邢德智

(陜西省西安市臨潼區(qū)代王中學(xué) 710611)

程 惠

(陜西省西安市臨潼區(qū)華清中學(xué) 710600)

1 探究活動(dòng)分析

探究活動(dòng)需要2課時(shí)，教師準(zhǔn)備雄果蠅和雌果蠅的遺傳分析圖解填充卡、果蠅遺傳PPT課件和多媒體(電子白板更好)，每位學(xué)生準(zhǔn)備1張白紙和2支筆，其中1支筆為紅色的。

學(xué)生學(xué)習(xí)孟德?tīng)柕?個(gè)定律后已具有探究經(jīng)典遺傳現(xiàn)象的知識(shí)和能力，可在高一年級(jí)下學(xué)期或者高二年級(jí)上學(xué)期以班級(jí)為單位安排運(yùn)用“假說(shuō)-演繹法”探究第三遺傳定律。通過(guò)分析雄果蠅和雌果蠅2對(duì)相對(duì)性狀特殊的遺傳現(xiàn)象，嘗試用“假說(shuō)-演繹法”做出現(xiàn)代解釋?zhuān)瑥亩沂尽斑z傳與進(jìn)化”模塊中第三遺傳定律(連鎖和交換定律)的本質(zhì)。

其中探究重點(diǎn)：提出假設(shè)以及根據(jù)假設(shè)進(jìn)行演繹推理；難點(diǎn)：如何對(duì)遺傳數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析并提出相關(guān)假設(shè)；創(chuàng)新點(diǎn)：用一個(gè)新學(xué)說(shuō)解釋雌果蠅2對(duì)相對(duì)性狀的不完全連鎖遺傳；并借鑒麻省理工學(xué)院公開(kāi)課中的經(jīng)驗(yàn)，如把雄果蠅的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理為灰身長(zhǎng)翅∶灰身殘翅∶黑身長(zhǎng)翅∶黑身殘翅=1∶0∶0∶1，容易進(jìn)行對(duì)比和分析。

2 活動(dòng)過(guò)程

整個(gè)活動(dòng)過(guò)程包括：回顧孟德?tīng)柖芍械目茖W(xué)探究方法“假說(shuō)-演繹法”及可能用到的知識(shí)→發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、引發(fā)認(rèn)知沖突、激發(fā)探究欲望：分析雄蠅兩對(duì)相對(duì)性狀的遺傳實(shí)驗(yàn)→分析問(wèn)題、提出假說(shuō)；對(duì)雄果蠅的遺傳現(xiàn)象進(jìn)行解釋→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證假說(shuō)；對(duì)雄果蠅現(xiàn)象解釋進(jìn)行驗(yàn)證(測(cè)交實(shí)驗(yàn))→觀察和分析雌果蠅兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)→分析問(wèn)題、提出假說(shuō)；對(duì)雌果蠅遺傳的現(xiàn)象進(jìn)行解釋(難點(diǎn))→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證假說(shuō)：對(duì)雌果蠅遺傳現(xiàn)象解釋的驗(yàn)證→引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用批判性思維修正、完善假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證修正后的假說(shuō)；

對(duì)雌果蠅遺傳現(xiàn)象的再解釋(難點(diǎn))→歸納綜合、總結(jié)規(guī)律；認(rèn)識(shí)升華。

2.1 預(yù)備活動(dòng) 本節(jié)課是應(yīng)用遺傳學(xué)知識(shí)、原理以及“假說(shuō)-演繹法”進(jìn)行的一個(gè)探究活動(dòng)。

(1)PPT動(dòng)畫(huà)介紹基因在染色體和同源染色體上的畫(huà)法，并適時(shí)復(fù)習(xí)等位基因(觀看基因在染色體和同源染色體上的畫(huà)法后練習(xí)一對(duì)同源染色體上有兩對(duì)基因A、a和B、b時(shí)，個(gè)體可能的基因型)。

