人教课标版高中生物必修2第1章《孟德尔的豌豆杂交实验》教学设计.docx
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人教课标版高中生物必修2第1章《孟德尔的豌豆杂交实验》教学设计
教学设计
教材分析
本节内容是按科学发现史的线索编写的,利于教师以分离定律的发现过程为载体,对学生进行科学方法的教育。
依据课程标准的要求,分析孟德尔的科学研究方法,提高学生的科学素养也是本节教学的主要目标之一。
教师在教学中应结合课标的要求、教材的特点和学生的认知情况开展教学活动。
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。
教师可以结合教材中提出的环环相扣的问题引导学生展开思考与讨论。
首先利用“问题探讨”引导学生观察、分析身边的生物遗传现象,提出问题,展开讨论,激发探究欲望。
其次引导学生模拟参与到孟德尔的遗传实验中,分析杂交实验的结果,由表及里地提出问题,如生物性状的遗传为什么会出现分离现象?
如果不应用数学统计的方法分析实验结果,会发现3∶1的性状分离结果吗?
在规律性的遗传结果中蕴涵的遗传本质是什么?
使学生在模拟科学家发现问题—推理假设—实验验证的活动中完成教学任务。
2.遵循“学习—实践—创新”的思路,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知识基础、持之以恒的实验探究以及科学创新的实验方法,也就是说孟德尔的科学发现不是偶然的。
由于孟德尔具有了丰富的自然科学和数学知识,才有杂交可改变生物性状的进化思想,才有运用数学统计方法分析遗传实验结果的意识;由于连续8年的杂交实验的积累,才使孟德尔发现实验结果中蕴涵的规律性本质;由于实验方法和思维方法的创新,才使孟德尔冲破原有的观念,提出颗粒性遗传的假说,并设计实验验证自己的假说。
通过这些思维活动,帮助学生确立严谨的科学态度和勇于创新的精神。
3.用科学方法教育统领教学的全过程。
教材中关于分离定律发现过程的写法,体现了“观察实验、发现问题—分析问题、提出假设—设计实验、验证假说—归纳综合、总结规律”的科学研究一般过程。
教师可以结合教材中提供的思路,引领学生分析孟德尔豌豆杂交实验的科学方法。
其中发现问题环节,应突出孟德尔运用的数学统计方法和坚持不懈地追求科学真谛的执著精神;提出假设环节,突出孟德尔大胆想象、严谨推理和敢于质疑、敢于冲破原有观念的创新精神;验证假设环节,突出首创测交实验,用全新的科学实验设计证明自己观点的创新思维。
4.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。
性状分离比模拟实验的目的是使学生在亲身活动中,探讨遗传因子分离、配子随机结合与遗传结果的关系,为进一步理解孟德尔的豌豆杂交实验打基础。
在指导学生做模拟实验时,必须使学生明确实验过程中每一步骤的意义,引导学生明确不同彩球与遗传因子之间的对应关系;随机抓取彩球与雌、雄配子随机结合的关系,进而理解生物在有性生殖时,由于遗传因子分离以及受精作用,结果导致一对相对性状的遗传结果。
5.适时地进行技能训练和课堂练习,夯实基础,注重能力。
通过本节课的教学活动应使学生阐明孟德尔的遗传规律和相关概念。
在教学中教师可结合技能训练和课后练习,强调学生对概念的理解,辨析相关概念和遗传学术语之间的区别与联系,建立概念图(详见本章“教学设计与案例”)。
结合生活或生产中的生物遗传实例,训练学生运用遗传学原理分析、解决问题的能力。
课时安排
2课时。
课时安排
1.阐明孟德尔的一对相对性状的杂交实验及分离定律。
2.体验孟德尔遗传实验的科学方法和创新思维。
3.运用分离定律解释常见的遗传现象。
内容提要
孟德尔的豌豆杂交实验
(一)
教学重点和难点
1.对分离现象的解释,阐明分离定律。
2.以孟德尔的遗传实验为素材进行科学方法教育。
3.运用分离定律解释一些遗传现象。
4.对分离现象的解释。
5.假说—演绎法。
第1课时
课前准备
1.自然界性状遗传的图例。
2.两性花以及豌豆花的结构图示。
3.孟德尔简介。
导入新课
情境导入
遗传是俯拾皆是的生物现象,其中的奥秘却隐藏至深。
人类对它的探索之路,充满着艰辛曲折,却又那么精彩绝伦!
