1.教材分析

本節(jié)課是高中生物（人教版）必修2《遺傳與進(jìn)化》第2章的第2節(jié)：基因在染色體上。之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了孟德爾的兩個遺傳定律和減數(shù)分裂的過程。但此時學(xué)生對孟德爾定律和減數(shù)分裂過程的理解是相互孤立的，不能把減數(shù)分裂和生物的遺傳現(xiàn)象整合起來，這就很難理解基因分離和自由組合定律的實(shí)質(zhì)。而本節(jié)課正是二者之間的橋梁，學(xué)生能夠通過基因和染色體的關(guān)系，把抽象的遺傳因子具體化，從減數(shù)分裂的角度理解基因的分離和自由組合定律的實(shí)質(zhì)。也就是說，遺傳定律的發(fā)現(xiàn)是從性狀的遺傳規(guī)律來推測遺傳物質(zhì)的傳遞規(guī)律；確定遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的位置是從細(xì)胞學(xué)觀察的角度來直觀地認(rèn)識遺傳物質(zhì)的傳遞規(guī)律。本節(jié)課中薩頓的假說、摩爾根的果蠅遺傳實(shí)驗(yàn)恰好從邏輯思維和實(shí)驗(yàn)證據(jù)兩方面為兩者找到了結(jié)合點(diǎn)，即遺傳因子（基因）在染色體上。本節(jié)課還是后續(xù)內(nèi)容如伴性遺傳、基因突變和基因重組、染色體變異、人類遺傳病等內(nèi)容的基礎(chǔ)。

教材按照科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的順序安排教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)的過程與方法，同時展示了科學(xué)結(jié)論的發(fā)展性和可修正性，對于學(xué)生質(zhì)疑能力和批判性思維能力的培養(yǎng)起到了較好的作用。本節(jié)課科學(xué)史資料所蘊(yùn)含的學(xué)生探究素材非常豐富，薩頓通過類比邏輯推理提出假說、摩爾根通過果蠅實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說，體現(xiàn)了科學(xué)方法在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要作用。這些素材運(yùn)用得當(dāng)可較好地培養(yǎng)學(xué)生的探究能力與科學(xué)推理能力。

2.教學(xué)流程圖（復(fù)制不了，呵呵！）

3.教學(xué)過程

3.1什么是類比推理？

用盡量生動的語言給學(xué)生講述阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力原理的故事，并且提出問題：阿基米德是通過怎樣的推理方法把“人體進(jìn)入浴池”和“皇冠體積測量”聯(lián)系起來的？讓學(xué)生體會這種類比推理的方法后再告訴學(xué)生，日常生活中這種推理也很常見，比如現(xiàn)在的公務(wù)員考試就有許多相關(guān)題目，如：

82.（08年國家公務(wù)員行政能力測試，82）爭議：仲裁：聽證

A．訴訟：審判：旁聽                 B．通貨膨脹：宏觀調(diào)控：貨幣政策

C．突發(fā)事故：現(xiàn)場搶救：善后處理     D．交通安全：交通法規(guī)：交通警察

讓學(xué)生嘗試選擇正確答案，然后請一位學(xué)生談?wù)勥x擇的依據(jù)是什么？該題需要比較三個詞之間的邏輯關(guān)系。“爭議：仲裁：聽證”之間的邏輯關(guān)系是：爭議可以通過仲裁這樣一個方式來解決，這個過程中可能存在聽證。最為匹配的是A：訴訟可以通過審判來解決，這個過程中可能存在旁聽。通過比較，找出相同點(diǎn)，是解決這個問題的關(guān)鍵。

以講故事的形式引入“類比推理”這種科學(xué)思維方法，再通過一個問題的分析讓學(xué)生體驗(yàn)這種方法的應(yīng)用，學(xué)生當(dāng)然會對此感興趣，為下一步教學(xué)過程中類比推理方法的運(yùn)用做好鋪墊。

3.2薩頓的假說—引導(dǎo)學(xué)生嘗試類比推理

薩頓將看不見的基因與看得見的染色體的行為進(jìn)行類比，根據(jù)其驚人的一致性，提出基因位于染色體上的假說。該內(nèi)容適合進(jìn)行基于資料的課堂探究活動，可以根據(jù)下列材料和問題進(jìn)行?；顒油瓿珊笠⒁馓嵝褜W(xué)生：類比推理的結(jié)論并不具有邏輯的必然性，其正確與否，還需要觀察和實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。

