陳潔 林穎韜

摘要 以“基因在染色體上”的探究史為主線展開教學(xué)，通過10則小資料及問題串相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生重演薩頓及摩爾根團(tuán)隊(duì)的思維過程，逐步發(fā)展學(xué)生的歸納與概括、演繹與推理的科學(xué)思維，自主推理基因與染色體的位置及數(shù)量關(guān)系，并嘗試解釋孟德爾定律的實(shí)質(zhì)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維 科學(xué)史 教學(xué)設(shè)計 基因 染色體

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）指出學(xué)生通過對高中生物課程的學(xué)習(xí)逐步形成科學(xué)思維的學(xué)科核心素養(yǎng)，而科學(xué)思維是尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。

“基因在染色體上”這一研究成果經(jīng)歷了近15年的探索，包含了大量的遺傳實(shí)驗(yàn)事實(shí)。教師若能將此研究過程串成證據(jù)鏈，呈現(xiàn)證據(jù)，使學(xué)生沉浸式地體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，闡釋遺傳現(xiàn)象，從而可以發(fā)展學(xué)生的歸納推理、演繹與推理等科學(xué)思維。

1教材分析

“基因在染色體上”位于人教版2019年版《必修2·遺傳與進(jìn)化》（以下稱“新教材”）第二章第二節(jié)，銜接孟德爾遺傳定律及減數(shù)分裂、受精作用，闡明了遺傳因子與染色體（同源/非同源）的關(guān)系。在科學(xué)史上，研究減數(shù)分裂的薩頓為提出者，摩爾根團(tuán)隊(duì)在研究過程中以果蠅為實(shí)驗(yàn)材料，運(yùn)用假說-演繹法，“誤打誤撞”地成為證明者，并發(fā)現(xiàn)伴性遺傳，為后面學(xué)習(xí)“伴性遺傳”埋下伏筆。

新教材中問題探討的問題有所“升級”：不再直白提示學(xué)生遺傳因子與同源染色體的聯(lián)系，轉(zhuǎn)而引導(dǎo)學(xué)生思考人類基因組測序的染色體數(shù)量問題。這與《新課標(biāo)》的發(fā)展“科學(xué)思維”不謀而合。新教材編者基于對類比推理法概念的理解及薩頓提出“等位基因與染色體行為的相似性”這一科學(xué)事實(shí)的分析，將“類比推理”刪除，同樣也是尊重事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物的體現(xiàn)。

2教學(xué)目標(biāo)

1說出細(xì)胞學(xué)和遺傳規(guī)律的有關(guān)基礎(chǔ)知識;閱讀薩頓的論文信息，認(rèn)同科學(xué)需技術(shù)的支持，通過移動染色體和遺傳因子的活動，理解薩頓提出的假說。

2分析摩爾根團(tuán)隊(duì)的科學(xué)史材料，推理“基因在染色體上”的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并運(yùn)用假說演繹法分析果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，認(rèn)同科學(xué)研究需要團(tuán)隊(duì)合作，大膽質(zhì)疑及勤奮實(shí)踐。

3嘗試闡明孟德爾遺傳定律的實(shí)質(zhì)。

3教學(xué)過程3.1導(dǎo)入

學(xué)生通過參與希沃白板的“趣味分類”游戲——“孟”派vs“減”派大挪移游戲，溫故知新，分析孟德爾定律中遺傳因子與減數(shù)分裂中染色體的行為特點(diǎn)。

3.2學(xué)習(xí)新知

3.2.1學(xué)習(xí)提出者薩頓的假說

教師提供閱讀資料1、2，介紹科學(xué)家蒙哥馬利及薩頓在減數(shù)分裂、受精作用過程中關(guān)于染色體的研究成果，以及薩頓提出的假說。

11901年，蒙哥馬利研究椿象減數(shù)分裂提出染色體在體細(xì)胞中成對存在。

2威爾遜的學(xué)生薩頓觀察的對象是蝗蟲細(xì)胞，在其1902年發(fā)表的文章中表明蝗蟲細(xì)胞有成對的同源染色體，并于1903年發(fā)表的文章中表明雌性蝗蟲卵原細(xì)胞含22條常染色體，雄性蝗蟲的精原細(xì)胞含23條染色體，產(chǎn)生的兩種配子分別含12條、11條。

教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：

1材料中的信息與人們現(xiàn)在對蝗蟲染色體組成的認(rèn)識有什么異同點(diǎn)？差異的原因是什么？

2薩頓提出假說“基因在染色體上”的依據(jù)是什么？學(xué)生通過討論，分析資料，從而理解當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)的限制了科學(xué)家對生命現(xiàn)象的認(rèn)識。學(xué)生在認(rèn)同薩頓假說后，進(jìn)行實(shí)操體驗(yàn)，利用平板，移動配子形成過程的染色體及遺傳因子，體驗(yàn)并理解“基因在染色體上”。

3.2.2學(xué)習(xí)證明者摩爾根團(tuán)隊(duì)的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)

教師提供資料3-10，介紹摩爾根的性格及其做果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的背景，呈現(xiàn)研究歷程。學(xué)生根據(jù)事實(shí)，推理“基因在染色體上”的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

31908年，摩爾根開始在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)果蠅，想看看是否能在動物中發(fā)現(xiàn)德佛里斯式的新種水平大突變。

4在1910年1月，摩爾根發(fā)現(xiàn)了幾個突變體，將突變體與野生型雜交后，子代性狀比都不是明顯的3∶1或者9∶3∶3∶1。

51910年5月，摩爾根在他的培養(yǎng)瓶中發(fā)現(xiàn)了一只白眼雄果蠅，將它與一只正常紅眼雌果蠅雜交，子代性狀比符合孟德爾比例，但白眼性狀只出現(xiàn)在雄果蠅。該雜交實(shí)驗(yàn)如圖1所示。

