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        基于新課程標(biāo)準(zhǔn)的“基因在染色體上”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

        2019-08-01 09:02:00
        生物學(xué)教學(xué) 2019年7期
        關(guān)鍵詞:薩頓類比推理染色體

        唐 鳳

        (江蘇省南京市第一中學(xué) 南京 210001)

        1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

        “基因在染色體上”是人教版高中生物學(xué)必修2《遺傳與進(jìn)化》第2章“基因與染色體的關(guān)系”第2節(jié)的內(nèi)容。教材按照生物學(xué)發(fā)展歷程展現(xiàn)了人類對(duì)遺傳物質(zhì)探索過(guò)程的一個(gè)階段: 遺傳學(xué)家薩頓在研究蝗蟲(chóng)的精子和卵細(xì)胞形成的過(guò)程中,運(yùn)用“類比推理”的方法提出“基因位于染色體上”,摩爾根通過(guò)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)提出了實(shí)驗(yàn)證據(jù),現(xiàn)代分子生物學(xué)提出了觀察證據(jù)。教材編排上,本節(jié)位于遺傳因子的發(fā)現(xiàn)、減數(shù)分裂和受精作用之后,是聯(lián)系細(xì)胞遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)的重要樞紐,在“遺傳與進(jìn)化”的知識(shí)體系中具有承上啟下的重要作用。

        對(duì)于基因與染色體的關(guān)系,學(xué)生通過(guò)初中階段的學(xué)習(xí)已經(jīng)有所了解,所以本節(jié)課重點(diǎn)關(guān)注了“類比推理”“假說(shuō)—演繹”兩種科學(xué)的思維方法,以及科學(xué)研究中勇于質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)推理的態(tài)度?!镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo))對(duì)課堂教學(xué)提出要求: 生物學(xué)課程要求學(xué)生主動(dòng)的參與學(xué)習(xí),在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí),養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣,形成積極的科學(xué)態(tài)度,發(fā)展終身學(xué)習(xí)以及實(shí)踐能力[1]?;谝陨峡紤],本節(jié)教學(xué)的設(shè)計(jì)圍繞三個(gè)方面展開(kāi):

        1.1 聚焦大概念 在遺傳因子的發(fā)現(xiàn)、減數(shù)分裂等知識(shí)的基礎(chǔ)上,學(xué)生運(yùn)用“類比推理”“假說(shuō)—演繹”的方法,將基因定位在細(xì)胞核中的染色體上,進(jìn)一步明確遺傳因子就是基因,認(rèn)識(shí)到基因的物質(zhì)本質(zhì),基因與生物的遺傳有關(guān),基因伴隨染色體發(fā)生分離和重組,通過(guò)配子傳遞給后代,從而將本節(jié)的內(nèi)容聚焦在必修課程模塊2中的大概念上,有利于正確的進(jìn)化與適應(yīng)觀的形成。

        1.2 探究活動(dòng)促進(jìn)科學(xué)思維的形成 再現(xiàn)薩頓、摩爾根的探究過(guò)程、呈現(xiàn)科學(xué)家探究的相關(guān)資料的形式創(chuàng)設(shè)情境,以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、小組合作學(xué)習(xí)的形式,激發(fā)學(xué)生的探究熱情,引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)思維探究、學(xué)會(huì)應(yīng)用“類比推理”“假說(shuō)—演繹”兩種科學(xué)的思維方法解決實(shí)際問(wèn)題。

        1.3 培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任,實(shí)現(xiàn)育人價(jià)值 適當(dāng)補(bǔ)充摩爾根進(jìn)行果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的背景,激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱愛(ài),認(rèn)同科學(xué)研究需要大膽質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)求證,培養(yǎng)質(zhì)疑、求實(shí)、創(chuàng)新以及勇于實(shí)踐的科學(xué)精神,將新課標(biāo)中提出的“立德樹(shù)人”的教育根本任務(wù)切實(shí)落實(shí)到課堂教學(xué)中。

        2 教學(xué)目標(biāo)

        基于課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求,制訂了如下教學(xué)目標(biāo):

        (1) 通過(guò)比較基因和染色體的行為,類比說(shuō)出基因和染色體的關(guān)系,學(xué)會(huì)類比推理的方法,嘗試運(yùn)用薩頓的假說(shuō)解釋一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)。