資料一：（可通過多媒體呈現(xiàn)）孟德爾定律重新發(fā)現(xiàn)不久，引起人們的極大興趣。1902年，美國遺傳學(xué)家薩頓（W.S. Sutton 1877～1916）認(rèn)識到豌豆產(chǎn)生配子時遺傳因子（基因）的行為和減數(shù)分裂中染色體的行為有著精確的平行關(guān)系。

提出問題1：請分析遺傳因子（基因）和染色體的行為有哪些平行關(guān)系？嘗試總結(jié)出來。

根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，教師也可以先引導(dǎo)學(xué)生分別復(fù)習(xí)孟德爾定律和減數(shù)分裂過程同源染色體的行為，在復(fù)習(xí)過程中給以提示，然后再讓學(xué)生總結(jié)歸納。目的是讓學(xué)生通過自主分析與思考，通過比較尋找二者的內(nèi)在聯(lián)系?？刹捎眯〗M合作討論、代表展示的方式，這樣對學(xué)生來說，具有更大的挑戰(zhàn)性，更能激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣和激情。最后教師引導(dǎo)學(xué)生一起總結(jié)歸納出下表。

提出問題2：通過對遺傳因子與同源染色體的行為變化的比較，展開你的想象，你能作出怎樣的推測或假設(shè)？

經(jīng)過類比推理，學(xué)生一般都能從中悟出遺傳因子（基因）和染色體的本質(zhì)聯(lián)系。能夠在思考的基礎(chǔ)上提出2個可能的假設(shè)：①染色體就是基因；②可能基因在染色體上，染色體是基因的載體。

提出問題3：此時告訴學(xué)生，一個生物的性狀都是有基因控制的，大多數(shù)生物的性狀成百上千，這些性狀都是由基因控制的，但生物的染色體數(shù)目卻是有限的，比如，人的染色體只有23對，你能根據(jù)這個事實(shí)檢驗(yàn)上述假設(shè)是否成立嗎？

很顯然，生物的基因數(shù)目遠(yuǎn)大于染色體數(shù)目，經(jīng)過思考，學(xué)生一般可以排除假設(shè)①，保留假設(shè)②。

假設(shè)②也正是科學(xué)家在當(dāng)時得出的結(jié)論。把科學(xué)家的研究成果告訴學(xué)生，讓學(xué)生體驗(yàn)自主探究獲得成功后帶來的樂趣。1902年，美國遺傳學(xué)家薩頓（W．Sutton，1877－1916）比較研究了減數(shù)分裂過程中染色體行為與孟德爾定律的遺傳因子的行為，二者有驚人的平行關(guān)系。這種比較研究的結(jié)果令他極為振奮，因?yàn)樗呀?jīng)意識到，基因很可能就在染色體上，由此提出了著名的“薩頓假說”。薩頓在“遺傳和染色體”一文（1903年）中說：“父本和母本的染色體聯(lián)合成對及它們在減數(shù)分裂中的分離構(gòu)成孟德爾定律的基礎(chǔ)”。就是說，只要假定基因是在染色體上，分離定律和自由組合定律就會從細(xì)胞水平得到解釋。

現(xiàn)在我們也許認(rèn)為“薩頓假說”并無驚人之處，但在20世紀(jì)初卻十分轟動，由此引發(fā)了一場激烈的爭論。薩頓雖然證明了基因行為和染色體行為是平行的，但是平行并沒有反映出兩者具有一定的前因后果和空間位置的必然聯(lián)系，那么基因和染色體的關(guān)系究竟是怎樣的呢？還必需通過一定的實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證。

確實(shí)，薩頓提出的假說在當(dāng)時并沒被多數(shù)人認(rèn)同。持不同意見的人認(rèn)為，基因和染色體的平行關(guān)系最多不過是彼此同時發(fā)生而已，把孟德爾的基因同染色體相提并論顯得有點(diǎn)似是而非，過于牽強(qiáng)。美國的哥倫比亞大學(xué)生物系的生物胚胎學(xué)家摩爾根(T. H. Morgan，1866～1945)受大學(xué)中學(xué)術(shù)氣氛的影響，終生信奉大學(xué)里“一切通過實(shí)驗(yàn)”的原則。他就認(rèn)為孟德爾是“思辨”臆測，宣稱絕不接受這種“沒有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)”的理論。因此他試圖用實(shí)驗(yàn)來解決這個問題。

