生物學是研究生命的科學。高中生物學新課程《標準》指出,提高每個高中學生的生物科學素養是本課程標準實施中的核心任務。為了實現“提高生物科學素養”這個基本理念,《標準》倡導探究性學習,力圖促進學生學習方式的變革,引導學生主動參與探究過程、勤于動手和動腦。也就是說,生物科學教育不僅要使學生獲得科學知識,而且要注重讓學生體驗科學過程,學會科學思維和掌握科學方法,要領悟生物科學的價值,養成實事求是的科學態度和一絲不茍的科學精神。為此,生物科學課程對教師的單元教學設計也提出了較高的要求。基于對新課程標準的學習和理解,本人對“基因自由組合定律”的教學設計如下。1教學設計的指導思想與背景梅瑞爾在《教學設計新宣言》一書中提到“教學的目的是使學生獲得知識技能,教學設計的目的是創設和開發促進學生掌握這些知識技能的學習經驗和學習環境”。通過學習減數分裂和基因分離定律等知識,學生已初步領悟科學探究是孟德爾雜交試驗法的精髓,即在雜交實驗基礎上發現和提出問題,用遺傳因子假說對問題作出假設,用測交實驗數據對假設進行檢驗,然后得出相應的結論。同時,學生也意識到等位基因分離的細胞學基礎。正因為如此,基因自由組合定律的教學設計可以改變傳統的教學模式,在學生已有知識和能力的基礎上,用層層質疑和環環相扣的情境問題,啟發學生從2對相對性狀遺傳現象入手,逐步深入地探究非等位基因之間的關系,直至基因自由組合定律的本質。在整個教學過程中,力求以少而精的科學知識為載體,培養學生的生物科學素養,增強學生的科學過程能力和應用知識的能力。2教學目標的設計2.1知識目標1說出孟德爾的2對相對性狀遺傳試驗的過程及結果,描述不同性狀自由組合的遺傳現象。2用基因控制性狀遺傳的觀點解釋不同性狀自由組合的遺傳現象,用測交法對位于非同源染色體上的非等位基因之間的遺傳關系加以論證并得出結論。3概述基因自由組合定律的基本論點并闡明其實質和細胞學基礎,認識基因重組是生物變異的原因之一,以及該定律對雜交育種工作的指導意義。2.2能力目標1在嘗試用基因觀點解釋2對相對性狀遺傳表現的過程中,接受科學方法的訓練,發展科學探究的能力。2結合對自由組合現象的理論解釋,以及根據測交試驗數據進行演繹推理的過程,培養抽象思維的能力。2.3情感態度價值觀目標1通過學習孟德爾2對相對性狀的遺傳試驗,進一步體驗科學研究的過程,體會孟德爾的科學思維方式和科學態度。2結合基因的自由組合定律的理論意義和在育種實踐中的應用,認同遺傳科學的理論價值和應用價值。3教學過程的實施3.1引入新課孟德爾在栽培豌豆的過程中,發現豌豆的7對相對性狀。他先從1對相對性狀的遺傳試驗入手,總結出基因分離定律。如果你就是遺傳學奠基人———孟德爾,你將怎樣繼續你的遺傳學研究?引出2對相對性狀的遺傳試驗。3.2觀察和描述2對性狀的遺傳現象,發現和提“基因自由組合定律”的教學設計畢詩秀(北京市第四中學北京100034摘要在學生已有知識和能力的基礎上,用層層質疑和環環相扣的情境問題,啟發學生從2對相對性狀遺傳現象入手,逐步探究位于非同源染色體上的非等位基因之間的關系,直至基因自由組合定律的本質。關鍵詞自由組合遺傳現象非等位基因基因自由組合定律中國圖書分類號:G633.91文獻標識碼:C2008年第43卷第10期生物學通報31出問題探究從發現和提出問題開始,問題則源于對研究對象進行觀察時產生的疑惑。教學時,先出示子葉黃色、圓粒豌豆和子葉綠色、皺粒豌豆進行雜交試驗的圖片資料。