人教版必修二《基因在染色体上》的教学案例
一、设计思想
依据课程标准提出的四条基本理念:提高生物科学素养、面向全体学生、倡导探究性学习、注重与现实生活的联系。深化理解课程理念,组织好本节课的探究性学习,这里我设置了两个探究活动,用彩色卡纸制作染色体和基因,感受基因和染色体的平行关系;用假说演绎法解释并验证摩尔根的果蝇实验。关注学科间的联系,本节课处理类比推理法的概念的时候,联系到物理上光与声的关系,有助于学生理解类比推理法。注重科学史的学习,本节教材后面有一个“科学家的故事”,恰如其分的把摩尔根和他的果蝇的故事用于教学中,增加了学生对本节重点内容的兴趣,同时让学生感受科学家敢于质疑、认真钻研、锲而不舍的精神。
二、教材分析
1.本节教材内容是“总结人类对遗传物质的探索过程”的一部分,教学难点较多,是培养学生思维能力的好素材。认真处理好本节的问题探讨,引导学生关注染色体和基因的关系。让学生自己参与探究活动,尝试提出与萨顿类似的假说。通过互动探究分析摩尔根的研究,用研究成果解释孟德尔的遗传定律。
2.本节是必修2《遗传与进化》的第二章第二节,本节内容是第一章《遗传因子的发现》的延续,表面上看要解决 “基因在哪里?”,根本是要解释孟德尔遗传定律的实质。在学习本节之前,学生已经学习了第一章“孟德尔遗传定律”,知道了“遗传因子”(即基因),第二章又学习了“减数分裂”,了解染色体在遗传中的变化规律,本节将两者联系起来,进行升华。学好基因和染色体的关系,又为第三章学习“基因的本质”做铺垫,因此本节内容起着承上启下的作用。学好本节内容具有重大意义,不仅可以激发学生的学习兴趣、提升探究能力,还能让学生学会并掌握科学的发现过程与研究方法。
3.本节课预计为1课时上完。 三、学情分析
学生已经学习了孟德尔的遗传定律和减数分裂,对遗传知识有了一定基础,所以对于本节萨顿的假说同学们不难提出,很容易理解和接受。摩尔根的果蝇实验是一个跟性别有关的遗传,实验中出现了性状分离,且分离比为3:1,这在孟德尔的实验中也出现过,半数学生能判断出果蝇眼色的显隐性关系,即白眼为隐形,红眼为显性。对学生而言相对较难的是提出该性状与性别与关,以及分析出是与X染色体有关,还是与Y染色
体有关。教师引导学生步步分析,能理解这部分内容,那么后面处理基因在染色体上呈线性排列,以及孟德尔遗传定律的现代解释就游刃有余了。
四、教学目标 ⑴知识目标:
①说出基因位于染色体上的理论假说和实验证据。
②运用有关基因和染色体的知识阐明孟德尔遗传规律的实质。
⑵能力目标:尝试运用类比推理的方法,解释基因位于染色体上。
⑶情感目标:通过学习本节,让学生了解科学研究的一般过程;认同科学研究需要丰富的想像力,大胆质疑和勤奋实践的精神,以及对科学的热爱。
五、重点难点
(1)教学重点:①基因位于染色体上的理论假说和实验证据。
②孟德尔遗传规律的现代解释。
(2)教学难点: ①运用类比推理的方法,解释基因位于染色体上。
②基因位于染色体上的实验证据。
如何证明基因在染色体上是本节课的重点,也是难点。 六、教学策略与手段
首先,考虑到学生的认知水平,知识的承上启下,我把前面所学的“减数分裂中染色体行为”和“孟德尔豌豆杂交实验中基因的行为”作为问题探讨,通过类比推理,猜想基因和染色体的关系。
本节课补充了 “摩尔根的果蝇的测交”内容,这有利于基本知识目标的达成,也理清了摩尔根实验验证的逻辑顺序,是对假说演绎法的回顾。
精心设置问题,层层递进,学生自己发现新的问题,这样学生就会感到有一种成就感,激发了其学习兴趣。学生经过一定的思考作答,促进了学生对问题的讨论。
以学生为主体,多设置一些学生活动,引导其自己发现新问题,这样课堂气氛明显活跃。本节课有两个学生活动,活动一是让学生用不同颜色的彩色卡纸做出染色体,再在染色体上标注基因,从而很自然的就将基因和染色体联系了起来。活动二是让学生根据摩尔根的假说写出图解解释实验现象。让一位学生代表到黑板上完成一个图解,其他学生在下面自己完成图解,然后大家再就该图解进行点评和分析。每个学生都参与了完成图解的过程,又从别人的图解中发现一些与自己共同存在的问题,教师也能利用学生的图解进行及时有效的指导。
七、课前准备
同学们课前预习本节课,并完成导学案上的相关内容,教师对导学案进行批改,对于学生预习情况,特别是困惑比较大的问题做到心中有数。课前分发彩色卡纸,学生提前做好染色体和基因的模型,便于课堂探究性学习。准备好课件。
八、教学过程
(一)复习思考以下问题,导入新课
1、根据孟德尔遗传定律分析:一个基因型为AaBb的个体,可产生多少种配子? 2、一个体细胞内有两对同源染色体的生物,在减数分裂形成配子时最多可产生多少种配子?
