高中生物人教版高中必修2遺傳與進化第5章基因突變及其他變異“染色體變異”的概念教學設計

1、 “染色體變異”概念教學設計1 教材分析與學情分析在高中課程標準（2023年版）中，“染色體變異”是重要概念“由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可以遺傳的”的次位概念：舉例說明染色體結構和數(shù)量變異都可能導致生物性狀的改變甚至是死亡。學生通過學習“基因突變”和“基因重組”，從分子水平上認識了可遺傳變異的基本原理，而已有的細胞增殖知識為理解染色體變異奠定了細胞學基礎。但是，由于缺乏相關生物學事實的支撐，學生理解“染色體變異”相關概念難度較大。本節(jié)的教學設計以模型建構為主結合資料分析，引導學生采用探究學習的方式自主構建概念。以姐妹染色單體的交叉互換為切入點，通過模型建構的方式引導學生分析、

2、推理染色體發(fā)生斷裂后的結構變化，由此歸納出染色體結構變異的概念及類型，并結合資料分析得出染色體結構變異的意義，通過探索染色體變異的意義，逐步樹立“進化與適應觀”的生命觀念。2 教學目標基于課程標準的內容要求、學業(yè)要求和學業(yè)質量標準，并圍繞學生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學目標：（1）通過一系列探究活動，概述染色體組、二倍體、多倍體、單倍體的概念及其相互關系，說出多倍體育種和單倍體育種的原理及應用。（2）通過模型建構生成染色體變異類型及染色體組的概念，培養(yǎng)理性思維能力；通過概念轉換的學習，培養(yǎng)思維遷移能力；通過科學探究實驗，培養(yǎng)合作交流能力，培養(yǎng)應用知識解決實際問題能力。（3）通過思維的發(fā)展和內

3、化，認同生命的多樣性與復雜性，逐步樹立“進化與適應觀”的生命觀念。3 教學過程 模型構建“染色體結構變異”教師組織學生回顧基因突變與基因重組的知識，提出問題：在基因重組的來源中，同源染色體上的非姐妹染色單體為什么會出現(xiàn)交叉互換？學生感到困惑，教師讓學生利用一對同源染色體的模型，嘗試用什么方法將染色單體進行部分交換。面對模型，學生很快想到將染色單體部分剪斷，然后交換后連接。教師引導學生做出假設：染色體可能發(fā)生斷裂，斷裂后可能發(fā)生重接。教師再問：染色體斷裂和重接是否只有染色單體交叉互換這一種形式呢？學生再次運用模型進行分析、推理，得出多種可能性。為驗證學生的推理、猜測是否正確，教師呈現(xiàn)資料1：學生

4、閱讀材料及教材相關內容，經(jīng)過討論，概括得出：染色體可能發(fā)生斷裂，進而出現(xiàn)丟失或者是不同的錯誤連接，即發(fā)生結構變異。染色體結構變異主要包括缺失、重復、倒位、易位4 種類型。設計意圖：以染色單體的交叉互換為切入點，通過模型建構的方式，分析、推理得出染色單體交叉互換的機理，進而推理、演繹出染色體結構可能發(fā)生的變化，由此建構染色體結構變異的概念。 運用生物學事實探索染色體結構變異的意義教師設問：染色體結構變異對遺傳機制有什么影響？學生很容易分析得出：染色體結構的改變，會使排列在染色體上的基因數(shù)目或排列順序發(fā)生改變。但對性狀有什么影響，無法判斷。教師呈現(xiàn)資料2：學生依據(jù)材料及教材得出：染色體結構變異大多

5、對生物體有害，甚至導致生物體死亡。教師設疑：大多有害，少數(shù)染色體結構變異為什么可能對生物有利？學生感到迷茫，無法回答。教師出示人染色體組型（圖3），引導學生觀察常染色體與性染色體在形態(tài)上的特點。學生結合已有知識回答：屬于同源染色體的常染色體在形態(tài)上基本相同，而決定人類性別的性染色體X染色體和Y染色體不同，大小、形態(tài)不相同，X染色體大、Y染色體小，二者有同源區(qū)段和非同源區(qū)段。教師引導：請推測X染色體和Y染色體為什么存在非同源區(qū)？經(jīng)過討論，學生認為： X、Y染色體形態(tài)早期可能是相同的，以后發(fā)生了缺失或者易位等。教師出示材料3：師生共同總結：染色體結構變異為生物進化提供原材料，可能是生物新物種產(chǎn)生的

6、原因之一。設計意圖：基于已知的生物學事實，結合科學史料，探索染色體結構變異在生物進化史中的作用，為學生逐步樹立“進化與適應觀”奠定基礎。 以性染色體為例，引出個別染色體的增加或減少教師創(chuàng)設情境：染色體保持穩(wěn)定性是生物遺傳的基礎，如果染色體發(fā)生異常變化，可能導致生物產(chǎn)生變異。那么，染色體除發(fā)生結構變異外，很可能發(fā)生哪些異常變化？原因是什么？學生能回答出：染色體數(shù)目會發(fā)生異常變化。但對于變化的原因及結果，無法正確描述。教師以性染色體異常為例，呈現(xiàn)資料3；性染色體數(shù)目異常的疾?。阂髮W生分析性染色體出現(xiàn)異常的原因。學生根據(jù)資料，自然從減數(shù)分裂形成配子的過程入手，分析得出：在減數(shù)第一次、第二次分裂的后