讓學生觀察相關的圖片后,描述孟德爾的2對相對性狀的遺傳試驗過程及其試驗現象。學生有了1對相對性狀遺傳試驗的學習基礎,能夠用習得的遺傳學術語準確地描述這組豌豆雜交試驗的過程和現象。學生在描述子葉黃色、圓粒豌豆與子葉綠色、皺粒豌豆雜交試驗過程和不同性狀自由組合的遺傳現象時,頭腦中會發生原有觀念與新知識之間的碰撞,從而產生疑惑,由疑惑到疑問需要理清問題生成條件的差異,因此,應及時地點撥他們回憶孟德爾對1對相對性狀遺傳表現的研究思路和方法,并結合新的問題情境提出需要進一步探討的問題。學生經過討論后,會圍繞著F1和F2的性狀表現提出3個問題:①F1的性狀表現都是顯性嗎?②F2為什么呈現9∶3∶3∶1的性狀分離比例?③F2為什么出現新的性狀表現———不同性狀之間的重組現象?3.3認識自由組合現象,作出合理的假設提出問題后,教師要引導學生對上述問題進行嘗試性解釋,即作出假設。首先,啟發學生對2對相對性狀分別進行分析,通過分析學生一旦發現每對相對性狀的遺傳都符合基因分離定律,即F2的分離比都是3:1,第1個問題就迎刃而解了。然后,鼓勵學生綜合分析2對相對性狀之間的遺傳關系,大膽地想象F2呈現的9∶3∶3∶1與2個3∶1之間可能存在的關系。學生經過思考會發現9∶3∶3∶1=(3∶12,也就是性狀重組的同時發生的比例重組,從而認識到不同性狀自由組合的遺傳現象是指雜種自交后代的性狀分離比為(3∶1n的遺傳現象。表1F2不同性狀自由組合的遺傳現象學生從上述表格中看出,不同性狀自由組合的遺傳現象有雙重表現:一是F2的性狀分離比呈(3∶1n;二是產生親本性狀的重組類型,如黃色皺粒和綠色圓粒。當他們一旦認識不同性狀自由組合的含義,就會意識到第2和第3個問題實際上是同一個問題,就是要從理論上探討對不同性狀自由組合遺傳現象的合理解釋。那么,怎樣引導學生探討不同性狀自由組合遺傳現象的理論解釋呢?首先,要引導學生對性狀和基因之間的關系作出假設,即2對性狀分別由2對等位基因控制,用Y-y代表控制子葉色(黃與綠的等位基因,用R-r代表控制粒形(圓與皺的等位基因。在該假設的前提下,師生共同寫出純質親本的基因型YYRR和yyrr。進而鼓勵學生圖解雙親產生的配子類型(分別是YR和yr、F1基因型(YyRr和表現型(黃圓,并要求他們說明F1表現顯性性狀的理由。在確認F1基因型和表現型的基礎上,啟發學生運用減數分裂的知識,推測F1可能產生的配子類型及其比例,并闡明其理由。這個問題是本節課的學習重點和難點,學生就此展開激烈的討論后得出3種答案:①Yy和Rr2種配子,②YR、Yr、yR、yr4種配子,③不確定,可能是YR、Yr、yR、yr4種,也可能是YR和yr2種。學生在討論這3種答案的科學性時,第1種答案遭到多數學生的否定,理由是減數分裂時同源染色體上的等位基因要分離,所以Y和y,R和r必須分開,不可能進入同一配子中。第2種答案的支持者最多,理由是等位基因分離,非等位基因自由組合。但有人質疑:為什么非等位基因之間自由組合,尤其是支持第3種答案的學生提出,如果2對等位基因位于1對同源染色體上,減數分裂時可能出現2種情況:若不發生同源染色體非姐妹染色單體的局部交換,YR不能分開,將產生YR和yr2種類型的配子;若發生同源染色體非姐妹染色單體的局部交換,則產生YR、Yr、yR、yr4種類型的配子。在學生僵持不下的時候,教師引導他們用圖解呈示2對等位基因在染色體上的位置,在學生畫出下面的2個圖解的基礎上,啟發他們根據圖解進一步思考在減數分裂過程中染色體動態及其基因行為。