指向学科核心素养的“分离定律”教学设计

张丽霞

（浙江省湖州市南浔高级中学 浙江湖州 313000）

1 教材分析

“分离定律”是浙科版高中生物学教材《遗传与进化》模块第一章第一节的内容。依据《普通高中生物学课程标准（2017年版）》，孟德尔定律是“进行有性生殖的生物体，其遗传信息通过配子传递给子代”“有性生殖中基因的分离和自由组合使得子代的基因型和表型有多种可能，并可由此预测子代的遗传性状”两个次位概念中涉及的具体内容。该内容与“减数分裂”及其他相关重要概念一起，共同支撑“遗传信息控制生物性状，并代代相传”的大概念。本节内容的学习有助于学生体验科学家探索遗传奥秘的过程，在与科学史情境的互动中发展科学探究素养。

2 设计思路

本节内容的教学以“融合假说与颗粒假说之争”“孟德尔发现3∶1性状分离现象”为科学史背景和情境，以孟德尔的实验研究过程为主线，学生通过探究学习并最终解释“3∶1”这一分离定律的核心问题。亲历科学家发现知识的过程可以让学生学会经典遗传学的研究方法。教师把孟德尔实验研究的过程改造成学习材料，可以帮助学生深刻理解分离定律的实质——等位基因分离，突破教学难点。教学流程如图1所示。

3 教学目标

①通过豌豆一对相对性状杂交实验的分析，用遗传学术语阐述分离定律的内容和实质，分析基因型与表型之间内因与外因、现象与本质的辩证关系，形成遗传的生命观念。

②通过一对相对性状杂交的模拟实验，阐明分离定律的核心内容，运用数学统计方法进行分析，发展模型与建模的科学思维素养。

③通过设计测交实验，体验经典遗传学研究的基本思路和方法，发展演绎与推理的科学思维素养。

④通过参与遗传学有关社会议题的讨论，发展社会责任素养。

4 教学过程

4.1 第一课时

4.1.1 利用科学史创设情境，导入新课

教师利用科学史引入：19世纪下半叶，遗传的“融合假说”和“颗粒假说”争论不休。很多科学家希望通过植物杂交实验来发现遗传规律，孟德尔就是其中之一。他最成功的实验就是豌豆杂交实验。并播放视频，简要介绍孟德尔生平和豌豆作为遗传学实验材料的特别之处。

教师组织活动：学生2人一组，每组备有紫色和白色豌豆花、毛笔、剪刀、小纸袋，标签等材料物品。学生以紫花豌豆和白花豌豆为亲本，进行人工杂交。一组派代表上台讲解人工杂交的操作步骤，其他组点评。

设计意图：生物活体材料进课堂，可以让学生感悟生命，亲近自然。学生通过亲手操作人工杂交的过程，实现“做中学”，更清楚地理解人工杂交几个步骤之间的逻辑关系。在活动中，有的学生以紫花豌豆为父本、白花豌豆为母本，有的学生则相反；这为“正交”“反交”概念的建构提供了支撑。

4.1.2 探索一对相对性状杂交的规律

教师讲授：孟德尔的实验结果表明，正交、反交的子一代（F1）都是紫花豌豆。F1自交得到F2发生“3∶1”的性状分离。孟德尔对其他6对相对性状也做了杂交实验，都得到类似结果，即F2显性性状与隐性性状的数目比例大致为3∶1。为什么？

为解释“3∶1”，教师匿去孟德尔分离定律假设的核心内容，向学生呈现以下假设：①性状由基因控制，显性基因（D）控制显性性状，隐性基因（d）控制隐性性状，D和d互为等位基因。②基因在体细胞内是成对的，其中一个来自母本（卵），另一个来自父本（精子）。紫花亲本的基因型是DD，白花亲本的基因型是dd。③F1的基因型是Dd。据此，教师组织小组讨论，要求学生依据以上假设，尝试解释F2代性状出现的“3∶1”现象。学生自由发言，上台借助“D”“d”磁力贴进行板演，补充假设的核心内容：F1（Dd）产生数目相等的D、d两种配子。