3.3  基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

摩爾根(T.H.Morgan，1866～1945)幸運(yùn)地得到一只罕見的白眼雄果蠅，他的研究過程給我們教學(xué)提供了一個“假說--演繹法”的訓(xùn)練素。

摩爾根的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（發(fā)現(xiàn)問題）→分析問題（提出假說）→對假說進(jìn)行推理性解釋（演繹推理）→設(shè)計或分析實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證推理的正確性從而說明假設(shè)成立）。這個過程以基于資料的課堂探究活動為主線，把學(xué)習(xí)的權(quán)利還給學(xué)生，但注意適當(dāng)?shù)奶崾竞忘c(diǎn)撥。讓學(xué)生不僅得到科學(xué)方法的訓(xùn)練，而且能順利掌握基因位于染色體上的證據(jù)。

資料二（假說—演繹法之發(fā)現(xiàn)問題）：（可通過多媒體呈現(xiàn)，也可以講故事的形式呈現(xiàn)）1908年，摩爾根開始用果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料，研究生物遺傳性狀中的突變現(xiàn)象。1910年5月，摩爾根在紅眼的果蠅群中發(fā)現(xiàn)了一只異常的白眼雄性果蠅。他以前從來沒有見過這樣的類型，因此這只果蠅是罕見的突變品種。摩爾根激動萬分，將這只寶貝果蠅放在單獨(dú)的瓶子中飼養(yǎng)。每天晚上，摩爾根帶著這只果蠅回家，睡覺時將實(shí)驗(yàn)瓶放在身邊，白天又帶著它去上班，生怕果蠅出現(xiàn)意外。在他的精心照料下，原本虛弱的白眼果蠅終于在與一只紅眼雌性果蠅交配后才壽終正寢，將突變的基因留給了下一代果蠅，留給了苦心栽培它的摩爾根。十天后，第一代雜交果蠅長大了，全部是紅眼果蠅。不要為白眼基因的缺席擔(dān)心，按照孟德爾的學(xué)說，紅眼基因相對白眼基因是顯性，因此珍貴的突變基因只是躲到了后臺。摩爾根當(dāng)然不會放過檢驗(yàn)前人理論的機(jī)會，他用第一代雜交果蠅互相交配，產(chǎn)生第二代雜交果蠅。焦急地等待了十天，摩爾根得到了第二代雜交果蠅，其中有3470個紅眼的，782個白眼的，基本符合3：1的比例。這下，摩爾根對孟德爾真正服氣了，實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合孟德爾從豌豆中總結(jié)出的規(guī)律。

當(dāng)摩爾根用放大鏡再次定睛觀察這些白眼果蠅時，他發(fā)現(xiàn)了一個不同于孟德爾規(guī)律的現(xiàn)象。按照孟德爾的自由組合規(guī)律，那些長著白眼的果蠅，它們的性別應(yīng)當(dāng)是有雄性的，也有雌性的。然而這些白眼果蠅居然全部是雄性，沒有一只是雌性的。也就是說，突變出來的白眼基因伴隨著雄性個體遺傳。摩爾根終于從果蠅身上看到了孟德爾在豌豆上觀察不到的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象怎么解釋呢？

資料三（輔助性資料）：（可通過多媒體呈現(xiàn)）20世紀(jì)初期，一些生物學(xué)家已經(jīng)在一些昆蟲的細(xì)胞里發(fā)現(xiàn)了性染色體。果蠅的體細(xì)胞中有4對染色體，3對是常染色體，1對是性染色體，雌果蠅中這對性染色體是同型的，為XX；在雄果蠅中這對性染色體是異型的，為XY。生物的性別是由性染色體決定的，性別決定圖解如右圖。此問題初中曾學(xué)習(xí)過，可一帶而過。

提出問題4（假說—演繹法之提出假設(shè)）：摩爾根的白眼雄果蠅和野生紅眼雌果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，在F2中所有白眼果蠅全部為雄性，而生物的性別又是由性染色體決定的。發(fā)揮你的想象力，根據(jù)上述資料二和資料三，你能提出一個合理的假設(shè)嗎？