這樣,經過激烈的討論,最后達成共識:只有假設2能合理解釋孟德爾的實驗現象,即假設2對等位基因位于2對同源染色體上,也就是說非等位基因要位于非同源染色體上。只有在這種假設前提下,F1才能產生4種類型的配子且比例為1∶1∶1∶1。假設2對應圖假設3對應圖F2的分離比3/4黃色1/4綠色3/4圓粒9/16黃色圓粒3/16綠色圓粒1/4皺粒3/16黃色皺粒1/16綠色皺粒32生物學通報2008年第43卷第10期當學生認同F1的配子類型及比例為1∶1∶1∶1后,及時地組織他們用棋盤式寫出F2的16種組合方式,統計其9種基因型及比例和4種表現型及比例,并指出2種重組型———黃皺與綠圓的基因型及其在F2群體中的比例。3.4學生的“新”發現在上述探究活動后有位學生突然提出:“老師,用棋盤式統計法有些麻煩。”教師馬上鼓勵他說出自己的想法。該學生回答:“如果假設2成立的話,說明這2對同源染色體上的等位基因分離是獨立事件,那我們可以考慮用概率的乘法原理來統計F2的基因型和表現型及比例。”在他的啟發下同學們恍然大悟,此時課堂氣氛達到高潮,教師順勢請學生用乘法原理來解決問題,大部分學生都能用表格對F2的基因型和表現型及比例作出統計如下:表2YyRr自交的基因型及比例3.5檢驗假設,得出結論假設是否正確還需要檢驗。在這個學習環節,首先啟發學生思考:假設的核心問題是什么?是否可以效仿孟德爾用測交法進行檢驗?學生經過思考對假設的核心問題取得共識,即F1生成配子時,位于非同源染色體上的非等位基因之間自由組合,其配子類型及比例為1∶1∶1∶1,并明確可以效仿孟德爾用測交法進行檢驗。效仿孟德爾用測交法學生能夠規范地畫出F1和隱性親本yyrr進行測交的試驗圖解,能夠對測交后代的表現型及比例作出預期,當教師出示孟德爾的測交試驗數據時,學生能夠理解試驗結果與預期相符。但是,試驗結果與預期相符為什么就能夠證實假設的成立呢?有些學生對這個問題一時尚不能理解,原因是這里有一個演繹推理的過程,即F1與隱性親本類型的個體yyrr進行交配時,由于yyrr只能產生一種yr配子,其測交子代的表現型及比例僅僅取決于F1的配子類型及比例,也就是說,測交子代的表現型及比例真實地反映出F1的配子類型及比例。根據F1的配子有4種類型:YR、Yr、yR、yr,可以得出F1是雙雜合體(YyRr的結論;根據配子比為1∶1∶1∶1的證據,可以推知F1產生配子時非等位基因之間分離或重組的互不干擾性,以及非等位基因在染色體上的座位。當學生完成用演繹推理論證F1基因型及遺傳動態的過程后,可以組織學生總結提煉出基因自由組合定律的基本論點,概括自由組合定律的實質,并鼓勵學生說明F1產生配子時非等位基因之間分離或重組互不干擾的細胞學基礎,從而將習得的理性知識上升到遺傳理論的高度。4小結與反思探究學習的目標是啟迪學生科學思維,掌握科學方法,培養科學素養。為了充分體現這節課培養科學素養的價值,教師重組教學內容,層層設疑,通過一個個“懸念”勾起學生的好奇心和求知欲。如假設的核心———非同源染色體的位置,就是學生經過激烈的辯論總結出來的,使課堂氣氛達到高潮。學生的“新”發現也是其智慧的充分體現,把課堂氣氛推向另一個高潮。教師在備課時是想將這部分放在總結完自由組合定律實質之后,啟發學生去發現這個竅門,進一步加深對規律實質的理解,但是學生提前說出來了,說明經過在課堂上的討論,學生已經深刻理解了自由組合定律的實質,并聯想