1、1第 1 章 遗传因子的发现第 1 节 孟德尔的豌豆杂交实验（一）北京市清华大学附属中学 王旭 教学分析 教材分析孟德尔的豌豆杂交实验（一）这一课题是高中生物必修 2 第一章第一节第一部分的内容，是学生学习孟德尔的豌豆杂交实验（二）的基础，也是第二章减数分裂与受精作用这节知识的重要基础，并为后续学习生物变异与进化奠定基础，所以在教材中起到承上启下的作用。因此从这个地位来看，这部分内容不仅是本章的重点，更是整个必修 2 的重点内容。普通高中生物课程标准(实验)的“课程设计思路”部分，关于“遗传与进化”模块的教学价值时指出：该模块有助于学生领悟“假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”
2、。“假说演绎法”是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。在孟德尔证明遗传因子的分离规律时，他以“假说”作为理论依据，推导出可出现的具体事例(测交后代会出现 1：1)，并以实验去验证，这一发现过程就是“假说一演绎法”基本思路的完整体现。所以有关这一节内容是高中生物新课程教学渗透“假说一演绎法”教学的难得的好素材，特别是在促进学生感悟创新科学研究方法及探究生物科学的能力培养上，有着不可替代的作用。本节内容是学生在生物学系中第一次接触“假说-演绎法”这一重要的科学研究方法，因而引导学生感悟体会该方法是本节课的重点。 学情分析1.知识水平：（1）后代的许多特性与亲代相似，是随处可见的现象。在此基础上，
3、学生很容易理解孟德尔的豌豆杂交实验中后代出现的遗传与变异现象。（2）学生在初中学习过的知识与本章内容有密切的联系。而且一些必要的数学知识，如有关比和比例、二项式公式和概率学的相关知识也是学生学习本章必不可少的基础。2.能力水平：学生有一定的推理能力和合作学习的能力。 教学目标1知识目标：（1）理解孟德尔一对相对性状的杂交实验及其解释和验证。（2）区别性状分离、显性性状、隐性性状、杂合子和纯合子等基本概念。（3）阐明分离定律并能运用分离定律解释预测一些实验现象结果。2能力目标：（1）通过学习孟德尔一对相对性状的杂交实验过程，体验科学研究的一般过程。（2）通过了解孟德尔的实验思路，使学生了解运用科
4、学方法揭示遗传规律的科学思维方法，对学生进行科学方法的训练。3情感、态度与价值观目标：（1）体验孟德尔遗传实验的科学方法和创新思维，逐养成敢于质疑、勇于创新、勇于实践，以及严谨求实的科学态度和科学精神。（2）通过分析分离定律，使学生对现象与本质，因果关系等哲学观点有所认识。 教学的重点和难点1教学重点（1）对分离现象的解释，阐明分离定律。（2）利用孟德尔豌豆实验这一经典史学材料进行“假说演绎”的推理训练。2教学难点（1）对分离现象的解释。2（2）假说演绎法中演绎推理环节。课时分配：2 课时 教学设计 教学过程第一课时一、创设情境，导入新课1.出示教师本人（或学生熟悉的明星）一家三口的照片，引出
5、遗传与变异的概念。而遗传与变异的相似与差异是通过生物的性状来体现的。【设计意图：把自己的全家福展示出来，既创设与教学主题密切相关的背景，又营造出温馨愉快的学习氛围，激发学生学习的兴趣。 】2.展示动植物及人体各种相对性状的几组照片，引出相对性状的概念，并通过相关习题训练使学生构建相对性状的概念。【设计意图：承接导入内容，引导学生回忆初中知识，使得他们的思维更加连贯。 】3.再次出示全家福照片，把多个性状综合在一起，从整体全貌看，子女更像是父母的融合体，简释“融合遗传”的观点。进而提出问题：具体到某一个特定性状（如眼皮单双）的遗传也符合“融合遗传”吗？ 【设计意图：简介“融合遗传“的观点，设疑：
6、某一性状的遗传是否符合“融合遗传”？】4出示孟德尔在修道院后花园里给豌豆传粉的图片，简介孟德尔是遗传学的奠基人，他提出：“遗传的不是一个个体的全貌，而是一个个性状” ，并且通过豌豆杂交实验，发现了生物遗传的规律。引出课题：孟德尔的豌豆杂交实验（一）二、孟德尔生平简介简单介绍孟德尔的生平故事：1.抓昆虫的少年孟德尔；【设计意图：让学生感受孟德尔对自然科学的浓厚兴趣，从而体味“兴趣是最好的老师” 。 】2.孟德尔坚实的数学物理基础；【设计意图：让学生看到多领域的互通合作以及科学研究过程中严谨求实的态度】3.孟德尔曾经种植各种植物 17 年，最成功的豌豆就种了 8 年，才推翻了“融合遗传”理论，然后