        (2) 應(yīng)用假說(shuō)—演繹法對(duì)果蠅眼色遺傳的現(xiàn)象進(jìn)行解釋,證明基因與染色體的關(guān)系,認(rèn)同基因的物質(zhì)本質(zhì)。

        (3) 嘗試運(yùn)用類比推理和假說(shuō)—演繹的方法解決問(wèn)題,闡明孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的細(xì)胞學(xué)本質(zhì),認(rèn)同科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)不斷探索、不斷進(jìn)步的過(guò)程,科學(xué)研究過(guò)程需要大膽質(zhì)疑和勤奮實(shí)踐的精神。

        3 教學(xué)過(guò)程

        3.1 創(chuàng)設(shè)情境,導(dǎo)入新課 出示孟德?tīng)柕膱D片、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模式圖。教師講述: 19世紀(jì),孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)了遺傳的兩大定律之后,人們意識(shí)到遺傳因子是客觀存在的,開(kāi)始了對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過(guò)程,那么基因到底在哪里呢?讓我們共同穿越回到19世紀(jì),解開(kāi)基因在哪里之謎。

        設(shè)計(jì)意圖: 利用圖片和語(yǔ)言產(chǎn)生的代入感,創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的歷史畫(huà)面,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,養(yǎng)成關(guān)注科學(xué)發(fā)展的習(xí)慣。引出本節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

        3.2 薩頓的假說(shuō) 課前,教師編制學(xué)歷案,將一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)中的遺傳因子的行為(圖1)、染色體的行為(圖2),以圖示的形式直觀呈現(xiàn)出來(lái),并且按照學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)置了系列問(wèn)題: ① 將豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中的遺傳因子(基因)、染色體的變化補(bǔ)充完整。②基因和染色體在雜交過(guò)程中有哪些相似之處?③如果將分離定律中的遺傳因子換成同源染色體,這個(gè)替換有問(wèn)題嗎?基因與染色體的關(guān)系是怎樣的?④完成教材28頁(yè)“思考與討論”,用薩頓的假說(shuō)解釋孟德?tīng)柕囊粚?duì)相對(duì)性狀的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。⑤薩頓通過(guò)類比推理認(rèn)為基因位于染色體上的推論是否正確?

        圖1 豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中的遺傳因子

        圖2 雜交實(shí)驗(yàn)中減數(shù)分裂的染色體

        課上,學(xué)生在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下自主學(xué)習(xí)后,小組代表對(duì)問(wèn)題逐一進(jìn)行展示。學(xué)生在完成了前3個(gè)問(wèn)題的探究后,自然可以說(shuō)出基因在染色體上的推論。教師對(duì)學(xué)生的推論給予肯定,出示蝗蟲(chóng)減數(shù)分裂后期同源染色體相互分離的照片,講述: 科學(xué)家薩頓在研究蝗蟲(chóng)精子和卵細(xì)胞形成過(guò)程中,觀察到染色體的行為后,發(fā)現(xiàn)染色體的行為與孟德?tīng)柤傧氤鰜?lái)的遺傳因子的行為高度一致,提出“基因在染色體上”。教師對(duì)類比推理的科學(xué)方法進(jìn)行界定,介紹其在科學(xué)研究中的應(yīng)用,提出問(wèn)題:“基因在染色體上”的推論正確嗎?學(xué)生思考后作出回答: 因?yàn)槿鄙賹?shí)驗(yàn)和觀察的證據(jù),所以類比推理的結(jié)果往往還需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的證明,順利進(jìn)入探究有關(guān)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的教學(xué)。

        設(shè)計(jì)意圖: 學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn),繪圖完善基因和染色體的行為,總結(jié)比較相似之處,作出相關(guān)推論。將教學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)換為層次鮮明、具有系統(tǒng)性的問(wèn)題鏈,讓學(xué)生通過(guò)自主探究的形式學(xué)會(huì)類比推理的科學(xué)方法。教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性能夠很好的結(jié)合,預(yù)設(shè)和生成實(shí)現(xiàn)了完美結(jié)合。