(2)師生共同進(jìn)行高莖豌豆測(cè)交遺傳實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)代分析(默畫(huà)剛才分析過(guò)的高莖豌豆測(cè)交實(shí)驗(yàn)遺傳圖解)。

(3)提出2個(gè)問(wèn)題：①測(cè)交后代的種類(lèi)和比例與什么的種類(lèi)和比例是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系？(與顯性親本產(chǎn)生的配子的種類(lèi)和比例是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系)；②對(duì)自由組合定律的現(xiàn)代解釋是控制性狀的兩對(duì)基因在幾對(duì)同源染色體上？(2對(duì)同源染色體上)

(4)師生共同觀看發(fā)生交叉、互換的減數(shù)分裂圖解。交叉、互換發(fā)生在減數(shù)分裂的什么時(shí)期？(四分體時(shí)期)四分體時(shí)期染色體的組成有什么特點(diǎn)？(每一條染色體由兩條染色單體組成)若這對(duì)同源染色體上有兩對(duì)等位基因，發(fā)生交叉、互換后一定形成重組型配子嗎？交換片段不含所研究的基因；含有其中的一個(gè)基因；同時(shí)含有2個(gè)基因；哪種情況形成重組型配子？(交換片段含有其中的一個(gè)基因一定形成重組型配子)

2.2 探究雄果蠅的遺傳現(xiàn)象 (安排在第一課時(shí))

(1)播放：雄果蠅的測(cè)交遺傳圖片(將測(cè)交的種類(lèi)和比例隨后呈現(xiàn))用灰身長(zhǎng)翅和黑身殘翅果蠅雜交，F(xiàn)1代果蠅全是灰身長(zhǎng)翅，說(shuō)明哪種性狀是顯性性狀？(灰身性狀和長(zhǎng)翅性狀是顯性性狀)如果用F1代灰身長(zhǎng)翅雄果蠅與黑身殘翅果蠅測(cè)交，后代有幾種類(lèi)型？比例又是多少？(學(xué)生有回答2種、有回答4種)同意后代有2種類(lèi)型，比例是1∶1的請(qǐng)舉手？同意后代有4種類(lèi)型，比例是1∶1∶1∶1的請(qǐng)舉手？實(shí)際結(jié)果到底是什么呢？請(qǐng)看屏幕。

(2)果蠅2對(duì)性狀的遺傳實(shí)驗(yàn)分析：如果果蠅2對(duì)性狀按照自由組合定律，預(yù)期有幾種測(cè)交后代，哪4種？比例是多少？(灰身長(zhǎng)翅、灰身殘翅、黑身長(zhǎng)翅、黑身殘翅=1∶1∶1∶1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)又是多少呢？

可以看出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)同預(yù)期相比差別太大，會(huì)是實(shí)驗(yàn)誤差造成的嗎？預(yù)期數(shù)據(jù)同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比還能看出什么特點(diǎn)，有性狀分離嗎？有性狀重組嗎？果蠅的遺傳現(xiàn)象不符合自由組合定律，倒像與分離定律相似，這到底是怎么回事？

(3)播放：2對(duì)等位基因在同源染色體上的可能分布。果蠅的遺傳實(shí)驗(yàn)中，控制性狀的兩對(duì)基因在在同源染色體上的分布是像圖1(課件，略)一樣？還是像圖2(課件，略)一樣？(圖1兩對(duì)等位基因位于2對(duì)同源染色體上；圖2兩對(duì)等位基因位于1對(duì)同源染色體上，學(xué)生回答肯定不像圖1一樣，可能像圖2一樣)為什么？能提出關(guān)于雄果蠅遺傳現(xiàn)象的什么假設(shè)？同意分布像圖2那樣的請(qǐng)舉手？是其他情況的請(qǐng)舉手？在分析的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)一：控制性狀的2對(duì)基因位于一對(duì)同源染色體上。