7、有了后来的分离定律和自由组合定律。【设计意图：让学生领悟质疑的力量，坚持的可贵。 】三、孟德尔选择豌豆做实验材料的原因设疑：为什么用豌豆做遗传实验容易取得成功？1.豌豆的花教师出示豌豆花的结构图，描述豌豆花的特点，解释豌豆在自然界中是纯种的原因。此时教师介绍两性花、单性花、自花传粉、异花传粉、自交和杂交等相关概念。并引导学生分析人工异花传粉时要注意哪些事项（母本适时去雄，授与父本的花粉后还要套袋）。2.豌豆的七对相对性状教师讲述豌豆具有稳定遗传的、易于区分的七对性状。如豌豆茎的高度有悬殊的差异。通过观察很容易区分，进行数据统计。【设计意图：这一部分以教师的讲授为主，为学生阐明“一对相对性状的杂
8、交实验”做铺垫。培养学生的概括能力和理解能力。 】这么多的性状，该如何研究呢？遵从由简入繁的原则，首先分别研究一对相对性状（以高茎和矮茎为例）的遗传规律。四、一对相对性状的杂交实验3分步骤展示高茎豌豆和矮茎豌豆的杂交实验过程，通过一系列问题串，引导学生讨论分析实验现象并参与实验的设计。具体如下：1.孟德尔用高茎豌豆做母本，矮茎豌豆做父本进行杂交。杂交后代 F1 的茎高度的性状可能是什么呢？2.出示杂交结果：F1 全部都是高茎豌豆！看来并没有相互融合！为什么子一代中只表现出一个亲本（高茎母本）的性状，而不表现另一个亲本（矮茎父本）的性状呢？你觉得为什么会这样？将矮茎豌豆做母本，高茎豌豆做父本进行
9、杂交，F1 仍然统统是高茎豌豆，排出父本母本的影响。介绍正交与反交的概念。3.矮茎性状是永远消失了？还是暂时隐藏起来了呢？F1 高茎体内有没有控制矮茎的物质呢？4.如何证实 F1 体内确实有控制矮茎的物质呢？5.展示孟德尔的 F1 自交实验和结果：子二代出现了矮茎！矮茎新出现，说明了什么呢？ 师生互动，共同建构隐性性状、显性性状和性状分离的概念。6.F1 表现显性性状，F2 出现了性状分离，这有什么不同寻常的呢？（与“融合遗传”理论矛盾）7.孟德尔不仅研究 F2 的性状，还对不同性状的数量进行了统计。F2 中出现 3：1 的性状分离比是偶然的吗？如何验证这个问题？8.展示其它六对性对相对性状的
10、杂交实验结果，注意提醒学生没有一个是 3:1。孟德尔为什么说是3：1 定律而不是 2.84:1 定律呢？【设计意图：向学生说明孟德尔做了不寻常的事，他凭着自己深厚的统计学的直觉，他觉得数据试图要标明的就是 3:1，这也是科学的一部分，这其实是很重要的，因为很多人不愿意仔细观察他们的数据，察觉数据想表明的究竟是什么？数据要告诉你什么？绝大多数人分析实验数据时，只在乎升高、降低或不变。 】9.教师带领学生回忆初三学习过的概率学的常识实验样本越大，越接近客观事实！【设计意图：孟德尔所做的这 7 对相对性状实验，样本最大的关于子叶颜色的，达到 8 千多样本。引导学生领会孟德尔的细心、耐心，进行执着精神
11、的教育】10.总结 7 对相对性状的遗传实验结果：F1 只表现显性性状；F2 出现性状分离，且显性:隐性=3：1 。第二课时一、复习一对相对性状的杂交试验（观察实验，发现规律）出示：“奥古斯丁修道院后花园”图片，引出对孟德尔的一对相对性状杂交实验的复习，同时板书出“现象”一栏。【设计意图：通过回顾已学的一对相对性状的实验过程为本节课的学习作铺垫】二、 提出假说，解释现象在规律的遗传结果中蕴含的遗传本质是什么呢？孟德尔另一智慧的地方，通过推理和大胆想象提出了一个假说来解释实验现象。1.孟德尔当时在对实验结果进行分析时，也不知道到底是什么物质决定了豌豆茎的高矮，孟德尔将它称为遗传因子。2.你认为
12、F1 体细胞中至少有几个与茎的高矮有关的遗传因子？为什么？学生分析得出：体细胞中遗传因子是成对存在的（如果有学生说 4 个，说明科学遵从最简单的原则） 。教师说明：决定显性性状的为显性遗传因子（用大写字母如 D 表示） ；决定隐性性状的为隐性遗传因子（用小写字母如 d 表示）。 3.F1 体细胞中遗传因子组成应该是怎样的? 教师说明:遗传因子组成不同的个体叫做杂合子。4.高茎和矮茎亲本体细胞中遗传因子的组成应该是怎样的？教师说明：遗传因子组成相同的个体叫做纯合子。5.遗传因子是通过什么“桥梁”由亲本传给子一代的呢？46.生殖细胞中，遗传因子应该是怎样的呢？学生分析得出：配子中只含有每对遗传因子
