孟德爾的豌豆雜交實驗（一）教案-高一下學期生物人教版必修2

教案第一章遺傳因子的發(fā)現(xiàn)第一節(jié)孟德爾的豌豆雜交實驗（第一課時）教材分析本節(jié)內容是2019人教版高中生物必修二第一節(jié)的內容。本節(jié)內容由“一對相對性狀的雜交實驗”，“對分離現(xiàn)象的解釋”，“性狀分離比的模擬實驗”，“對分離現(xiàn)象的解釋的驗證”和總結“分離定律”五部分內容構成，內容比較多分為兩節(jié)課來講。這節(jié)課主要講本節(jié)的教學內容是以孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳因子的實驗過程為主線，突出科學史和科學研究方法的教育。教材中以問題為線索，引導學生思考、分析孟德爾遺傳實驗的科學方法，達到闡明分離定律，最終能夠運用分離定律解釋一些遺傳現(xiàn)象的教學目標。教材用科學方法教育統(tǒng)領了教學全過程，學生在分析實驗的過程中，體驗“假說—演繹法”這一科學研究的過程，體驗孟德爾敢于質疑、敢于創(chuàng)新、勇于實踐以及嚴謹、求實的科學態(tài)度和科學精神，為后面學習自由組合定律、摩爾根的果蠅雜交實驗和DNA復制過程等打下基礎。學情分析學生在初中已經接觸了一些相關概念，知道了遺傳、變異、性狀、相對性狀、基因等基本概念，通過本節(jié)內容的學習還將繼續(xù)深化學生對這些概念的理解。學習本節(jié)內容之后，學生可以利用分離定律解釋生活中相關的遺傳學現(xiàn)象。教法學法教法：演示法、講授法、問題驅動教學法本節(jié)課的內容偏向于抽象，更重要的孟德爾分離定律的探究過程，所以對于本節(jié)課抽象的內容，根據(jù)教材設計了小桶去求的實驗，使學生更加直觀的感受到遺傳因子在交配是的分離，加深對分離定律的理解。對于孟德爾分離定律的發(fā)現(xiàn)，通過問題串的方法使學生置身于孟德爾的立場中，自主思考和討論伴隨著一個個問題的解決，跟隨著孟德爾的思路，一步步對基因分離做出假設，有助于培養(yǎng)學生的科學探究精神。學法：合作探究本節(jié)課的知識偏難，需要思考的問題很多，僅僅靠學生的獨立思考不能解決的重點，所以可以分為小組合作探究解決問題，可以加強學生們之間的交流，培養(yǎng)學生的語言表達能力和合作能力，加快問題的解決，提高課堂學習效率。教學目標1.能夠描述孟德爾一對相對性狀雜交實驗的過程并總結分離定律的內容。（生命觀念、科學思維）2.能動手操作性狀分離比的模擬實驗，說出模擬實驗的原理。（科學思維，科學探究）3.對孟德爾一對相對性狀的雜交實驗過程進行歸納總結，概括出假說—演繹法的基本內容，體會孟德爾的創(chuàng)新思維。（科學思維、科學探究）4.運用分離定律解釋或預測生活中相關的遺傳現(xiàn)象。（科學思維、社會責任） 教學重難點1、重點：（1）對分離現(xiàn)象的解釋，闡明分離定律。（2）假說—演繹法（3）人工異花傳粉的過程2、難點：（1）對分離現(xiàn)象的解釋。（2）假說—演繹法。板書教學過程組織教學同學們好！我們現(xiàn)在來開始上課！請坐！導入新課同學們，我們今天開始學習第二個模塊《遺傳與進化》的內容。我們今天首先來看第一章第一節(jié)一個豌豆雜交實驗孟德爾的豌豆雜交實驗。一說到遺傳，在19世紀的中后期流行著這樣一個觀點，叫融合遺傳。但是人們對這個融合遺傳是非常確信的，那么融合遺傳是怎么一回事呢？就是說控制雙親性狀的遺傳物質在子代當中會表現(xiàn)出結語親本的一種形狀。比如說，一個紅花和一個百花雜交，按照融合遺傳的觀點，它就應該是粉色的花。那么對于這個觀點你是否贊同呢？你的證據(jù)有哪些？我們哪位同學想表達一下這個觀點？學生：“不同意，比如說單眼皮的人和雙眼皮的后代不一定是一單一雙，或者是一個黑人和白人，他們的后代皮膚可能是黑色或者白色，所以我不贊同”（可能有別的例子）教師：好，請坐！那么其他同學對他的觀點是支持還是反對呢?同學：支持，沒有反對的教師：我本人也是不支持這個觀點的。那么雙親的遺傳物質在向子代傳遞的過程當中，它遵循一個什么樣的規(guī)律呢？這就是我們今天要研究的問題。教師板書（孟德爾的豌豆雜交實驗）講授新課內容一：豌豆作為遺傳實驗材料的優(yōu)點教師：說到遺傳，我們必須要來談談孟德爾這個人，我們來看一段視頻了解一下這個人。（看視頻）好的，視頻看完了，我覺得大家肯定會被孟德爾這八年的這種努力、持之以恒的精神所感動，當然他在科學探究的過程中，對實驗材料的這種正確的選擇也促使了他的成功。