本章的开始有遗传学的奠基人——孟德尔的肖像和他的计算手稿。
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。
让我们从140多年前孟德尔的植物杂交实验开始,循着科学家的足迹,探索遗传的奥秘。
推进新课
学习目标一:
豌豆花的结构以及基本概念的了解
1.孟德尔简介
课本第一节的问题探讨讲了“融合遗传”的观点,那么请大家思考:
(1)哪些遗传现象符合“融合遗传”的观点?
(2)哪些遗传现象与“融合遗传”相矛盾?
学生活动:
学生交流、探讨身边的生物遗传现象是否符合“融合遗传”的观点。
教师活动:
列举典型的实例,如不同颜色的牡丹花、菊花,黑毛羊与白毛羊等,说明生物的遗传不遵循“融合遗传”的客观事实。
总结:
生物的遗传不是简单的双亲性状的融合,那么到底有没有规律可以寻找呢?
在140多年前孟德尔通过杂交实验揭示了生物遗传的基本规律。
孟德尔为什么能揭示这一科学奥秘?
组织学生交流对孟德尔的初步了解。
结合学生的汇报,主要对孟德尔作以下简介。
①孟德尔自幼酷爱自然科学,通过对自然科学和数学的学习,孟德尔形成了杂交可使生物产生变异的进化思想,以及应用数学方法分析遗传学问题的意识。
②在实践中孟德尔选用豌豆、玉米、山柳菊等植物,连续进行了多年的杂交实验研究,其中最成功的是豌豆实验。
③当时科学界开展对多种动植物的杂交实验,孟德尔总结了前人的经验,创新研究方法,如从单一性状入手观察分析遗传结果;用前人从未在生物学研究领域用过的数学统计方法进行分析研究;敢于挑战传统的观点,提出了颗粒遗传的观点等。
投影仪展示孟德尔的个人简介。
2.豌豆花结构以及相关概念
孟德尔最为成功的植物杂交实验是豌豆的杂交实验,那么豌豆具有哪些特点?
为什么说孟德尔最成功的杂交实验是豌豆杂交实验?
学生思考:
(1)为什么用豌豆作实验材料,结果会可靠?
(2)杂交实验的含义是什么?
(3)如何通过纯种间的杂交获得杂种后代?
(4)概述自交、杂交的概念。
(5)通过实例分析,辨析相对性状的概念。
学生讨论回答。
点拨:
结合挂图或幻灯片、课件讲述豌豆的结构特点:
①豌豆自花传粉(且闭花受粉),结果是:
自花传粉(自交),产生纯种;②豌豆花大,易于进行人工杂交,其过程为:
去雄→套袋(防止其他花粉的干扰)→授粉(采集另一种豌豆的花粉,撒在去掉雄蕊的花的柱头上);③具有稳定遗传的、易于区分的相对性状,如豌豆茎的高度有明显的差异,通过观察很容易区分。
结合上述内容,给出相对性状、自交、杂交、正交和反交等概念。
[知识拓展]
一、花的结构
二、两性花和单性花
1.两性花:
一朵花同时具有雌蕊和雄蕊。
2.单性花:
一朵花只具有雌蕊或雄蕊。
三、花序:
按照一定的顺序着生在花轴上的一簇花。
学习目标二:
阐明孟德尔的一对相对性状的杂交实验
1.一对相对性状的杂交实验
孟德尔是如何通过豌豆杂交实验来揭示分离定律的?
[方法引导]
结合板图,观察分析一对相对性状的遗传实验过程,总结显性性状、隐性性状与相对性状之间的关系。
学生思考:
(1)为什么先做一对相对性状的遗传实验?
(2)为什么子一代表现高茎?
矮茎性状消失了没有?
(3)在规律性的遗传结果中,内含的实质规律是什么?
