崔榮榮

(江蘇省常州市田家炳高級中學 213001)

1 教材分析

“基因在染色體上”是人教版高中生物學教材《遺傳與進化》第一章第二節(jié)的內(nèi)容，包括“薩頓的假說”和“基因位于染色體上的實驗證據(jù)”兩部分。學生通過第一章的學習，已經(jīng)了解孟德爾的兩大遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，認識遺傳因子(基因)在遺傳中起著關(guān)鍵性的作用；通過第二章第一節(jié)“減數(shù)分裂的過程”的學習，又進一步認識到染色體在遺傳中也起著重要作用。但是，學生對于基因到底是什么，基因與染色體存在怎樣的聯(lián)系是不清楚的。本節(jié)內(nèi)容正是這兩者的橋梁，可從薩頓的假說到摩爾根的實驗證據(jù)為兩者找到結(jié)合點，即“基因在染色體上”。本節(jié)的教學重、難點是基因在染色體上的實驗證據(jù)，即基因在染色體上的科學史教學。科學史教學不僅僅是對科學歷史事實的簡單回顧，而是應該利用科學史的經(jīng)典實驗以及相關(guān)材料引導學生自主探究。筆者嘗試應用生物科學史，以假說演繹法為主線，通過黑箱建模的方法進行本節(jié)的教學，以發(fā)揮學生學習的主動性，加深理解其中的生物學知識和原理，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力。

2 教學目標

2.1 知識目標 說出基因位于染色體上的理論假說和實驗證據(jù)。

2.2 能力目標 利用“黑箱法”進行探究，提高對問題的分析判斷能力以及聯(lián)想和創(chuàng)造能力。

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標 體驗合作學習的快樂和成功解決問題的滿足感；認同科學研究需要豐富的想象力，大膽質(zhì)疑和嚴謹求實的精神。

3 教學過程

課前準備：學生采集果蠅，采集時氣溫最好在18℃～28℃之間，以酵母菌為主食，或用葡萄皮、香蕉皮和蘋果皮等進行收集(葡萄皮效果最佳)。收集器皿為錐形瓶、廣口瓶、礦泉水瓶等。待果蠅飛入收集瓶中時用棉塞塞住瓶口。若收集瓶中有雌果蠅(大多為非處女蠅)，放置7～10 d后便可觀察到果蠅完整的發(fā)育過程。通過這樣的過程，學生不僅能夠認可果蠅作為遺傳學研究的實驗材料所具備的優(yōu)點，而且還能激發(fā)內(nèi)在的學習興趣。

3.1 建立黑箱 以教材的“問題探討”導入，讓學生嘗試將孟德爾分離定律中的“遺傳因子”改成“同源染色體”后念一遍。設問：是否感覺這個替換有問題？[染色體的行為變化和遺傳因子(基因)存在一致性]再讓學生思考:人只有23對染色體，卻有幾萬個基因，基因和染色體之間可能存在怎樣的對應關(guān)系？(基因可能在染色體上)從而建立黑箱 “基因是否在染色體上”。

3.2 分析輸出信息，發(fā)現(xiàn)問題，大膽推測，建構(gòu)第二次輸入信息 展示摩爾根的雜交實驗(圖1)，提問：你從這個實驗中有哪些推測，又有哪些疑惑？學生根據(jù)F2中紅眼與白眼的比值為3:1，推斷出眼色基因的遺傳符合孟德爾的分離定律，并且紅眼為顯性，白眼為隱性，同時提出疑問“為什么白眼果蠅都為雄性？”讓學生根據(jù)自己的知識儲備，提出相應的推測(學生推測果蠅的眼色基因可能在性染色體上)，教師展示果蠅染色體組成，并說明X染色體和Y染色體為特殊的同源染色體，在結(jié)構(gòu)上存在相似的結(jié)構(gòu)，也有各自特有的結(jié)構(gòu)，引導學生進一步將眼色基因在性染色體的位置具體化，嘗試提出假說。絕大部分學生能夠提出如下2種假說：①控制眼色的基因在Y染色體上，而X染色體上沒有對應的等位基因；②控制眼色的基因在X、Y染色體上。學生對第一種假說最容易想到，對以下第三種假說“控制眼色的基因只在X染色體上，而Y染色體上沒有對應的等位基因”則憑直覺將其排除。

在此過程中雜交實驗相當于輸入信息，實驗結(jié)果相當于輸出信息，學生對輸出信息進行深入思考、分析以及大膽推測，最終做出假說，這是學生主動建構(gòu)黑箱的二次輸入信息的過程。

圖1 果蠅雜交實驗圖解

3.3 再次輸入信息，分析輸出信息，構(gòu)建第三次輸入信息 基于第一章孟德爾假說演繹的過程，學生認識到所提出的假說，首先要能夠解釋已經(jīng)做過的實驗(即圖1的雜交實驗)。教師對學生進行分組，分別對3種假說以遺傳圖解的形式進行分析，分析結(jié)果如圖2、3、4所示：