61905～1908年，植物學(xué)家和動物學(xué)家的細(xì)胞學(xué)研究清楚地說明雄配子（花粉或精子）有兩種類型：攜帶X染色體或Y染色體。對于大多數(shù)生物來說，雄配子決定性別。

7紅眼雌果蠅有純合體和雜合體兩種類型。而雄果蠅中紅眼是雜合體，白眼是純合體。在1910年，威爾遜甚至建議摩爾根，最簡單的解釋就是假設(shè)眼色因子與X染色體相聯(lián)系。

8紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅測交結(jié)果：紅眼雌果蠅126只，紅眼雄果蠅132只，白眼雌果蠅120只，白眼雄果蠅115只。紅眼雄果蠅和白眼雌果蠅測交結(jié)果∶紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅為1∶1。

91910年的夏天，培養(yǎng)中出現(xiàn)了更多的突變體，出現(xiàn)了殘翅、袖珍翅和黃身這些像白眼一樣是“性別限定”的性狀。利用威爾遜的建議——將這些性狀成為X染色體的一部分，則解釋起來便順理成章。

10“孟德爾-染色體”范式的建立。摩爾根的學(xué)生組成了充滿熱情的團(tuán)隊(duì)，推動染色體圖譜工作，并開始詳細(xì)闡述一整套遺傳法則，拓展和澄清了孟德爾主義模型，延伸到了更多的問題。

教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生分析：

1摩爾根團(tuán)隊(duì)最初選擇果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料目的是什么？果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)是什么？

2最初的遺傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否意味著這些性狀不遵循孟德爾定律？什么原因?qū)е逻@樣的結(jié)果？

3回憶遵循孟德爾定律的必要條件。并對該結(jié)果進(jìn)行分析、推理。

4仔細(xì)觀察圖1，圖中所示的果蠅染色體組成和你所認(rèn)識的有何不同？推測摩爾根對控制眼色的基因位置的想法。這一期間的研究結(jié)果關(guān)于性染色體組成上有什么新的發(fā)現(xiàn)？

5請根據(jù)摩爾根的假設(shè)，觀察書本雜交實(shí)驗(yàn)的遺傳圖解。該圖解和孟德爾的遺傳圖解有何不同？該假說能夠解釋已出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是否說明假說正確？還應(yīng)如何做？

6觀察書本31頁的遺傳圖解，比較基因在性染色體上和常染色體上時，遺傳圖解的差異。得到基因在性染色體上時，應(yīng)寫出性染色體，并把基因?qū)懺谟疑辖恰?/p>

7根據(jù)以上資料，可以得到什么信息？如此，孟德爾定律中成對的遺傳因子（等位基因）為什么分離？決定不同性狀的遺傳因子（非等位基因）為什么自由組合？

8“基因在染色體上”“伴性遺傳”的發(fā)現(xiàn)是摩爾根一人的研究成果嗎？從這個發(fā)現(xiàn)史，能學(xué)到什么呢？

學(xué)生通過討論，了解摩爾根的性格背景及理解做相關(guān)實(shí)驗(yàn)的初衷;并根據(jù)書本的小資料得出果蠅作為遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料具有易飼養(yǎng)、繁殖快、子代多、多對易于區(qū)分的性狀等優(yōu)點(diǎn);觀察摩爾根提出雜交過程的遺傳圖解，推理眼色的顯隱性，并思考問題。體會、理解摩爾根的研究是經(jīng)過反復(fù)的推演;知道果蠅的性染色體為XY。教師利用智慧課堂，收集實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案，展示個別學(xué)生小組的方案，并進(jìn)行評價。學(xué)生分析資料，發(fā)現(xiàn)多個性狀與性別相關(guān)聯(lián)，推理性染色體上有多個基因，從而闡明孟德爾遺傳定律的實(shí)質(zhì)。教師引導(dǎo)學(xué)生討論科學(xué)研究需要的品質(zhì)，使學(xué)生認(rèn)同科學(xué)研究在團(tuán)隊(duì)個體的思維碰撞與合作下更容易取得成功，科學(xué)研究需要有理有據(jù)的質(zhì)疑，更需要孜孜不倦的實(shí)踐與證明。

3.3學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖（圖2）進(jìn)行小結(jié)

4教學(xué)反思

本節(jié)課以“基因在染色體上”的發(fā)現(xiàn)史為主線索展開教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力，運(yùn)用假說-演繹法解決問題的能力，利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，活躍課堂，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，更有利于教師收集和掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

本節(jié)課利用游戲復(fù)習(xí)孟德爾遺傳規(guī)律及減數(shù)分裂，從而導(dǎo)入學(xué)習(xí)，使學(xué)生在游戲中溫故知新，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教師在第一環(huán)節(jié)利用信息技術(shù)手段——希沃白板、智慧課堂、平板作答，讓每個學(xué)生參與3個互動游戲，動手實(shí)踐，深入理解基因在染色體上這一假說。第二環(huán)節(jié)主要通過教師引導(dǎo)學(xué)生分析摩爾根團(tuán)隊(duì)研究歷程的資料，運(yùn)用學(xué)案教學(xué)法、探究式問題討論法、引導(dǎo)探索法等方法，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生有沉浸式的體驗(yàn)，深入理解摩爾根的研究過程、研究方法，從而掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，并通過自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用假說演繹法突破本節(jié)課重難點(diǎn)。最后小結(jié)、練習(xí)鞏固知識點(diǎn)。但是，本節(jié)課在游戲互動環(huán)節(jié)，應(yīng)多展示幾位學(xué)生的作答情況，更多地了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，便于下一個教學(xué)活動的開展。

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