(4)布置任務(wù)1：根據(jù)假設(shè)一進(jìn)行演繹推理，看理論上雄果蠅的測(cè)交后代有幾種表現(xiàn)型，比例又是多少？(小組長(zhǎng)給組員分發(fā)雄果蠅測(cè)交遺傳推理填充A卡、B卡完成任務(wù)1)強(qiáng)調(diào)：先詳細(xì)閱讀果蠅的測(cè)交遺傳圖解推理(填充卡)的要求。注意V的大寫(xiě)和小寫(xiě)。學(xué)生完成任務(wù)1后播放：雄果蠅的完全連鎖測(cè)交遺傳圖解(師生共同推理分析雄果蠅的測(cè)交遺傳過(guò)程，對(duì)照屏幕并用紅色筆修改填充卡不正確的地方)純種灰身長(zhǎng)翅、黑身殘翅果蠅各產(chǎn)生幾種配子 ？因此F1是什么性狀果蠅？全是灰身長(zhǎng)翅果蠅嗎？雜種 F1在形成配子時(shí)位于一條染色體上的2個(gè)連在一起的基因 B和V或者b和v，會(huì)分離開(kāi)來(lái)嗎？(不會(huì)分離開(kāi))B和v或者b和V會(huì)發(fā)生自由組合嗎？(不會(huì)發(fā)生自由組合)位于一條染色體上的2個(gè)連在一起基因在形成配子過(guò)程中是獨(dú)立進(jìn)入不同的配子中去，還是作為一個(gè)整體進(jìn)入一個(gè)配子中去？所以F1就只能形成幾種配子？比例是多少？(2種配子，比例是1∶1)

(5)理論上測(cè)交后代有幾種類(lèi)型，比例是多少？(表現(xiàn)型有兩種且比例是1∶1)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是多少？預(yù)期結(jié)果(推理結(jié)論)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相符合嗎？推理結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)是否相符合？判斷假設(shè)是否正確？(相符合，證明假設(shè)是正確的)此假設(shè)和推理過(guò)程即就是對(duì)上述雄果蠅遺傳現(xiàn)象的解釋?zhuān)且环N特殊的遺傳現(xiàn)象。它的本質(zhì)的控制性狀的兩對(duì)基因在幾對(duì)同源染色體上？(1對(duì)同源染色體上)

2.3 探究雌果蠅的遺傳現(xiàn)象 (安排在第二課時(shí))

(1)上述遺傳實(shí)驗(yàn)中，用雜種雄果蠅來(lái)進(jìn)行測(cè)交，后代有幾種表現(xiàn)型？有重組類(lèi)型嗎？如果將F1換成雌果蠅，測(cè)交結(jié)果又會(huì)有幾種表現(xiàn)型？認(rèn)為有2種的舉手；認(rèn)為有4種的舉手(學(xué)生有回答：2種；有回答：不是2種但不知道是幾種；少數(shù)回答：4種)

播放：分步播放雌果蠅的測(cè)交遺傳圖片。實(shí)際情況正如少數(shù)學(xué)生猜想的是4種，應(yīng)該是哪4種？(有灰身長(zhǎng)翅、灰身殘翅、黑身長(zhǎng)翅、黑身殘翅)對(duì)4種這個(gè)觀點(diǎn)有不同意見(jiàn)嗎？那么，比例又是多少呢？(1∶1∶1∶1；3：1∶3∶1答案很不一致)請(qǐng)看大屏幕！灰身長(zhǎng)翅∶黑身殘翅∶灰身殘翅∶黑身長(zhǎng)翅=42%∶42%∶8%∶8%。

(2)這個(gè)數(shù)據(jù)，既不像雄果蠅那樣只產(chǎn)生兩種親本類(lèi)型，也沒(méi)有像基因的自由組合一樣，出現(xiàn)比例相同的4種后代，而是詭異離譜的一種比例，那么怎樣解釋雌果蠅的遺傳現(xiàn)象呢？有性狀分離嗎？有性狀重組嗎？實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比例還有什么更為明顯的特點(diǎn)？重組類(lèi)型明顯少于親本類(lèi)型，比例嚴(yán)重偏離預(yù)期。

