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)探索過程的一個(gè)階段： 遺傳學(xué)家薩頓在研究蝗蟲的精子和卵細(xì)胞形成的過程中，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—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。《普通高中生物學(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]。基于以上考慮，本節(jié)教學(xué)的設(shè)計(jì)圍繞三個(gè)方面展開：

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—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)生展開思維探究、學(xué)會(huì)應(yīng)用“類比推理”“假說—演繹”兩種科學(xué)的思維方法解決實(shí)際問題。

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，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) 通過比較基因和染色體的行為,類比說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)用薩頓的假說解釋一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)。

(2) 應(yīng)用假說—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—演繹的方法解決問題，闡明孟德爾遺傳規(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)步的過程，科學(xué)研究過程需要大膽質(zhì)疑和勤奮實(shí)踐的精神。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課 出示孟德爾的圖片、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模式圖。教師講述： 19世紀(jì)，孟德爾發(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，開始了對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過程，那么基因到底在哪里呢？讓我們共同穿越回到19世紀(jì)，解開基因在哪里之謎。

設(shè)計(jì)意圖： 利用圖片和語言產(chǎn)生的代入感，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的歷史畫面，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 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，并且按照學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)置了系列問題： 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)替換有問題嗎?基因與染色體的關(guān)系是怎樣的？④完成教材28頁“思考與討論”,用薩頓的假說解釋孟德爾的一對(duì)相對(duì)性狀的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。⑤薩頓通過類比推理認(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)生在問題的驅(qū)動(dòng)下自主學(xué)習(xí)后，小組代表對(duì)問題逐一進(jìn)行展示。學(xué)生在完成了前3個(gè)問題的探究后，自然可以說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)家薩頓在研究蝗蟲精子和卵細(xì)胞形成過程中，觀察到染色體的行為后，發(fā)現(xiàn)染色體的行為與孟德爾假想出來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)性的問題鏈，讓學(xué)生通過自主探究的形式學(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)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維[1]。所以，摩爾根通過果蠅雜交實(shí)驗(yàn)對(duì)薩頓假說的驗(yàn)證，是引導(dǎo)學(xué)生展開科學(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，通過資料呈現(xiàn)創(chuàng)設(shè)情境，以假說—演繹法的一般過程作為主線，設(shè)置任務(wù)、問題串驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)展開思維探究，體驗(yàn)假說—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，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，通過問題串與資料呈現(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)說解釋孟德爾的分離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)生在問題、任務(wù)驅(qū)動(dòng)下自主探究，再次深刻認(rèn)識(shí)假說—演繹的思維方法的一般步驟，體會(huì)假說—演繹的方法解決問題的過程。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，通過探究歷程的再現(xiàn)、任務(wù)設(shè)置、問題串驅(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—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。