13、中一个，形成生殖细胞配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入到不同的配子中。7.根据以上假说，将杂交实验以遗传图解形式表示出来。学生边解说，教师边将遗传图解写在黑板上（板书“解释”一栏）。书写的过程中，师生讨论共同分析出：受精时，雌雄配子结合是随机的。8.通过课件总结孟德尔解释实验现象时所提出的四点假说要点。强调孟德尔在分析实验现象时，是根据推理和大胆想象提出的假说，而且假说的内容通过遗传图解的方式能合理地解释实验结果。 【设计意图：用设置“问题串”的方式引导学生对每一步的实验现象进行解释，引导学生围绕“遗传因子”展开讨论，尝试自己提出假说。在学习的过程中学生不仅加深了对知识的理解，还培养了创
14、新精神和科学的思维方法】三、演绎推理，验证假说1.角色扮演假如孟德尔把他所做的一对相对性状的遗传实验以及他对实验现象的解释（假说）撰写成论文投稿给学术期刊。教师简要说明论文投稿给科学期刊后的评审机制（把论文以匿名的形式，送给两三位有关专业的权威人士去评审）。如果你是评审人，你会怎么建议学术期刊，是建议发表？还是不发表？（举手表决）分别请两种观点的同学说明理由。【设计意图：通过模拟论文评审环节，引导学生认同假说是需要被证明的，假说如果不能被证明将永远是个假说。 】2.应该怎样验证假说的正确性呢？课件展示假说内容，引导学生分析得出：孟德尔要直接验证他的假说，只能用显微镜观察的方法，确定遗传因子的真
15、实存在和遗传因子的传递方式，但这在当时是不可能的。（1）在当时技术条件、认知水平的限制下，如果你是孟德尔，如何验证自己的假说是否正确呢？（学生小组讨论）（2） （在学生纠结时）教师指出：一种正确的假说，仅仅能够解释已有的实验结果(自圆其说)是不够的，还应该能够预测另一些实验的结果。角色扮演（评审人）：我们可以在审稿意见中给学术期刊或孟德尔建议“我们对作者的研究很感兴趣，这是个开创性的发现，假说解释得也很合理，但这只是个假说，我们希望看到它能预测一些实验结果。 ”（3）如果你是孟德尔，运用假说中的解释，能预测哪些实验结果，再通过实验去证实呢？学生小组讨论（可能说出六种基本类型：DDDD，dddd
16、，DDdd，DdDd，Dddd，DdDD）（4）这时教师提醒学生：你认为关键是要验证假说中的哪一点（假说的核心内容）？学生讨论结果：形成配子时成对的遗传因子发生分离。（5）教师引导并板书：遗传因子的分离虽然看不见，但遗传因子决定生物的性状，其中显性遗传因子（D）决定显性性状（高茎） ，隐性遗传因子(d)决定隐性性状（矮茎） 。提示：可以想办法让不可见的遗传因子分离以可见的性状分离表现出来。 （6）应该是检验纯合子形成配子时成对的遗传因子分离？还是检验杂合子？（7）DdDd，Dddd，DdDD 哪种预测实验设计用于验证假说正确与否更有说服力呢？引导学生认识测交实验在验证假说中的科学性和合理性。同
17、时板书“验证”一栏：测交实验的遗传图解。（8）展示孟德尔的测交实验结果。同时让学生理解为什么叫做测交，到底测的是什么。【设计意图：“假说演绎法”的过程是不能用灌输、堆砌等教育方式的，需要教师引导，学生自觉认同。要使学生体会到孟德尔生活的时代是根本无法看到“遗传因子”的，借助“观察归纳法”是无法研究出遗传规律的。由此引导学生从当时的实际情况出发，尝试把自己变成孟德尔，以他的思维方式提出问题，进行分析，形成假说，进行演绎推理，进而引导他们自行设计出测交实验，这种对重要科学史的重现，既能深入理解科学知识，也是培养思维能力和科学方法的重要途径。 】5四、归纳“假说演绎法”1.带领学生重新梳理孟德尔一对