        3.3 基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù) 新課標(biāo)中提出: 學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步發(fā)展科學(xué)思維[1]。所以,摩爾根通過(guò)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)對(duì)薩頓假說(shuō)的驗(yàn)證,是引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)科學(xué)探究、形成科學(xué)思維的良好素材。按照科學(xué)研究發(fā)展的歷程,通過(guò)資料呈現(xiàn)創(chuàng)設(shè)情境,以假說(shuō)—演繹法的一般過(guò)程作為主線,設(shè)置任務(wù)、問(wèn)題串驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)展開(kāi)思維探究,體驗(yàn)假說(shuō)—演繹的科學(xué)方法(圖3)。

        圖3 基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)教學(xué)流程圖

        在了解到X和Y兩條染色體在果蠅的性別決定中的遺傳方式和作用之后,針對(duì)白眼性狀總是與性別相聯(lián)系的質(zhì)疑,學(xué)生作出三種假設(shè): ①白眼基因只位于X染色體上;②白眼基因既在X染色體上,也在Y染色體上;③白眼基因只位于Y染色體上。利用F1中的雜合紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅設(shè)計(jì)測(cè)交實(shí)驗(yàn),可以將假設(shè)③排除。一種正確的假說(shuō),僅能解釋已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不夠的,還應(yīng)該能夠預(yù)測(cè)另一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果[2]。教師引導(dǎo)學(xué)生注意此測(cè)交實(shí)驗(yàn)的后代中出現(xiàn)了白眼雌性果蠅XwXw,設(shè)計(jì)XwXw與紅眼雄蠅的測(cè)交實(shí)驗(yàn)并預(yù)測(cè)結(jié)果。只有當(dāng)白眼基因只位于X染色體上時(shí),才與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致,證明白眼基因只位于X染色體上,進(jìn)一步得出基因位于染色體上的推論。教師給予肯定后,講述摩爾根的探究過(guò)程,指出強(qiáng)烈的質(zhì)疑是摩爾根研究的動(dòng)力,敏銳的觀察是他作出正確假設(shè)的前提,嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的精神是摩爾根正確結(jié)論得出的保障。之后,通過(guò)問(wèn)題串與資料呈現(xiàn)的形式,學(xué)生認(rèn)識(shí)到基因在染色體上呈線性排列。學(xué)生用基因的染色體學(xué)說(shuō)解釋孟德?tīng)柕姆蛛x定律和自由組合定律。

        設(shè)計(jì)意圖: 側(cè)重學(xué)生的自主探究和思維能力的培養(yǎng),伴隨探究歷程的再現(xiàn),學(xué)生在問(wèn)題、任務(wù)驅(qū)動(dòng)下自主探究,再次深刻認(rèn)識(shí)假說(shuō)—演繹的思維方法的一般步驟,體會(huì)假說(shuō)—演繹的方法解決問(wèn)題的過(guò)程。體會(huì)到大膽質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勤奮實(shí)踐等優(yōu)秀的品質(zhì)對(duì)于科學(xué)研究的重要意義。

        4 教學(xué)反思

        本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)中,在立足新課標(biāo)基礎(chǔ)上,教師進(jìn)行了三個(gè)方面的觀念轉(zhuǎn)變: 從關(guān)注怎么教,到關(guān)注學(xué)生怎么學(xué),從而將課堂活動(dòng)的主體確定為學(xué)生,通過(guò)探究歷程的再現(xiàn)、任務(wù)設(shè)置、問(wèn)題串驅(qū)動(dòng)等形式,實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。從三維目標(biāo)到核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變: 教學(xué)目標(biāo)的制訂中,對(duì)教材內(nèi)容背后的探究歷史進(jìn)行挖掘后,將教學(xué)目標(biāo)的重點(diǎn)定位為類比推理、假說(shuō)—演繹兩種科學(xué)思維方法的形成。關(guān)注核心素養(yǎng)達(dá)成的具體方法,每一條教學(xué)目標(biāo)中都應(yīng)有相對(duì)具體的評(píng)價(jià)方法,以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。立足新課標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的思考和設(shè)計(jì),是課堂轉(zhuǎn)型的起點(diǎn),也是將核心素養(yǎng)具體落實(shí)的起點(diǎn),同時(shí)對(duì)教師也提出了更高的要求。

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