利用项目学习整合遗传学复习——以“寻找果蝇无眼基因”的教学为例

赵正瑜

(浙江省绍兴市第一中学 绍兴 312000)

1 教材分析与设计思路

本课属于高三遗传学一轮复习专题。从教学地位分析，对基因进行定位是解答高中遗传学大题的必要环节，绝大多数遗传考题都需要学生通过基因位置的判断，才能确定性状的遗传方式，进而运用所学相关知识进行解答；从教学内容分析，基因定位涉及基因、染色体、遗传规律、减数分裂、生物性状和科学研究方法等内容，知识体系复杂，定位方法众多，学生学习有难度，比较容易混淆；从教学资源分析，本节内容与身体健康、医学检测密切相关，现实生活中有足够的资源支持项目学习，学生也有较高的学习兴趣。本课以“如何进行果蝇无眼基因的定位”为中心，明线是通过正交反交法、雌隐雄显法、自由组合定律法、单体测交法等方法，按照粗略定位到精确定位的顺序将无眼基因定位到果蝇的Ⅳ号染色体上，暗线是借助项目学习的方式使知识探索系统化、综合化，让学生在活动中体验，在活动中学习。

《普通高中生物学课程标准(2017版)》强调教师教学方式的转变，倡导教师多样化的教学实践，如探究式学习、小组合作学习、项目学习等。其中，“项目学习”既是教学理论研究的热点，又是教学实践探索的亮点。项目学习以问题解决为中心，重视学生的学习动机和责任感。在项目学习中，通过基于一定真实情境的挑战性问题，学习者以小组为单位收集大量的信息，分析、综合，进而衍生出知识，自主地进行知识的建构和整合，掌握诸如合作、反思、评价这类高级技能；在整个过程中，教师提供给学生查阅参考资料的途径，给予学生一定的支持，承担着指导者和建议者的角色。

本课采用“项目教学”的模式，把“寻找果蝇的无眼基因”视为一个项目。整个项目学习活动需要3课时，其中项目学习的准备阶段1课时，实施阶段1课时，总结阶段1课时。

2 教学目标

依据课程标准并围绕培养学生核心素养的要求，制订如下教学目标：

(1) 准确使用正交反交法、雌隐雄显法、自由组合定律法、单体测交法等方法进行无眼基因定位。(科学思维)

(2) 利用假说演绎法探究无眼基因的位置，理解科学研究的一般方法。(科学探究)

(3) 了解基因定位方法在现实生活中的应用，激发学好生物学的热情。(社会责任)

3 教学过程

3.1 准备阶段 具体过程如下：

3.1.1 确定项目主题 创设情境： 一只正常果蝇的复眼由800个小眼组成，每个小眼又由8个细胞凑成一圈。科学家找到一个能做主的统领基因——无眼基因，这个基因如果出现异常，不论雌雄果蝇都成了无眼蝇。无眼基因同样存在于其他生物且相当重要，无眼基因若在小鼠中缺失会引发小眼睛的性状，若在人类中缺失会造成没有虹膜的性状。

引入项目： 既然无眼基因这么重要，科学家便想要找到它，对它进行研究，那么无眼基因在哪里呢？

确定主题： 如何对果蝇的无眼基因进行定位？

将项目学习置于真实的生活化情境，抛出真实的问题，有利于激发学生的求知欲，帮助学生快速参与学习活动，启动项目学习。

3.1.2 设置小组分工 教师根据学生的特点划分8个小组，每组4～6人，每个小组自行选举产生一位责任心强、有一定领导能力的学生作为小组长，并讨论分工安排，填写表1，为后续的项目学习建立基本的合作规则。

表1 项目活动小组分工表

3.1.3 绘制知识结构图 要进行项目活动——对无眼基因进行定位，首先要建构一个相关的知识体系，确定无眼基因可能存在的位置。学生以小组为单位，讨论、绘制、完善“无眼基因可能存在位置”的知识结构图(图1)。