学生讨论回答。
点拨:
(1)由一对相对性状开始研究,符合由简单到复杂的认知规律,便于研究。
(2)教材讲解显性性状、隐性性状、性状分离的概念,以解释子一代只表现高茎的现象。
(3)子二代高茎与矮茎之比表现为3∶1不是偶然的,内含的实质规律下面孟德尔作了解释。
2.对分离现象的解释
在学生讨论的基础上,结合一对相对性状的遗传图解,教师点拨:
(1)概述显性遗传因子与显性性状、隐性遗传因子与隐性性状之间的关系。
(2)讲明纯合子、杂合子的概念。
(3)概述孟德尔对性状分离的解释要点。
(4)讲明遗传图解的绘制要点。
[教师精讲]
结合图解阅读教材,阐明孟德尔假说的内涵,概括孟德尔假说的要点。
(1)生物体的性状是由遗传因子决定的,遗传因子之间既不会相互融合,也不会在传递中消失。
(2)体细胞中遗传因子是成对存在的。
(3)生物体在形成配子时,成对的遗传因子彼此分离,分别进入不同的配子中。
(4)受精时,雌雄配子的结合是随机的。
在讲解的基础上,引导学生阅读教材,进一步理解孟德尔假说的含义。
思考:
遗传因子分离、配子随机组合真的能出现3∶1的结果吗?
[合作探究]
要求学生画出纯种圆粒(RR)和纯种皱粒(rr)豌豆杂交的遗传图解,学生可以相互讨论,以小组为单位合作完成图解。
教师巡视,随时纠正学生的错误。
通过合作探究,真正理解孟德尔对分离现象的解释,认同3∶1的结果。
课堂小结
本节课我们了解了孟德尔豌豆杂交实验的基本过程,知道了豌豆花的结构,熟悉了自交、相对性状等众多概念,这些都能很好地帮助我们继续学习孟德尔的杂交实验。
那么请大家课后思考:
孟德尔假说与“融合遗传”观点的本质区别是什么?
在人们还没有认识到配子的形成和受精过程中染色体的行为变化时,你如何认识孟德尔假说的深刻意义?
第2课时
课前准备
1.性状分离比模拟实验的器材。
2.测交实验的图示。
导入新课
复习导入
上一节课我们学习了孟德尔的一对相对性状的遗传实验,并且知道了孟德尔是如何对实验结果作出自己的解释的。
但是大家有没有注意到一个细节,孟德尔是用统计学对子二代不同性状的个体进行分析的,这必然要统计大量的数量,假如统计的数量过少,还会不会出现3∶1的结果呢?
学生讨论回答。
点拨:
如果数量过少,会有一定的偶然性,结果就会出现偏差。
下面我们可以通过模拟实验,来验证孟德尔的实验结论。
推进新课
学习目标一:
性状分离比的模拟实验
本实验用到了小桶、小球,请大家思考:
(1)甲、乙小桶代表什么?
(2)彩球代表什么?
(3)彩球的数量有什么要求?
学生讨论回答。
点拨:
(1)甲、乙小桶代表雌、雄生殖器官。
(2)彩球代表配子。
(可深入探讨不同颜色的小球代表的含义)
(3)两种颜色的小球数量相等。
[方法引导]
下面请大家注意实验的要求,知道遗传因子的分离和配子的随机结合与性状之间的数量关系。
教师说明这是模拟F1自交产生F2的过程,学生写出F1到F2的遗传图解。
[合作探究]
以两人为一组让学生按照实验的方法步骤进行实验操作,教师巡视,个别讲解。
请学生讨论以下问题。
(1)为什么要保持两种颜色彩球数量相等?
(2)为什么抓取小球前要摇匀?
为什么要将抓取的彩球放回原来的小桶内?
(3)两个彩球的组合代表什么?