分析染色体和基因有没有共同之处?(猜测出基因和染色体的关系) (二)萨顿假说
1、学生阅读课本P27,分析基因与染色体的关系: 基因的行为 染色体的行为 传递中的性质 杂交过程保持完整性和独立在配子形成和受精过程中保持性 稳定性 体细胞中的存在形式 成对 成对 配子中的存在形式 成单 成单 在体细胞中的来源 一个来自父方,一个来自母方 一个来自父方,一个来自母方 形成配子时的组合方自由组合 非同源染色体自由组合 式 类比:基因和染色体之间具有平行关系。
2、小组合作学习P28“思考与讨论”:在染色体上标注基因,并解释孟德尔一对相对性状的实验。
学生探究活动一:让学生用不同颜色的彩色卡纸剪裁制作携带基因的染色体,从而很自然的就将基因和染色体联系了起来。学生不难发现不管是F1还是F2代,结果与前面孟德尔所做的实验是完全一致的。
通过此过程,让学生亲自实践萨顿假说的发现过程,从而引出类比推理的概念。 类比推理是一种科学的思维方法。在这里,将看不见的基因与看得见的染色体的行为进行类比,根据惊人的一致性,提出基因位于染色体上的假说。类比推理得出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。 美国的一位生物学家摩尔根,就用经典的果蝇杂交实验验证了萨顿假说。 (三)摩尔根的实验
让学生阅读,并观察果蝇杂交实验图解,回答下列问题: (1)为什么选果蝇作为实验材料? (2)如何判断显隐关系?
(3)果蝇的白眼性状遗传有什么特点?性别有何关系? (4)是什么决定了果蝇的性别?
(5)如果控制果蝇眼色的基因用字母W表示,而且它位于X染色体上,你能用基因W和X染色体写出摩尔根的两组果蝇杂交实验的遗传图解吗?
同学们阅读P28的相关信息,了解果蝇的特点,并进行归纳总结:易饲养、繁殖快、后代多。在生物学上,实验材料的选择对实验的成败至关重要,正是这只果蝇改写了摩尔根和遗传学的历史。在这个环节,引入摩尔根和他的第一只白眼果蝇的故事,激发学生对科研的热爱,学习科学家锲而不舍的坚持和对科学的奉献。第一个问题学生可以自己解决。
呈现摩尔根的实验:
P:红眼(雌) X 白眼(雄)
F1: 红眼(雌、雄)
F1雌雄交配
F2 :红眼(雌、雄)3/4 白眼(雄)1/4
F1代红眼雌雄个体交配,后代既有红眼也有白眼,这在遗传学上叫什么现象?学生不难答出是性状分离。根据我们做题的经验,性状分离中新出现的性状为隐性性状。F2代中性状分离比为3:1,符合孟德尔遗传定律,它和豌豆杂交试验中出现的3:1相同吗?细心的同学这时发现F2代白眼果蝇只有雄性没有雌性,进而提出与性别有关。
对第(4)个问题学生没有基础。所以采用讲述法,直接将性染色体的类型以及它与性别的关系呈现给学生。
摩尔根和他的同事经过反复推论,确定控制白眼的基因位于X染色体上,Y上没有它的等位基因,对上述的实验现象就有了合理解释。 学生探究活动二:思考并讨论新问题
根据摩尔根的假说(决定果蝇眼色的基因位于X染色体上),重新画出果蝇杂交的遗传图解。
请学生代表在黑板上写出遗传图解,其他同学在练习本上写。从中发现问题,并改正。
P: XWXW(雌) X Xw Y(雄) ↓ ↓ ↘
配子: XW Xw Y
F1:XWXw(红眼) XWY(红眼)
F1雌雄交配 F1:XX X XY
配子 XW Xw XW Y
F2:XWXW XWXw XWY Xw Y ( 红眼雌性) 红眼雄性 白眼雄性 1 : 1 : 1 : 1
红眼(雌性、雄性)(1+1+1):白眼(雄性)1,即3:1。成功的解释了上述实验。
要验证这一解释,需要进行测交实验。写出测交的遗传图解,预测测交的结果。用上述实验F1代的红眼雌果蝇杂合子与白眼雄果蝇进行杂交。
派学生代表在黑板上写出遗传图解,其他同学在练习本上写。进行分析,验证摩尔根的解释是正确的。
通过学习基因位于染色体上的实验证据,培养学生实验分析能力;重温了假说演绎法。
引导学生自己得出结论:基因位于染色体上。(把一个特定的基因与特定的染色体联系在一起,证明控制果蝇眼色的基因在X染色体上) (四)巩固提升
通过摩尔根的实验证明了基因在染色体上,那么一条染色体上是不是只有一个基因?
思考:果蝇的体细胞内4对染色体,被人们研究过得基因就有数百个;人的体细胞只有23对染色体,却有3~3.5万个基因,基因与染色体可能有怎样的对应关系呢? 结论:一条染色体上有许多个基因。
经过摩尔根和他的学生的努力,绘出第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置的图。现代分子生物学技术将基因定位在染色体上。 事实证明:基因在染色体上呈线性排列。
画一组染色体和基因关系图,进一步区分相关概念。
回顾同源染色体的概念,强调什么是等位基因?什么是同质基因?什么是非等位基因?对于常染色体,位于一对同源染色体上同一位置控制同种性状的基因,若同型为同质基因;若异型为等位基因;其他情况均互为非等位基因(可以位于同源染色体上,也可以位于非同源染色体上)。
(五)孟德尔遗传规律的现代解释。
基因的分离定律的实质是:在杂合子的细胞中,位于一对同源染色体上的等位基因,具有一定的独立性;在减数分裂形成配子的过程中,等位基因会随同源染色体的分开而分离,分别进入两个配子中,独立地随配子遗传给后代。
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