孟德尔豌豆实验 “孟德尔的豌豆杂交实验(一)”教学设计
本节是必修2模块中的第一节,是本模块的开篇,它循着人类认识基因之路,从140多年前孟德尔的植物杂交实验开始,来展示人类探索遗传规律的历程。本节的教学内容是按照孟德尔的探索过程由现象到本质,层层深入地展开的,便于学生沿着孟德尔的足迹进行思考和从实验中领悟自然科学研究中的一种重要方法──假说—演绎法。
本节需2课时完成,第1课时研究“一对相对性状的杂交实验”及“对分离现象的解释”,第2课时学习对分离现象解释的验证及分离定律。这里主要说明第1课时的教学方法和教学过程。
二、教学目标
《标准》中有两条描述,分别是在内容标准里的“分析孟德尔遗传实验的科学方法”和在活动建议里的“模拟植物或动物性状分离的杂交实验”。据此,本节的知识目标可以定为:阐明孟德尔的一对相对性状的杂交实验及分离定律,体验孟德尔遗传实验的科学方法和创新思维,提高学生的科学素养,能力目标定为:运用数学统计方法和遗传学原理解释或预测一些遗传现象,情感态度与价值观方面的目标定为:认同敢于质疑、勇于创新、勇于实践,以及严谨、求实的科学态度。
三、教学重点和难点
教学重点是:1.孟德尔的一对相对性状的杂交实验的设计和操作过程;2.以孟德尔的遗传实验为素材对学生进行科学方法的教育,以提高学生的科学素养。
教学难点是对分离现象的解释。
四、教学思路
以孟德尔发现遗传因子的实验过程为主线,突出科学史和科学研究方法的教育。
1.以问题为线索,引导学生通过质疑和推理来学习本节内容。
2.遵循“学习—实践—创新”思路,简介孟德尔发现遗传规律的过程,使学生明确孟德尔的成功离不开坚实的基础知识、持之以恒的实验探究精神以及科学创新的实验方法。
3.用科学方法教育统领教学的全过程。严格按照孟德尔杂交实验的历史为线索,引领学生分析孟德尔豌豆杂交实验的科学方法,让学生融入历史中去,体验、感受并领悟假说—演绎法。
4.通过学生的亲身活动,将模拟实验与孟德尔的豌豆杂交实验有机结合,突破教学中的难点。
五、教学过程
游戏导入:让学生把双手伸出来,五指分开,然后自然交叉。与周围同学比较一下,有何不同?(学生会发现:有的同学左手大拇指在上,有的右手大拇指在上。由此引出性状的概念。)
图片展示:有耳垂和无耳垂;卷舌和不卷舌;双眼皮和单眼皮;有酒窝和无酒窝。并提出问题:你是否注意过,你的这些性状与父亲相似,还是与母亲相似?根据学生的回答,点明遗传现象。
继续设疑:遗传有没有规律可循呢?是谁发现了遗传规律?引入孟德尔。并利用课件介绍教材中的四句话来概括孟德尔的成就。
继续追问:孟德尔又是怎样发现遗传规律的?关于他的生平,你了解多少?(课前发给学生每人一张孟德尔简介,同时大屏幕投影。)
根据孟德尔简介,提出问题:孟德尔做植物杂交实验进行了几年?其中成绩最为突出的是豌豆杂交实验,进行了几年?为什么说孟德尔最成功的杂交实验是豌豆的杂交实验?在培养学生阅读材料、获取有效信息的同时自然过渡到孟德尔实验的正确选材。思考与讨论:豌豆具有哪些特点?课件演示后,师生共同分析总结。
图片展示:豌豆的高茎和矮茎、饱满豆荚和不饱满豆荚、绿色豆荚和黄色豆荚等,给出相对性状的概念,同时播放关于相对性状的Flash动画。该概念在本节课及以后的遗传学学习中非常重要,可利用练习进一步巩固强化。
课件演示:孟德尔找出豌豆的7对易于区分的相对性状,他还发现不同品种的豌豆之间同时具有多对相对性状。这么多的性状,该如何研究呢?你是如何思考的?学生兴致勃勃地展开讨论,推选代表回答后教师汇总归纳:如果首先研究多对相对性状,势必会眼花缭乱,增加观察、分析实验结果的难度。孟德尔采取了单因子分析法,对每一对相对性状的遗传分别进行研究。
(一)一对相对性状的杂交实验
孟德尔用纯种的高茎豌豆与纯种矮茎豌豆作亲本进行杂交(边讲述边板书,同时解释遗传符号)。设疑:自然状态下的豌豆是闭花授粉,花在未开放时,就已经完成了授粉,那么,如何杂交?学生根据初中所学知识思考后回答:人工去雄、授粉。
Flash动画演示杂交过程。提出新问题:将杂交后得到的这批种子种在地里,猜想长出来的豌豆是高的还是矮的?学生争先恐后回答,具有不同的观点。教师趁机讲述长期流传的融合遗传理论的基本论点,根据这个理论来推理,豌豆的高茎跟矮茎就会融合成为介于两者之间的高度。为后面的学习做铺垫,并让学生体会真理来自于实践的科学道理。
利用课件继续播放──长出来的豌豆苗个个都是高茎的,在学生的惊讶状态中进一步提出问题:这是怎么回事?对此,你是怎么想的?请发表你的观点。学生推测:是否与谁做父本、谁做母本有关?