18、相对性状的整个实验流程（左下图） ，提出“假说演绎法” 。引导学生理解“假说演绎法”是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。2.归纳“假说-演绎法”的一般流程（右上图） 。让学生理解孟德尔研究过程中的哪个步骤是演绎。学生看到的是，孟德尔提出假说后，就设计测交实验进行检验了，那么哪一步是演绎呢？事实上，观察、实验所检验的常常不是假说本身，而是根据假说做出的推论，即从假说中逻辑地推导出来的描述个别现象或事件的推论。如果孟德尔要直接验证他的假说，只能用显微镜观察的方法，确定遗传因子的真实存在和遗传因子的传递方式，这在当时是不可能的。那么，孟德尔设计的测交实验，实际上检验的是“推论”。这个“推论”，就
19、是根据假说对测交实验所进行的演绎推理得到的论题杂合子形成配子时具有对性关系的遗传因子分离，也就是课本中提到的测交实验结果所要证实的推论：（1）F 1究竟是不是杂合子(Dd)？（2）如果是杂合子，生成配子时具有对性关系的遗传因子果真分离吗？【设计意图：回顾实验的同时，归纳重要科学研究方法。 】五、孟德尔遗传规律的再发现图片展示：孟德尔论文（德文） 植物杂交实验第一页。引出孟德尔的论文发表后并未引起科学界的重视。因为它太超前了，太抽象了！他提出了各种概念用于解释现象比如遗传因子是什么？遗传因子在当时看不见摸不着，人们不喜欢看不见摸不着的东西，人们觉得这只是个假说。人们可以用科学的死亡之吻“这只是个
20、假说”来一票否定它。但据孟德尔的朋友说，孟德尔生前相信“他的时代会到来” 。果然，在孟德尔论文发表 35 年后的 1900年，有 3 位科学家几乎同时重新作出了孟德尔那样的发现，课件展示六位学者重复孟德尔植物杂交实验的结果（见左下表格） 。也就是在那一年里，他们也都发现了孟德尔的论文。这时，他们才清楚自己的工作早在 35 年前就由孟德尔做过了，孟德尔定律就这样被重新发现了。为什么这时候人们就能接受孟德尔的假说了呢？真正重新点燃这个火种的，是 19 世纪后期染色体的6发现，简单地说，细胞学家，也就是在显微镜下研究细胞的人，发现了形成生殖细胞时同源染色体的分离与孟德尔所说的遗传因子的分离非常相似，
21、也就是在细胞水平找到了遗传因子的实体对应（见右上图）。当然，随着科学和技术的发展，现在人们已经从分子水平找到了孟德尔所说的遗传因子就是现在人们常说的基因。【设计意图：介绍孟德尔的论文发表后并没有引起科学界的重视，引出科学是讲证据的，科学是经得起检验的，在质疑中，科学将越来越成熟。同时使学生认同孟德尔的伟大之处：在还不知道遗传因子是什么的情况下，成功地用数学建模的方法研究出遗传因子的传递规律，做出了超越时代的发现。 】六、总结归纳分离定律继续介绍，随着科学的不断发展，当细胞水平和分子水平的证据不断出现后，后人把孟德尔所做的一对相对性状的实验结果及解释，归纳为遗传学的第一定律，又称分离定律，课件展
22、示定律内容。七、用诗文概述本课内容师生齐读：“八年耕耘源于对科学的痴迷，一畦畦豌豆蕴藏遗传的秘密。实验设计开辟了研究的新路，数学统计揭示出遗传的规律。【设计意图：引导学生体会孟德尔对科学的热爱、锲而不舍的精神，以及对遗传学实验和研究方法上的贡献。 】 板书设计 DD dd配子 D dP 高茎 矮茎 F1 高茎D高茎d矮茎F2 高茎 矮茎3 ： 1验证现象两对相对性状的杂交一对相对性状的杂交实验基因的分离定律解释对相对性状的杂交P 高茎 矮茎 F1 高茎 Dd 高茎 Dd配子 D d D dF2 高茎 高茎 高茎 矮茎 DD Dd Dd dd1: 2 ： 1配子 D d d测交后代 高茎 矮茎1
23、 ： 130 34Dd dd测交 杂种子一代 隐性纯合子高茎 矮茎Dd dd 课后评析 课后反思本节教学设计先创设学生感兴趣的问题情境，再以孟德尔的生平事迹引导学生参与到孟德尔的遗传实验中去，结合教材提出环环相扣的问题，采用“问题渐进探究”的教学模式引导学生对实验现象展开思考和讨论，尝试自己设计实验、自己提出假说，并演绎推理实验验证假说的正确性，重点体现了“假说演绎”法的研究过程。明确“假说演绎”方法及其适用性，使学生深刻体会到孟德尔在当时的情况下，敢于质疑、勇于创新以及严谨、求实的科学态度和科学精神。不足之处就是对于遗传学的基本概念、原理关注不是很够,所以要增加“章节基础知识的归纳,形成知识体系”和“典型例题讲解”环节,这样更有利于学生“双基”的形成。