图1 无眼基因可能存在的位置

通过绘制知识结构图，学生可以对整个项目活动的知识体系有一个总体的把握，明确接下去基因定位的方向和顺序。

3.1.4 剖析项目主题 教师提供项目学习途径： 科学家通过正反交实验排除了无眼基因是质基因的可能性，剩下关于核基因的遗传方式中你认为最容易排除的是哪一种？学生根据情境中提到存在无眼雌果蝇，排除了伴Y染色体遗传，将项目主题缩小，问题转化为探究控制无眼性状的基因位于常染色体还是X染色体？(不考虑XY同源区段)

面对新的情境，教师引导学生运用假说—演绎法进行演绎推理。

例题1 实验思路： 已知有眼(E)对无眼(e)为显性，选择作为亲本只进行一次杂交实验，观察子代表现型。

实验结果和结论： ①若，则。②若，则。

学生选择无眼雌果蝇(雌隐)和有眼雄果蝇(雄显)作为亲本进行实验，将演绎推理的结果和科学家实验验证的结果进行比较，确定将无眼基因定位到常染色体上。但是果蝇有3对常染色体，无眼基因究竟存在于哪一对染色体上呢？以此为新的项目问题，分小组设计方案解决问题。

3.2 实施阶段 具体过程如下：

3.2.1 第1阶段： 设计项目活动的初步方案 教师采用头脑风暴方式，让学生回忆学过的基因定位方式，并思考在这些方式中有哪些可以将某个基因定位到一条具体的染色体上，每个小组由此自行选择合适的基因定位方式设计大致方案。

在此过程中，小组成员可以上网查询、图书馆查找资料、咨询科研人员等，教师应根据学生需要提供有效的信息搜索和处理方式，指导小组活动的顺利开展。例如，有些学生仅仅根据上课笔记检索信息，对搜集到的信息不会加工处理，教师便需要指导学生相互分享信息，借助同伴力量挖掘信息的内在价值；有些学生小组责任和义务意识薄弱，没有参与到小组活动中，教师要积极启发和引导学生之间的互动，鼓励这部分学生大胆发言。

3.2.2 第2阶段： 汇报项目活动方案 每个小组派代表根据自行选择的方案进行汇报。第3组学生提出人—鼠杂交细胞通常丢失人的染色体，由此进行人类基因的定位，我们也可以采用类似的细胞融合方法进行果蝇无眼基因的定位；第4组提出运用家系法也可以进行基因定位，但是只能确定是常染色体遗传还是伴性遗传，他们没能找到合适的基因定位方法；第5组学生提出利用非同源染色体上的非等位基因才符合自由组合定律这一限制条件进行基因定位……通常学生的想法比较模糊、发散，教师需要对其进行总结提炼，将学生的想法具体化，提供可行的操作途径。

3.2.3 第3阶段： 完善并实施项目活动方案 根据第5组的方案，教师提供脚手架，展示例题2帮助学生完成任务。

例题2 (改编自2011年浙江会考)果蝇的灰身(B)对黑身(b)、有眼(E)对无眼(e)为显性，相关基因的位置分布如图。将纯合的灰身有眼果蝇与黑身无眼果蝇为亲本杂交得F1， F1自交得F2。F2中灰身有眼： 灰身无眼： 黑身有眼： 黑身无眼为9∶3∶3∶1。则F1中两对基因在染色体上的位置关系是，理由是。

学生借助例题2书写遗传图解，对第5组的方案进行实践。通过对自由组合定律进行具象化地运用，学生随即明确眼色基因与体色基因的位置关系。小组讨论提出构建双杂合子亲本的雌雄互交实验，若结果符合自由组合定律，则相关基因在两对染色体上，反之则在一对染色体上，通过多次实验便可对无眼基因进行精确定位。但第1组学生提出这种定位方式工作量巨大，不够便捷，能否寻找一个更加便捷的定位方式呢？