(4)设计表格,记录彩球组合的类型、每种组合的数量以及彩球组合类型之间的数量之比。
学生实验,分组讨论问题。
点拨:
(1)两种颜色的彩球代表亲本F1产生的两种配子,它们的数量是相等的。
(2)摇匀和放回桶内都是为了使抓取到的两种颜色的小球概率相等。
(3)两个彩球的组合代表F2的遗传因子的组成。
(4)
1
2
3
……
49
50
比值
甲桶抓取情况
D∶d=
乙桶抓取情况
D∶d=
组合情况
DD∶Dd∶dd=
学生做完实验,探讨好问题后,请大家讨论教材中的讨论题1和2,教师点拨:
(1)与每个小组的实验结果相比,全班实验的总结果更接近预期的结果,即彩球组合类型数量比DD∶Dd∶dd=1∶2∶1,彩球代表的显性与隐性类型的数值比为3∶1。
实验个体数量越大,越符合统计规律。
如果孟德尔当时只统计10株豌豆杂交的结果,则很难正确地解释性状分离现象。
实验统计的样本数目足够多,是孟德尔能够正确分析实验结果的前提条件之一。
当对10株豌豆的个体作统计时,会出现较大的误差。
(2)模拟实验的结果与孟德尔的假说是相吻合的。
因为甲、乙小桶内的彩球代表孟德尔实验中的雌、雄配子,从两个桶内分别随机抓取一个彩球进行组合,实际上模拟雌、雄配子的随机组合,统计的数量也足够大,出现了3∶1的结果。
但要进一步证明某一假说还需实验验证。
[知识拓展]
性状分离比模拟实验是对孟德尔假说的间接的具体的体验。
孟德尔遗传实验需要满足以下条件:
(1)子一代个体形成的配子数目相等且生活力相同。
(2)雌、雄配子结合的机会相等。
(3)子二代不同基因型的个体存活率相等。
(4)遗传因子间的显隐性关系完全相等。
(5)观察的子代样本数目足够多。
模拟实验的条件与实际的实验条件越接近,其结果越能准确地体现实际实验的结果。
所以性状分离比模拟实验亦应满足上述条件,如确保两个桶内的彩球数量相等,即模拟了子一代个体形成的配子数目相等且生活力相同;选择形状、大小、质量等同的彩球,其意义是保证学生抓取彩球的随机性,模拟雌、雄配子结合的机会相等;重复一定次数地抓取彩球,进行组合,记录结果,即满足了实验样本数目足够大的条件。
学习目标二:
对分离现象解释的验证
一种正确的假说,仅能解释已有的实验结果是不够的,还应该能够预测另一些实验结果。
请学生阅读教材中的假说—演绎法和孟德尔的测交实验。
讨论以下问题:
(1)什么是假说—演绎法?
(2)画出测交实验的遗传图解。
(3)测交实验证明了什么?
学生看书,讨论。
点拨:
(1)测交的遗传图解
(2)测交的实验结果验证了孟德尔的假说,即F1产生配子时,成对的遗传因子彼此分离,进入不同的配子,雌雄配子的结合是随机的。
小结:
通过测交实验确实证明了孟德尔对分离现象解释的正确性,那么分离定律如何正确表述,它又有什么应用呢?
学习目标三:
分离定律及其应用
[教师精讲]
分离定律指的是在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合;在形成配子时,成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。
孟德尔的分离定律为他以后的两对性状的遗传实验奠定了很好的基础。
结合教材中的技能训练,让学生运用遗传规律进行育种的实验设计。
[巩固提高]
技能训练:
设计实验程序
点拨:
将获得的紫色花连续几代自交,即将每次自交后代的紫色花选育再进行自交,直至自交后代不再出现白色花为止。
课堂小结
教师小结:
归纳本节的相关概念,绘制杂合子、性状分离、相对性状、显性性状、隐性性状等概念间的关系图。
孟德尔科学地设计了实验的程序,最终证明他的假说是正确的,得出了分离定律,科学地揭示了生物亲代到子代性状的遗传规律。
第1章遗传因子的发现
第1节孟德尔的豌豆杂交实验
(一)
一、孟德尔的杂交实验
1.豌豆花的结构以及相关概念