课件演示:正交、反交。结果相同。继续引导:矮茎特征跑到哪里去了?消失了,还是藏在F1中未显示出来?学生回答:藏在F1中未显示出来。进一步引导:如何证明F1中是否隐藏着矮茎特征?假如你是孟德尔,你将如何设计实验验证?学生讨论、发表意见、师生共同归纳出实验设计方案。
利用课件播放用F1自交,得到第二代,孟德尔又将它们种了下去,这时再让学生猜测长出来的豌豆茎的高度。事实是,这一次地里长出的豌豆,有高茎的,也有矮茎的。
归纳总结,矮茎特征没有消失,只是在子一代中隐而未现,孟德尔把F1中显现出来的性状(如高茎),叫做显性性状,未显现出来的性状(如矮茎),叫做隐性性状。在杂种后代中,同时出现显现性状和隐性性状的现象叫做性状分离。
孟德尔统计的结果是:787棵高茎和277棵矮茎。这2个数字看起来并没有什么联系,但孟德尔独具慧眼,大胆用统计学方法进行分析,高茎与矮茎的数量比接近3∶1。这是否一种偶然现象呢?孟德尔又对豌豆的其他6对相对性状进行了杂交实验,实验结果见教材中的表格。
教师强调,数据是当年孟德尔留下的真实数据。从表中可以看出什么规律?学生抢答,子二代都出现性状分离,且分离比都接近3∶1。继续追问:看来F2中出现3∶1的性状分离比不是偶然的。那么是什么原因导致遗传性状在杂种后代中按一定的比例分离呢?
孟德尔苦苦地思索着。一次孟德尔看戏归来,重新面对高矮胖瘦不一的豌豆时,他突然想到,演戏的时候,有的演员在台前演出,有的演员在幕后做准备,对台前幕后起决定作用的是导演。植物表现出来的性状,不就像在台前给观众演出的演员吗?生物体内是否有一种物质在控制着性状?孟德尔一下子豁然开朗,他大胆地设想,提出假说:生物的性状是由某种物质控制的,将它称为遗传因子。
讨论:1.遗传因子有何特点?2.遗传因子在细胞中如何存在?
(二)对分离现象的解释
指导学生阅读教材,讨论并概括孟德尔假说的要点。
教师边绘制遗传图解边引导学生不断提出问题,分析和解决问题,尝试像孟德尔那样进行解释和推理。最后总结提升:孟德尔在不知道遗传因子是什么的情况下,用抽象的遗传因子来分析杂交实验结果,提出了遗传因子在细胞中成对存在,在配子中单个出现的假说,是超越自己时代的一种非凡的设想。
提出问题:生物体在进行有性生殖时,遗传因子分离,配子随机组合真能出现3∶1的性状分离现象吗?紧接着通过模拟实验,来体验孟德尔的假说。模拟实验结束,统计实验结果,每组推荐一名代表发言。计算后得出结论:模拟实验的结果与孟德尔的假说是相吻合的,但证明某一假说仅仅有模拟实验还不行,还需要实验验证。有办法验证吗?怎样验证?大家课后讨论,下一节课再学习。
