解释假设三：控制白眼、红眼的基因即在 X染色体上，又在 Y染色体上。用遗传图解对现象解释通过经过讨论认为假说一不能成立，因为如果假说一成立，即控制眼色的基因仅位于 Y染色体上,则红眼和白眼性状只在雄果蝇中出现,雌果蝇没有该性状,显然不符合实验现象。学生活动 2：体验果蝇杂交实验分析过程教师提问：通过 F2中白眼果蝇全是雄性这一事实可以说明果蝇的眼色遗传与性别相关联，而果蝇的性别是由性染色体决定的，为 XY型，那么这是否意味着决定眼色的基因就在性染色体上呢？活动要求：绘制以 XY染色体表示的果蝇杂交实验图解。分组按照“假设二”“假设三”利用 W和 w基因贴纸，在绘制好的以 XY染色体表示的果蝇杂交实验图解上模拟摩尔根对果蝇杂交实验的分析过程。统计后代表现型比例，对模拟结果中 F2的性状及比例进行统计和分析。学生活动结果展示，如图 5和图 6图 6 模拟后以基因和染色体共同表示的遗传图解学生归纳：从上述遗传图解分析可知假说二和假说三都能解释摩尔根的实验结果，但是正确答案只能有一个，请同学们按照孟德尔的实验设计思路，思考并设计实验加以验证。3. 演绎推理、预期结果启发学生根据孟德尔豌豆杂交实验中的方法，采用测交实验来检验上述假说。学生分组依据假说二和假说三书写测交遗传图解得到预期结果，并投影展示。测交实验 1：利用 F1中的红眼雌果蝇和白眼雄果蝇测交，预测结果如下：测交实验 2：利用白眼雌果蝇和红眼雄果蝇测交，预测结果如下：4. 测交实验、验证结果展示摩尔根的研究团队进行了相关测交实验结果：测交实验 1用 F1中的红眼雌果蝇和白眼雄果蝇测交得到的数据是红眼雌果蝇、白眼雌果蝇、红眼雄果蝇、白眼雄果蝇的数量分别为 129只、88只、132只、86只；测交实验 2用白眼雌果蝇和红眼雄果蝇测交得到的数据是红眼雌和白眼雄果蝇的数量分别为 10635只和 9849只。学生分组讨论上述实验数据说明哪个假说是正确的？你能得出什么样的结论呢？实验结论:控制白眼性状的基因(w)在 X染色体上。【设计意图】教学中创设问题情境，创设“争相提问、争相回答”的探究氛围，培养学生的观察能力和问题意识，让学生自主的探究并展示书写的遗传图解养学生实验分析能力，规范的写出遗传图解，来解决遗传问题。感受科学家严谨治学的态度，在潜移默化中提升学生的生物科学素养。(五)孟德尔遗传规律的现代解释学生活动 3：分组运用染色体的物理模型和带有粘贴条的基因实物模型，把基因定位在染色体上并在黑板上模拟减数分裂的全过程。小组谈论，分析和归纳基因的分离定律与自由组合定律的实质。培养学生动手动脑的能力。【设计意图】让学生动手操作，利用基因在染色体上的理论来解释孟德尔遗传规律，并分小组讨论归纳两大遗传规律的实质。让学生动手模拟减数分裂过程中基因和染色体行为的变化，思考：人类基因组计划，为什么要测定 24条染色体上的 DNA序列,而不测定全部 46条染色体?学生：人有 22对常染色体和 1对性染色体。在常染色体中，每对同源染色体的形态、大小相同。结构相似，上面分布的基因是相同的或者是等位基因，所以只对其中 1条进行测序就可以了;而性染色体 X和 Y的差别很大，基因也大为不同，所以两条性染色体都需要测序，因此人类基因组计划测定了 22条常染色体和两条性染色体 X和 Y,共 24条。如果测定 46条染色体，耗资巨大，工作量会增加一倍，但得到的绝大多数基因序列都是重复的。六、教学反思体验式探究活动是一种发挥学生主观能动性，通过学生自己的操作，使用成熟的科学探究方法，主动感知理解知识的内涵、外延以及与相近知识的逻辑关系，并在体验中主动提升能力的教学活动。教师要在备课中做足功夫，准确找出学生学习的最近发展区、兴趣点以及探究活动中的障碍。在活动设计时有的放矢，利用已有知识和方法建立探究框架，采用学生乐于接受和喜爱的方式开展活动，必要时要及时对难点进行点拨。本节课采用学习过的孟德尔遗传规律和减数分裂知识建构探究框架，利用之前已掌握的假说演绎法和新学习的类比推理法作为方法指导，通过学生喜爱的绘图和贴纸方式开展活动，帮助学生理解并建构本节课知识，通过探究在生成能力的同时得出实验结论，达到对真理的认知。在教师主导的前提下，充分发挥和尊重学生的主体地位，利用学生的主动性落实科学思维、科学探究等生物学核心素养。学科网（北京）股份有限公司