由于白眼性狀的遺傳總是和性別相關(guān)，所以白眼基因很可能就在性染色體上。根據(jù)資料的分析與推理，學(xué)生不難作出假設(shè)，一般能夠提出下列可能的假設(shè):

假設(shè)1：控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體上沒有它的等位基因;

假設(shè)2：控制白眼的基因在Y染色體上，而X染色體上沒有它的等位基因;

提出問題5（假說—演繹法之演繹推理）: 如果假設(shè)1成立，你能寫出摩爾根的兩組果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的遺傳圖解嗎？如果假設(shè)2成立呢？通過遺傳圖解能否檢驗(yàn)上述假設(shè)是否合理？學(xué)生可以畫出如下圖的遺傳圖解，并組織小組討論上述假設(shè)是否成立。

假設(shè)2不符合摩爾根的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生經(jīng)過討論很快可以推翻假設(shè)2，并推知假設(shè)1剛好可以解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)合理的假設(shè)1，按照孟德爾的遺傳理論，應(yīng)該如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假設(shè)？同學(xué)們想一想，如果利用子一代進(jìn)行測交實(shí)驗(yàn)，我們會得到什么結(jié)果？通過問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行演繹推理。

學(xué)生回憶孟德爾的實(shí)驗(yàn)理論，很容易想到測交實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過思考和討論，可以推理出測交實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該為：紅眼（♀）︰白眼（♀）︰紅眼（♂）︰白眼（♂）＝1︰1︰1︰1。這就是我們演繹推理的結(jié)果，而這個結(jié)果需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才能成為支持假設(shè)的結(jié)論。

提出問題6（假說—演繹法之實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）:該實(shí)驗(yàn)不適合在課堂上重演，但是可以通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計和分析的方法對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法訓(xùn)練?；貞浢系聽柕膶?shí)驗(yàn)方法，用遺傳圖解表示實(shí)驗(yàn)過程。

通過小組展示→評價→修正，充分發(fā)揮學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)的積極性。告訴學(xué)生摩爾根后來經(jīng)過測交得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和我們的分析完全一致，讓學(xué)生在體驗(yàn)成功的快樂中完成這次探究。

提出問題7：換個看問題的角度，請同學(xué)們嘗試根據(jù)以上的分析與推理來說明基因與染色體的關(guān)系？

這個問題的答案正是摩爾根最重要的收獲，白眼雄果蠅和野生雌蠅雜交，子一代雌雄個體交配，子二代只有雄性個體中出現(xiàn)白眼性狀，正好說明控制眼色的基因只存在于X染色體上，Y染色體上沒有它的等位基因。從而說明了，基因與染色體的關(guān)系，即基因在染色體上。

    上述幾個問題的分析與推理，對于學(xué)生能力的提高很有幫助，較好地訓(xùn)練了學(xué)生演繹推理能力，同時引導(dǎo)和幫助學(xué)生較好地理解基因在染色體上這一科學(xué)結(jié)論，而小組合作的探討過程又使學(xué)生的合作意識得到提升，養(yǎng)成更好的合作學(xué)習(xí)習(xí)慣。

資料四：（可通過多媒體呈現(xiàn)）人類基因組計劃表明，人有3萬多個基因。但是人類只有46條染色體。

提出問題8：染色體和基因的數(shù)量對應(yīng)關(guān)系如何？一個基因一條染色體嗎？

該問題較簡單，學(xué)生通過思考可以得出結(jié)論：一條染色體上有多個基因（因?yàn)閷W(xué)生在課外對人類基因組計劃都有所了解，所以不作提示學(xué)生也完全能夠解決這個問題）。

簡單介紹基因的免疫熒光染色技術(shù)，結(jié)合課本上的彩圖，告訴學(xué)生利用現(xiàn)代生物化學(xué)技術(shù)完全可以直接觀察到基因在染色體上的分布情況。由此讓學(xué)生認(rèn)同科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對科學(xué)理論建立的影響作用。

3.4 孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋

我們已經(jīng)知道了基因是在染色體上，能不能從減數(shù)分裂的過程中分析孟德爾的基因分離和自由組合的原因呢？這個問題是對學(xué)生進(jìn)行模型方法訓(xùn)練的較好素材。模型構(gòu)建是高中學(xué)生必須掌握的科學(xué)方法之一，該方法是以簡化和直觀的形式來顯示復(fù)雜事物或過程的手段。該過程可以讓學(xué)生體驗(yàn)減數(shù)分裂過程中染色體與基因的動態(tài)關(guān)系，理解配子形成過程基因表現(xiàn)出分離和自由組合的原因。