圖2 假說1的遺傳圖解

圖3 假說2的遺傳圖解

圖4 假說3的遺傳圖解

從分析結(jié)果看，第一種假說“控制眼色的基因只在Y染色體上”被否定，而這一假說是之前學生憑直覺提出的最多的一種假說；第三種假說竟然滿足雜交試驗的結(jié)果。這一輸出信息對學生的認知形成強烈的沖擊，好奇心和探究欲望大增。在此，教師提醒學生在提出假說時必須以事實為依據(jù)，不能憑主觀臆斷。

教師引導學生回顧：孟德爾在發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律過程中，提出的假說除了要滿足事實依據(jù)(已經(jīng)做過的實驗)外，還要能預測未曾做的實驗，一般用什么實驗來檢驗假說呢？(學生順其自然地想到測交，從而第三次輸入信息確定)

3.4 輸入第三次信息，分析構(gòu)建第四次輸入信息 教師引導同桌2人為一組，分工合作分別完成第二種和第三種假說的演繹推理，并分析實驗結(jié)果(圖5、6)。

圖5 假說2的測父遺傳圖解

圖6 假說3的測交遺傳圖解

從輸出信息看出，第二種假說和第三種假說若用測交，子代的表現(xiàn)型及其比例完全相同，這樣的結(jié)果再次出乎學生的意料。如何才能檢驗哪種假說是正確的呢？教師引導學生思考分析，重新設計雜交實驗使這兩種假說的實驗結(jié)果在子代表現(xiàn)型上出現(xiàn)差異，從而確定假說的正確性。這個過程難度大，學生無從入手，需要教師梳理分析，做好鋪墊。

教師引導：根據(jù)前面的實驗，已經(jīng)得到的雌果蠅：野生型紅眼雌果蠅(XWXW)，紅眼雌果蠅雜合子(XWXw)，白眼雌果蠅(XwXw)；已經(jīng)得到的雄果蠅：紅眼果蠅(XWY/XWY-)，白眼雄果蠅(XwY/XwYw)。用這些果蠅已經(jīng)做過的雜交實驗有：野生型紅眼果蠅與白眼雄果蠅雜交；雜合的雌果蠅與紅眼雄果蠅雜交；雜合的雌果蠅與白眼雄果蠅雜交。對以上這3個實驗，假說2和假說3都滿足實驗結(jié)果。那么還未做的雜交組合就剩：野生型紅眼雌果蠅和紅眼雄果蠅；白眼雌果蠅和白眼雄果蠅；白眼雌果蠅和紅眼雄果蠅。通過這樣的梳理，難度顯著降低，很快確定使用第三種雜交組合：白眼雌果蠅和紅眼雄果蠅。但是假說2中之前實驗中得到的紅眼雄果蠅有兩種類型，即野生型XWYW和雜合子XWYw，應該用哪種類型的紅眼雄果蠅呢？由學生畫出遺傳圖解進行分析(圖7)，很顯然，用白眼雌果蠅與野生型紅眼雄果蠅進行雜交可以達到檢驗假說的目的，從而確定第四次輸入信息。

圖7 白眼雌果蠅與紅眼雄果蠅遺傳圖解

3.5 驗證假說，得出結(jié)論 展示摩爾根測交實驗的結(jié)果：紅眼♀129只，紅眼♂132只，白眼♀88只，紅眼♂86只，以及白眼雌果蠅和野生型紅眼雄果蠅的雜交實驗，子代出現(xiàn)白眼雄果蠅，從而說明假說3是正確的，即控制果蠅眼色的基因只存在于X染色體上，Y染色體上不存在其等位基因。也就說明基因在染色體上。

4 教學反思

黑箱方法是指在不打開黑箱的前提下,通過控制輸入和輸出信息來了解黑箱的功能和特性，探索其結(jié)構(gòu)和機理的一種科學方法。本節(jié)內(nèi)容從薩頓的假說到摩爾根的實驗證據(jù)，實際上是科學家探索發(fā)現(xiàn)“基因在染色體上”的科學發(fā)展史過程。在教學中將科學史轉(zhuǎn)化成學生主動探究發(fā)現(xiàn)的過程，以假說演繹法“分析實驗—提出問題—作出假說—演繹推理—實驗驗證—得出結(jié)論”為主線，用黑箱建模的教學方法，通過分析輸出信息，四次構(gòu)建黑箱的輸入信息，不斷地檢驗、修改、再檢驗的循環(huán)過程，最終得出結(jié)論。

在探究的過程中，不僅能夠讓學生體驗科學探究的過程，而且能夠培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，以及敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新，嚴謹求實的科學態(tài)度和科學精神。