根据学生提议，教师展示例题3帮助学生简化定位方法。

例题3 果蝇的有眼(E)对无眼(e)为显性，科学家将无眼果蝇与纯合有眼且Ⅳ号是染色体单体(Ⅳ号同源染色体缺少一条)的果蝇交配，判断无眼基因是否位于Ⅳ号染色体上。

实验思路： ①让正常无眼果蝇与野生型(纯合)单体果蝇交配，获得F1；②统计F1的，并记录。

实验结果预测及结论： ①若，则无眼基因在Ⅳ号染色体上；②若，则无眼基因不在Ⅳ号染色体上。

学生解答例题3并书写遗传图解。在此过程中，学生通过单体测交法对无眼基因位置快速进行了确定，体会到了学习的成就感。教师趁机介绍FISH技术，将基因定位方式进一步精细化，借此拓展学生知识面，同时鼓励学生将来可以借助这些基因定位方式对人类致病基因进行定位，开展人类基因组的研究。

3.3 总结阶段 具体过程如下：

3.3.1 成果展示 请学生以小组为单位，根据所学知识对基因定位的方法进行总结(图2)。本课围绕项目主题，从“无眼基因在哪里”这个问题开始，提出多种假说，通过实验进行演绎推理，一步步将无眼基因从细胞核定位到常染色体，再定位到具体的Ⅳ号染色体上，按照个体水平→细胞水平→分子水平将基因定位方式类别化、精细化。

图2 基因定位的方法总结

3.3.2 项目学习的评价 多维的、可信的评价与反馈可以增强学生的自信心，有利于激发他们学习生物的动力和兴趣。在本次项目活动中，采用形成性评价和终结性评价相结合，评价量规如表2。

4 教学反思

本课借助“如何对果蝇的无眼基因进行定位”这一项目，成功串联起了雌隐雄显法、自由组合定律法等多种基因定位方法的教学，把枯燥的教学内容转化为生动的知识探索过程，让学生感到所学知识具有真实感、实用性与趣味性。这样的学习不是简单知识点的堆砌，而是以解决问题为中心的知识点之间的有机组合，相较于传统的复习方式，整合项目学习的遗传学复习使得知识结构更有体系、更有力量、更具思维的高度，也更容易被学生接纳。

表2 评价量规

表2 评价量规

评价指标评价等级及分值得分A级(9～10分)B级(7～8分)C级(4～6分)D级(1～3分)自评互评师评绘制知识结构图对无眼基因位置的预测全面,并能以知识结构图的形式展示结果对无眼基因位置的预测全面,能较合理地展示结果不能全面预测无眼基因可能存在的位置参与预测无眼基因可能存在位置的活动剖析项目主题能快速准确解答例题1,并总结出相关解题技巧,提出新的项目问题能快速准确解答例题1,提出新的项目问题在同伴帮助下,能准确解答例题1参与解答例题1设计项目活动的初步方案积极参与方案设计,设计的方案条理清晰,具科学性和操作性积极参与方案设计,设计的方案具有一定的条理性和操作性参与方案设计,但设计的方案有较大问题参与方案设计汇报项目活动方案不参与汇报的人员能积极帮助组内汇报人员用合理的方式说明问题解决方法;参与汇报的人员需条理清晰、口齿清楚、语言表达能力强不参与汇报的人员积极能帮助汇报人员组织汇报语言;参与汇报的人员需条理清晰、口齿清楚不参与汇报的人员能帮助汇报人员;参与汇报的人员参与汇报且需口齿清楚不参与汇报的人员几乎难以帮助汇报人员;汇报人员参与汇报完善并实施项目活动方案实施阶段能结合遗传图解说明问题解决方法,并进行小结能用遗传图解说明问题解决方法在实施阶段能提出自己的见解能参与项目实施活动项目成果的表达能将所有基因定位方法类别化整理,明确各自的适用范围能将所有基因定位方法进行一定的整理,基本明确各自的适用范围能写出所有的基因定位方法能写出部分基因定位方法反思能反思解决项目问题的过程,评估怎么才能使项目工作做得更好,必要时做出修改能反思解决项目问题的过程,评估哪里做得好,哪里不好偶尔会对项目学习的过程进行反思几乎从来不反思自己的学习过程总分