2.一对相对性状的遗传实验
3.对分离现象的解释
4.对分离现象的模拟实验
5.对分离现象的验证
实验—假说—验证—结论
二、分离定律以及应用
1.分离定律
2.分离定律的应用
由于本节课的课时有限,教学内容又较多,本班的学生多是中等水平,所以在教学实施过程中有意放慢进度,旨在让学生有充足的时间进行思考,体会科学探究的过程。
在本节课中对于杂交、自交等概念只作了个大概的介绍,没有给出完整的定义让学生理解掌握,主要是因为这些概念要在题目中去理解。
如果时间充裕,将这些概念在本节课上讲解,学生接受的知识可能更为完整、有序。
1.孟德尔简介
孟德尔将他研究的结果整理成实验研究论文“Experimentinplanthybridization”(译为植物的杂交实验)于1865年2月8日和3月8日在布隆博物学会上,分两次作了报告。
并于1866年在学会会刊上发表,同时将论文的单印本分送到134个科学机构的图书馆,但都未引起任何反响。
孟德尔(G.J.Mendel,1822~1884)出生在奥地利的名叫海因策多夫的小村中。
父亲是个农民,擅长嫁接。
母亲是个园林工人。
由于家庭的影响,孟德尔自小酷爱自然科学。
他上过小学和中学,但因家庭经济困难,不得不中途辍学。
1843年到布隆的奥古斯汀修道院当修道士,1847年被任命为神父,1849年起在附近的策奈姆中学任代课教师。
1850年参加正式教师考试,因生物学和地质学的分数低而失败。
1851年去维也纳大学学习自然科学,1853年又回到修道院,1854年应聘到布隆高等技术学校任代课教师,讲授物理学和博物学。
1856年再度参加自然科学教师考试,因中途病倒而落选。
这样他一直以代课教师身份教学直到1868年当选为修道院院长为止。
孟德尔不仅在数学和物理学方面有很好的基础,而且对农业的各个学科有着广泛的兴趣。
他既是遗传学家,又是园艺学家和气象学家。
他培育的一个倒挂金钟被命名为“孟德尔倒挂金钟”。
从1856年起,他还致力于气象学的研究,1863~1869年曾发表过多篇气象学的论文,但孟德尔最卓越的成就是有关植物的杂交实验,这一工作从1856年至1872年共持续了17年之久,其中豌豆的杂交实验成绩最为突出。
豌豆的杂交实验从1856年至1864年共进行了8年。
孟德尔将其研究的结果整理成论文发表,但未引起任何反响。
其原因有三个。
第一,在孟德尔论文发表前7年(1859年),达尔文的名著《物种起源》出版了。
这部著作引起了科学界的兴趣,几乎全部的生物学家转向生物进化的讨论。
这一点也许对孟德尔论文的命运起了决定性的作用。
第二,当时的科学界缺乏理解孟德尔定律的思想基础。
首先那个时代的科学思想还没有包含孟德尔论文所提出的命题:
遗传的不是一个个体的全貌,而是一个个性状。
其次,孟德尔论文的表达方式是全新的,他把生物学和统计学、数学结合了起来,使得同时代的博物学家很难理解论文的真正含义。
第三,有的权威出于偏见或不理解,把孟德尔的研究视为一般的杂交实验,和别人做的没有多大差别。
2.孟德尔的实验过程
孟德尔在实验工作中贯彻了从简单到复杂的原则。
他所用的两个亲本(父本和母本)都只相差一个性状,事实上不管这两个亲本有多少种性状差别,他只注意研究一对性状的遗传规律。
孟德尔与那些早期研究者相比,他获得成功主要有以下四个原因。
精心选择实验材料。
孟德尔从豆科植物中选择了自花传粉而且是闭花受粉的豌豆作为杂交实验的材料。
从市场买来的豌豆种子可以说都是纯种。
杂交实验从纯种出发,是他实验成功的保证,只有这样才能得到真正的杂种。
豌豆花的结构特点,使得人工方法去雄和进行异花授粉很方便。
此外,他对豌豆材料进行了品种和性状的选择,挑选的有差异的性状既明显而又稳定。
精心设计实验方法。
实验设计是科学方法学的重要组成部分。
孟德尔的成功还归因于采取单因子分析法,即分别地观察和分析在一个时期内的一对性状的差异,最大限度地排除各种复杂因素的干扰。