構(gòu)建模型活動：請利用給出的材料，以小組為單位制作減數(shù)第一次分裂和減數(shù)第二次后期的細(xì)胞模型。材料：紅色和藍(lán)色橡皮泥（制作染色體模型）；標(biāo)簽紙若干（可粘貼到染色體模型上標(biāo)注基因）；白紙（畫出細(xì)胞輪廓）。讓學(xué)生按照下列步驟開始模型構(gòu)建與探究。告訴學(xué)生，此過程的目的是體驗(yàn)基因與染色體的動態(tài)平行關(guān)系。

①用橡皮泥制作兩對同源染色體（長的紅、藍(lán)各一個和短的紅、藍(lán)各一個），在相應(yīng)位置粘貼標(biāo)簽紙，用筆標(biāo)注兩對等位基因Y、y和R、r。

②首先取其中1對同源染色體在白紙上畫出細(xì)胞輪廓，制作減數(shù)第一次分裂后期細(xì)胞模型，體驗(yàn)基因和染色體的動態(tài)關(guān)系。

提出問題：在配子形成過程中，孟德爾描述的成對基因（遺傳因子）為什么表現(xiàn)出分離？（該問題并不需要學(xué)生立即回答，而是用于指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考。）

③把2對同源染色體都用上，制作減數(shù)第一次分裂后期細(xì)胞模型，體驗(yàn)2對基因和2對染色體的動態(tài)關(guān)系。

提出問題：在配子形成過程中，孟德爾描述的控制不同性狀的2對基因（遺傳因子）Y、y和R、r為什么表現(xiàn)出自由組合？（該問題并不需要學(xué)生立即回答，而是用于指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考。）

在此過程中教師要對各組學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，解答學(xué)生提出的問題，并適時予以適當(dāng)?shù)脑u價。

提出問題9：回憶孟德爾的基因分離定律和基因自由組合定律的內(nèi)容，既然我們已經(jīng)知道了基因與染色體的關(guān)系，想一想，能不能利用減數(shù)分裂的知識對此進(jìn)行完善？

對科學(xué)家的理論進(jìn)行完善，具有挑戰(zhàn)性，學(xué)生很興奮也很感興趣。需要給學(xué)生留下足夠的討論時間，根據(jù)學(xué)生的討論的情況選擇小組代表進(jìn)行展示，其余小組修正，最后教師和學(xué)生一起總結(jié)歸納。教師最后指出：用遺傳的染色體學(xué)說能十分圓滿的解釋孟德爾定律。

該教學(xué)過程運(yùn)用模型建構(gòu)的方法，讓學(xué)生利用模型模擬減數(shù)分裂過程中染色體與基因的行為，具有直觀性、趣味性、易操作等特點(diǎn)，很適合在課堂上讓學(xué)生進(jìn)行分組活動。學(xué)生親身經(jīng)歷制作過程，就很容易發(fā)現(xiàn)其中的要素與關(guān)鍵。通過分組活動，便于合作交流，小組各成員能分工合作、相互促進(jìn)和提高。他們不僅要動手做，而且要動腦想，突出模擬制作的教育價值。

4.教學(xué)體會與反思

本節(jié)課利用科學(xué)史發(fā)展過程中科學(xué)家對基因與染色體關(guān)系的探索與研究為主線，以基于類比推理、演繹推理、模型構(gòu)建的科學(xué)思維方法訓(xùn)練為核心，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的同時得到科學(xué)方法與科學(xué)思維的訓(xùn)練，并體驗(yàn)科學(xué)理論發(fā)展的不斷完善過程與可修正性，認(rèn)同科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對科學(xué)理論建立的作用與影響。

生物科學(xué)史不僅提供了相關(guān)的科學(xué)知識，其中的科學(xué)推理、科學(xué)方法也是較好的教學(xué)素材，可以較好地讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題、尋找證據(jù)、合理推理的，體驗(yàn)科學(xué)家不斷深化對問題認(rèn)識的過程和科學(xué)探索的精神。所以，在生物教學(xué)中恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用科學(xué)史，充分發(fā)揮其教育功能，將有助于我們實(shí)現(xiàn)“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”三位一體的課程目標(biāo)。