设计意图：教师匿去孟德尔假设的核心内容，既让学生置身于真实情境，像科学家一样思考，又让学生了解知识的发生过程，从而突破教学难点。

4.1.3 基于假设的模拟活动

教师组织学生进行基于假设的模拟活动：学生4人一组，每组两个纸袋分别标有“雌”“雄”字样，每个纸袋中有若干黑色棋子和白色棋子，数量见表1。根据孟德尔和自己提出的假设，学生模拟等位基因在形成配子时相互分离的情形，认识到受精作用时雌、雄配子的结合是随机的。其中，第10组、第11组模拟了具有正常受精能力的雄配子。教师用Excel表格将各组数据汇总，见表2。最后让学生打开纸袋，向全班通报自己小组纸袋中的棋子数。依据第10组、第11组纸袋中的棋子数及模拟活动结果，教师进一步引导学生思考其模拟的情形，如D、d两种雄配子的存活能力不同，或是受精能力不同。

表1 各组纸袋中黑白棋子数

表2 模拟F2三种基因型的个体数

设计意图：模拟F1产生数目相等的两种配子，随机结合得到F2个体。学生通过模拟活动，容易体会到“等位基因相互分离”的概念。第10组、第11组纸袋中的棋子数及模拟活动结果，为第二课时探索F2“3∶1”的满足条件提供了事实证据。

4.1.4 呈现科学轶闻，感悟科学精神

教师播放“功勋袁隆平篇”视频：袁隆平在学校试验田里发现一株穗大粒大的高产水稻，满怀希望，起名叫做“鹤立鸡群”。第二年，他遇到一个打破头都想不通的问题——“鹤立鸡群”的后代发生了性状分离，即768高株、256矮株。“这鹤立鸡群的种子没有长成鹤立鸡群，对于您来说是失败的，但是对于它来讲是成功的，因为它背后的规律非让它长成这样不可。”学生的一席话惊醒了袁隆平，袁隆平一下子就想通了。教师据此提出问题：剧中袁隆平说到“孟德尔老头，有你的，没骗人”是什么意思？

等位基因分离比、后代性状分离比跟孟德尔的实验结果一样，学生能够使用这一遗传规律解释视频中的现象。但有学生质疑：袁隆平怎么会不知道孟德尔实验呢？原来，20世纪50、60年代，李森科遗传理论在前苏联风靡一时，其理论基础是环境决定论。李森科采用政治手段打压异己，孟德尔学说被禁止讲授，导致前苏联在遗传学等领域的研究远远落后于西方。当时，中国照搬了前苏联的李森科遗传理论，所以，30多岁的袁隆平也陷在伪科学里没能出来。

设计意图：教师呈现袁隆平研究杂交水稻的艰辛历程，让学生感悟科学精神及社会责任。教师通过剧中袁隆平通过实验和数据，帮助学生领悟“科学知识可能随着研究的深入而改变”“科学工作依赖观察和推论”“科学工作采用基于实证的范式”等科学的本质。

4.2 第二课时

4.2.1 设计方案，实验求证

教师运用遗传图解回顾孟德尔的一对相对性状杂交实验，再次明确孟德尔的假设圆满地解释了“性状分离比为3∶1”的实验现象。接着，教师指出：假设只有在能够解释同类现象的时候，才能成为规律。如果孟德尔的假设能够解释其他杂交实验，预期结果与实验结果一致，它才能成为规律。教师组织学生小组合作，要求学生帮助孟德尔设计一个新的杂交实验，利用其假说去预测新的杂交实验的结果，从而对假说进行证实或证伪。在学生思考“如何让F1（Dd）的隐性基因显现出来”时，教师可提示“F1（Dd）与dd个体杂交”。学生设计后进行小组交流，教师最后呈现孟德尔的测交实验结果。