他首先发现了“分离定律”,然后在这个基础上,再把个别性状综合起来,又发现了“自由组合定律”。
精确的统计分析。
对杂交实验的子代中出现的性状进行分类、计数和数学的归纳。
由于孟德尔有数学和统计学家的头脑和训练,他从一个简单的二项式展开式的各项系数中,找到了豌豆杂交实验显示出来的规律性,并深刻地认识到1∶1、3∶1数字中所隐藏着的深刻意义和规律。
首创了测交方法。
孟德尔巧妙地设计了测交方法,令人信服地证明了他的遗传因子分离假设的正确性。
实践证明这种以杂交子一代个体再与其隐性纯合亲本进行测交的方法,完美而巧妙地成为遗传学分析的经典方法。
孟德尔成功地发现了遗传规律也存在“巧合”的因素。
现在已知豌豆体细胞中存在不同的7对同源染色体,配子中有7条染色体。
孟德尔研究的7对性状的遗传因子并不正好分布在7对不同的同源染色体上,而只是分布在4对同源染色体上。
其中第一对同源染色体上坐落两对基因(子叶黄绿和种皮的灰白,图距单位为204)。
第四对同源染色体坐落三对等位基因(植株高矮、豆荚形状等)。
第七对同源染色体上坐落一对等位基因(豆粒圆皱)。
由于交换值具有相对的稳定性,所以通常以交换值表示两个基因在同一染色体上的相对距离,或称为遗传学图上的图距。
图距小于50出现连锁现象。
孟德尔的二因子和三因子杂交实验所涉及的性状一部分由非同源染色体上基因决定,另一部分由同源染色体上的基因决定,但两对基因的图距非常大,以致这两对基因表现出自由组合。
3.正交、反交、杂交、自交的实验方法的介绍
孟德尔的杂交实验实际上包含了两种交配方式:
一种交配方式称为杂交,另一种交配方式称为自交。
杂交一般指两个具有不同基因型品种或类型的个体间雌雄配子的结合。
自交是指同一个体或不同个体但为同一基因型的个体间雌雄配子的结合;此定义比植物学的定义广,植物学自交特指自花受粉。
植物学的自花受粉即遗传学上的自交;但植物学的异花受粉包含遗传学上的杂交和自交。
在植物有性杂交中,把接受花粉的植株叫做母本,用符号“♀”表示;供给花粉的植株称为父本,用“♂”表示。
父、母本统称为亲本,用“P”表示,杂交符号用“×”表示,自交符号用“⊗”表示,杂种一代用“F1”表示,杂种二代用“F2”表示,依此类推。
如果在做杂交时,父、母本相互交换,这在遗传学上称为互交。
例如,现有两个亲本,用P1和P2表示。
第一个杂交实验♀P1×P2♂,第二个杂交实验♂P1×P2♀,即第一个杂交实验P1为母本,而P2为父本;第二个杂交实验P1作为父本,而P2却作为母本,前一个杂交组合称为正交,后一个杂交组合称为反交,两个杂交组合就叫互交。
由互交实验结果是否一致可以推断控制性状的基因是细胞质基因还是细胞核基因。
正、反交结果一致说明控制性状的基因是核基因;不一致说明控制性状的基因是细胞质基因。
当核基因分为常染色体基因(位于常染色体上的基因)和性染色体基因(位于性染色体上的基因)时,两种基因控制的性状也可以通过互交实验加以区别。
互交结果一致说明控制性状的基因是常染色体基因;不一致说明基因为性染色体基因。
杂交亲本一般应选用纯合子,即基因型纯合的个体。
玉米属于异花受粉作物,一般情况下都是杂合子。
为了获得纯合的个体,让玉米植株通过多次自交,就可得到几乎是基因型纯合的个体,我们称为自交系,它可作为配制杂种的亲本。
自交方法基本同杂交方法。
不同的是:
杂交是两个不同自交系间个体的交配,而自交是同一自交系内个体(包括同一个体)的交配;杂交的目的是获得杂合的个体,而自交的目的是获得纯合的个体;杂合个体可产生多种不同的配子,后代中出现分离现象,纯合个体只产生一种配子,后代中只有一种基因型,后代中不出现分离现象,且表现型与基因型相同。
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