討論3個(gè)問(wèn)題：①雌果蠅的基因型與雄果蠅的基因型一樣不一樣？②這個(gè)實(shí)驗(yàn)中雌果蠅是不是一定產(chǎn)生重組型配子？③重組型配子是如何產(chǎn)生的？

(提示：回顧減數(shù)分裂過(guò)程發(fā)生交叉、互換可導(dǎo)致什么結(jié)果)通過(guò)對(duì)有關(guān)雌果蠅幾個(gè)問(wèn)題和減數(shù)分裂交叉、互換可導(dǎo)致重組型配子，從中能得到什么啟發(fā)？能提出解決雌果蠅的遺傳現(xiàn)象的什么假設(shè)？

(3)在討論和分析的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)二：假設(shè)卵母細(xì)胞中染色單體上的基因在形成配子過(guò)程中發(fā)生互換。同意這個(gè)假設(shè)的請(qǐng)舉手？

布置任務(wù)2：根據(jù)假設(shè)二進(jìn)行演繹推理，看理論上雌果蠅的測(cè)交后代有幾種表現(xiàn)型，比例又是多少？(小組長(zhǎng)給組員分發(fā)雌果蠅測(cè)交遺傳圖解推理填充卡完成任務(wù)2)學(xué)生完成任務(wù)2后播放：雌果蠅的不完全連鎖測(cè)交遺傳圖解(師生共同推理分析雌果蠅的測(cè)交遺傳過(guò)程，從雜種開(kāi)始推理)在雜種雌果蠅中灰身基因B 和長(zhǎng)翅基因V仍然位于一條染色體上。但是：卵母細(xì)胞在四分體時(shí)期，來(lái)自父方染色體上的一條染色單體和來(lái)自母方染色體上的一條染色單體之間可能發(fā)生了什么事情？(發(fā)生了交叉、互換)如果交換的片段恰巧含有大V基因和小v基因，會(huì)產(chǎn)生重組型配子嗎？產(chǎn)生幾種重組型配子？(會(huì)，產(chǎn)生2種重組型配子)另兩條染色單體上B、V，b、v又是什么情況？(B、V，b、v仍舊連在一起)這樣減數(shù)分裂結(jié)束以后，卵母細(xì)胞應(yīng)形成幾種配子？比例又是多少？是1∶1∶1∶1嗎？那么，理論上測(cè)交后代有幾種類(lèi)型，比例是多少？(4種：比例1∶1∶1∶1)推理結(jié)論與實(shí)際實(shí)驗(yàn)是否一致？說(shuō)明了什么問(wèn)題？(不一致，假設(shè)不正確)

告知本推理過(guò)程是解釋雌果蠅的測(cè)交遺傳最常用的一種教學(xué)圖解(例如上海科技版高中生物學(xué)教材中的圖解)，我們敢不敢質(zhì)疑、否定和挑戰(zhàn)“權(quán)威”？(大多數(shù)回答敢，個(gè)別回答不敢) 是全部否定還是繼承否定？推理結(jié)論有合理之處沒(méi)有？重組類(lèi)型或者說(shuō)重組型配子產(chǎn)生的原因解釋清楚了？雌果蠅測(cè)交遺傳類(lèi)型的比例解釋清楚了沒(méi)有？

(4)如何修正、完善假設(shè)二或提出新假設(shè)？(小組討論：全部否定還是繼承否定進(jìn)而修正、完善假設(shè))假設(shè)二和推理過(guò)程解釋了雌果蠅為什么能產(chǎn)生2種新組合型后代，但是沒(méi)有解釋清楚比例的問(wèn)題，雌果蠅與雄果蠅的基因型肯定是一樣的，比例問(wèn)題沒(méi)有解釋清楚，就從比例問(wèn)題著手。