设计意图：设计测交试验方案是一个学科思维外显的任务，其演绎推理的过程清晰可见。这样一方面加深了学生对分离定律实质的理解，另一方面有助于学生理解科学的本质，使学生认同经典遗传学的研究思路和方法，即假说―演绎法。

4.2.2 探索F2“3∶1”的满足条件

教师提问：F1（Aa）产生数目相等的A、a两种配子，F2性状分离比例一定是3∶1吗？在学生思考后，教师呈现3个事实材料：①金鱼草花色遗传（不完全显性）；②人类ABO血型遗传（完全显性、共显性）；③男性中年秃顶的杂合子为秃顶，女性则不秃顶。据此，教师引导学生得出结论：显性性状的表现既是等位基因相互作用的结果，又是基因与生物体内外环境条件共同作用的结果。接着，教师要求学生结合所学知识，归纳F1（Aa）自交得到F2中“3∶1”的满足条件。学生讨论并分享交流，据此总结出5个条件：①完全显性；②环境影响；③雌雄配子随机结合；④A、a配子的存活率相同；⑤A、a配子的受精能力相同。

设计意图：新课程倡导依据事实和证据，通过科学思维形成概念。本环节通过3个事实材料，引导学生归纳概括“基因型与表型的关系”。在此基础上，基于第一课时模拟活动及第10组、第11组纸袋中的棋子数和模拟活动结果，教师引导学生聚合思维，把模拟活动中的体验转换成为对“等位基因相互分离”概念的理解，进一步完善概念。学生甚至还可能进行发散思维，认识到AA、Aa、aa不同基因型合子的个体发育能力也必须相同。

4.2.3 评价任务，知识迁移

教师提问：对袁隆平的“鹤立鸡群”后代发生分离，你能帮院士解决这个问题吗？学生运用F1自交和测交的概念，经过充分讨论和交流，最终提出种植“鹤立鸡群”后代中768高株的种子并连续自交、不断筛选的解决方案。

设计意图：该问题转变成学科任务，就是从杂合子后代中选育纯合子。2个课时都使用了“功勋袁隆平篇”视频素材，但提出问题的深度不同，前者依据事实形成概念，后者运用概念解决复杂问题，以进阶的方式促进学生发展学科思维。

4.2.4 参与社会议题的讨论

教师呈现现实生活中的两个案例，学生尝试作出合理解释。

案例①：李雷一直喜欢她，明知道她喜欢的人不是他，也愿意默默地当个备胎。4年后，在她前男友和另一个女人结婚的前一天，李雷在街头给了酩酊大醉的她一个耳光，然后用力抱住她……9个多月后，他们的孩子出生了，虚弱的她抱着儿子一脸幸福地说：“看，宝宝多像你啊。”坐在床边削苹果的李雷愣了一下，下意识地又看了一眼儿子的眼睛——他和她都是双眼皮，但宝宝是单眼皮，和她前男友一样。“嗯，是挺像我的。”李雷继续低下头削苹果，不让她看到自己眼角有泪滑过。

案例②：韩美美的父母都是单眼皮，自己却是双眼皮，自从学习“分离定律”后，一下子感觉整个人都不好了。

学生应用遗传规律解释生活中的现象，了解到双眼皮对单眼皮完全显性，环境对基因型表现会产生影响。

设计意图：教师提供现实生活案例，引导学生运用遗传规律解决现实生活问题。

5 教学反思

以上两节课是作为一个学习单元进行整体教学的。教师利用科学史创设情境，把经典实验改造成学习材料，注重为学生提供事实和证据，凸显自主合作探究的学习方式，引导学生像科学家一样思考。教学过程中，教师引导学生积极参与动手和动脑的活动，加深学生对概念的理解。从归纳概括到假说演绎，从发现问题到解决问题，从活动体验到概念理解，从形成概念到运用概念，本单元的学习任务设计不仅实现了从低级到高级的进阶，也同时关注了学生生物学学科核心素养的发展。