7、期，都可能出現(xiàn)性染色體沒有平均分配而移向同一極，導致出現(xiàn)異常的精子類型有22+XY、22+XX、22+YY、22+0；異常的卵細胞類型有22+XX、22+0。從而出現(xiàn)上述遺傳病。教師總結：除性染色體外，常染色體有可能出現(xiàn)異常，如21三體綜合征等。像這類細胞內個別染色體的增加或減少，稱為染色體的非整倍性變異。設計意圖：引導學生把握細胞增殖過程中，染色體的平均分配是維持前后代體細胞染色體數(shù)目恒定的核心，也是保持遺傳信息穩(wěn)定性的關鍵。如果發(fā)生異常分配，則可能產(chǎn)生變異，從而為學習染色體的整倍性變異奠定基礎， 分析配子中的染色體，建構染色體組的概念教師設問：除了非整倍性變異，請說明染色體數(shù)目是否有其他類

8、型變異？學生自然回答：整數(shù)倍變異，即以體細胞中原有的染色體數(shù)為基數(shù)，以2、4、8的倍數(shù)改變。教師創(chuàng)設情境激疑：普通有籽西瓜的染色體條數(shù)是22條，而無籽西瓜的染色體條數(shù)是33條（圖略），顯然增加的11條染色體不是體細胞染色體數(shù)的整數(shù)倍，這有什么特定的含義嗎？學生分析、猜測：與配子染色體數(shù)目相同，可能是減數(shù)分裂中染色體全部移向細胞一極而形成具有22條染色體的配子，并與正常配子結合的結果。教師要求學生以果蠅為例，分析配子染色體組成特點。學生：由每對同源染色體中一條染色體組成的，大小、形態(tài)各不相同的一組非同源染色體，數(shù)量是體細胞的一半。教師引導：這樣一組染色體有什么遺傳學意義？請分析資料（雄峰的發(fā)育資

9、料）。學生的結論：配子中的染色體能夠控制、表達蜜蜂的全部性狀。教師概括出染色體組的概念：細胞中一組非同源染色體，其形態(tài)和功能各不相同，但又相互協(xié)調，共同控制生物的生長、發(fā)育、遺傳和變異， 稱為一個染色體組。進而建立染色體整倍性變異的概念：以染色體組為單位成倍的增加或減少。設計意圖：以二倍體生物果蠅為例，基于減數(shù)分裂過程分析配子的染色體組成，說明染色體組中染色體的組成類型；再通過分析雄蜂的特征，說明二倍體生物配子中的全部染色體可以控制并表達該物種的性狀，從而建立染色體組的概念。 以染色體組為單位，建構多倍體概念教師引導學生運用減數(shù)分裂的知識，建立二倍體的概念：由受精卵發(fā)育，體細胞含有兩個染色體組

10、的個體。并認識自然界中，幾乎全部的動物和過半數(shù)高等植物的是二倍體。學生以二倍體概念為基礎，推理得出多倍體概念，樹立整倍性變異的概念。教師講解多倍體形成的機理：以四倍體為例，說明低溫或者秋水仙素導致染色體數(shù)目加倍的原理。闡述三倍體西瓜的培育，說明多倍體在人工育種上的價值，引導學生認識多倍體在進化中的意義。設計意圖：通過認識多倍體形成的機理，使學生加深對染色體數(shù)目整倍性變異的理解，進而認識染色體數(shù)目變異在理論與實踐上的價值，尤其是染色體數(shù)目變異可以產(chǎn)生新物種，促進學生建立生物進化的觀念。 以雄蜂的形成，建立單倍體概念教師引導：多倍體可以視為染色體數(shù)目成倍的增加，那雄蜂這樣的變異如何命名呢？學生：一

11、倍體。教師追問：如果普通小麥的配子直接發(fā)育成新個體，應該屬于幾倍體？多數(shù)學生認為是三倍體，也有學生表達為“單倍體”。對此，教師說明：如果在有性生殖中，由配子沒有經(jīng)過受精作用而直接發(fā)育成新個體的，體細胞中染色體組數(shù)與配子相同，稱為單倍體?！皢巍辈淮砭唧w的染色體組數(shù)目，只表示與配子染色體組數(shù)目相同、是體細胞染色體組數(shù)一半。教師講解單倍體育種的方法及價值，并總結染色體變異在理論和實踐中的意義。設計意圖：以概念同化的方式，突破單倍體概念的難點，使學生能夠明確“單”的含義，從而深刻理解單倍體概念的內涵。4 教后反思本節(jié)內容的教學中，將原本由教師講解的概念知識轉變?yōu)閷W生的模擬活動，充分發(fā)揮學生的主體性。通過構建模型，結合設問討論，生成的概念，使學生真正體驗、感悟概