提問(wèn)：假設(shè)二的推理結(jié)論說(shuō)明了是不是100%卵母細(xì)胞發(fā)生了互換？為什么？雌果蠅肯定有交換的卵母細(xì)胞還可能有什么卵母細(xì)胞？那共有幾種？(不是100%發(fā)生了交換)上面的問(wèn)題等一會(huì)再回答，先考慮這樣一個(gè)問(wèn)題：交叉、互換是減數(shù)分裂一個(gè)必須的過(guò)程還是一個(gè)可能的過(guò)程？如果是必須的過(guò)程，則減數(shù)分裂每一個(gè)卵母細(xì)胞都要進(jìn)行交叉、互換？如果是一個(gè)可能的過(guò)程，則減數(shù)分裂的卵母細(xì)胞可能有幾種情況？如100個(gè)卵母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂，可能有幾種情況。卵母細(xì)胞如果有一部分沒(méi)有互換，沒(méi)有互換的則可能像雄果蠅那樣，只形成親本型配子。引導(dǎo)修正假設(shè)二修正后為：形成配子的卵母細(xì)胞一部分發(fā)生了互換，一部分未發(fā)生互換[1]。

布置任務(wù)3：根據(jù)修正后的假設(shè)進(jìn)行演繹推理，看理論上雌果蠅的測(cè)交后代有幾種表現(xiàn)型，比例特點(diǎn)是什么？指導(dǎo)學(xué)生在雌果蠅測(cè)交遺傳推理填充卡上什么地方，畫(huà)上未發(fā)生互換卵母細(xì)胞的基因型。(播放：修正后雌果蠅的不完全連鎖遺傳圖解的四分體圖片)根據(jù)修正后的假設(shè)推理出測(cè)交后代親本型和重組型的比例上有什么特點(diǎn)？

(5)學(xué)生完成任務(wù)3后播放：修正后，雌果蠅的不完全連鎖遺傳圖解(師生共同推理分析雌果蠅的測(cè)交遺傳過(guò)程)那交換的卵母細(xì)胞能形成幾種配子？什么類(lèi)型的配子？4種配子比例是多少？那沒(méi)有交換的卵母細(xì)胞能形成幾種配子？什么類(lèi)型的配子？這樣，在雌果蠅形成的全部配子中，共有幾種配子？親本型配子和重組型配子誰(shuí)多誰(shuí)少？這個(gè)比例特點(diǎn)肯定是這樣的嗎？是不是交換的性母細(xì)胞較多、未交換的性母細(xì)胞較少，才能保證這樣的比例特點(diǎn)？如果80%性母細(xì)胞交換，親本型配子多還是重組型配子多？認(rèn)為重組型配子多的請(qǐng)舉手？親本型配子多的請(qǐng)舉手？

推算：80%性母細(xì)胞交換，形成的親本型配子和重組型配子的比例是多少？(通過(guò)計(jì)算,觀點(diǎn)統(tǒng)一為：這個(gè)比例特點(diǎn)肯定是這樣的，不需要交換的性母細(xì)胞多而未交換的性母細(xì)胞少這個(gè)前提條件)

(6)歸納探究結(jié)論：根據(jù)修正后假設(shè)推理出的結(jié)論與實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全吻合，說(shuō)明假設(shè)是正確的。修正后假設(shè)及推理過(guò)程實(shí)際上又是一種新的教學(xué)圖解，能比較合理地解釋雌果蠅2對(duì)相對(duì)性狀的遺傳現(xiàn)象。學(xué)生在不知不覺(jué)中進(jìn)行了一次科學(xué)研究(體驗(yàn)探究成功后的喜悅，強(qiáng)化探究意識(shí)和信心)。

3 繼續(xù)探究

布置任務(wù)4，進(jìn)一步探究：這個(gè)比例與2個(gè)基因在染色體上的距離有什么關(guān)系？總的規(guī)律是不是都是親本型配子多而重組型配子少，也就是這個(gè)規(guī)律有沒(méi)有普遍性……