那么我們接下來就由一個問題：為什么用豌豆做雜交實驗更容易成功呢？豌豆作為遺傳學材料有哪些優(yōu)點呢？（讓學生觀看有關孟德爾的短片，可以幫助學生拉近與遺傳規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程的距離，引起學生學習興趣，使其帶著“為什么自己身上有些地方長得很像父母，但又不是完全一樣的”“遺傳的本質到底是什么”等疑問與老師一起扮演孟德爾，重走孟德爾當年的科學探究路。）學生：豌豆是兩性花，而且是自花傳粉。自花傳粉避免了外來花粉的干擾，所以豌豆的自然狀態(tài)下一般是純種。這種方式使得實驗的結果更加可靠，而且容易分析。第二點是豌豆的植株有易于區(qū)分的性狀，所以可以很容易的觀察和分析實驗結果。（教材上有，很容易回答出來）教師板書（豌豆做材料優(yōu)點：1.自花傳粉2.有易于區(qū)分的性狀）教師：好，請坐。主要呢就這兩點，第一點它是自花傳粉，更重要的是它是閉花授粉。它的花在沒有開放之前就已經完成了授粉的過程，正如剛才那位同學所說的那樣，自然狀態(tài)下這個豌豆就只能自交，所以它是純種。剛剛那位同學還提到了易于區(qū)分的性狀，那大家有沒有發(fā)現(xiàn)性狀都是一對一對的，叫相對性狀。教師：我們來看看這個豌豆的花，它是一種兩性花，什么是兩性花呢？在一對花里面既有雌蕊也有雄蕊。這也就是說在自然狀態(tài)下它是閉著花的，沒開放之前，它的雄蕊上產生的花粉就可以落到自己的雌蕊的柱頭上，完成這個傳粉受精的過程。不會受外來花粉的干擾，這就是說它在自然狀態(tài)下只能進行一種交配方式，叫什么？學生：自交。老師：對，所以說都是純的。這是兩性花。那么有其他花嗎？你比如說這個，這個是玉米，你看它的雄蕊和雌蕊的位置，并不是在一朵花里，它的花里要么是雌蕊要么是雄蕊，不是都有的，這就叫單性花。玉米傳粉的方式就是雄蕊產生的花粉落在雌蕊的柱頭上，這也可以稱為一種自交。老師：那什么叫相對性狀？我請一位同學來說說什么是相對性狀？相對性狀需要強調什么？學生：讀一下相對性狀的概念。老師：好，請坐。這位同學給大家強調：同一種生物和不同的表現(xiàn)類型。我們來舉個例子，比如說單眼皮和雙眼皮或者豌豆的高莖和矮莖。老師：好，通過前面的分析，大家已經知道了豌豆在自然狀態(tài)下只能夠進行自交，那我們要拿它做雜交實驗，應該怎樣操作？請閱讀課本相關內容，做一個概括總結。學生：看課本，閱讀相關內容。老師：好，哪位同學準備好了？學生：先把母本去雄，在把它套上袋子，給它人工授粉之后在套上袋子隔離。老師：（一邊聽學生回答一邊寫過程）這位同學說的非常好，還有沒有哪位同學要補充的？好，我看大家都沒意見。那我們一起看一些這個雜交的過程，想一下為什么要這樣做。首先是去雄，豌豆花是兩性花，它是要做母本，所以先去雄，也就是把帶有花粉的全部減掉了。那為什么要去除未成熟花粉的全部雄蕊，為什么是未成熟花？因為你等它成熟后都已經授粉完成了，所以目的就是為例防止自花傳粉。我們還要給母本套一個袋子，這是為什么呀?因為咱這個母本還是一個可以授粉的狀態(tài)，萬一飄過來一個別的什么花粉給它授粉，實驗不就白做了。然后我們就可以給它人工授粉了。等母本的雌蕊快成熟的時候，我們就采集另一個植株的花粉，用小刷子蘸上去，然后去蹭到母本的雌蕊柱頭上就可以了。然后我們還得在套上袋子，有的同學會想，我不是已經傳過粉了嗎？為什么還要套袋？這就需要注意一點，這個傳粉和受精不是一回事，從傳粉到受精，這需要一定的時間。所以這個時間段有其他花粉過來，它也會干擾雜交的結果，所以需要套袋兩次，套袋的作用會一樣的。（教師一步步的分析，講解每一步的的原理和注意事項，最后在通過視頻是學生更加直觀的學習人工異花傳粉的過程，使學生能基于特定的生物學事實，理解生物學概念。突破重點）內容二：一對相對性狀的雜交實驗老師：好，那豌豆常見的相對性狀有七對，這是我們課本上也是孟德爾的原始論文當中提到的七對相對性狀都非常的容易區(qū)分，特別是豌豆的高莖和矮莖，你看差別很大，所以孟德爾首先就選擇了這一對。那為了便于分析，先研究一對從少到多，他選擇了高莖和矮莖進行雜交，他做了這樣一個實驗。他將一個高莖做母本，矮莖做父本，發(fā)現(xiàn)子一代都是高莖。那么高莖是由母本決定的嗎？是不是因為母本是高莖，這個子代才是高莖呢？能不能設計一個實驗來探究這個問題到底是不是母本決定的？請一位同學來回答。學生：可以讓矮莖做母本，高莖做父本?？醋哟€是不是高莖？老師：好，請坐。也就是說把這倆調換過來，孟德爾也這樣做了發(fā)現(xiàn)第一代還是高莖。如果把一個實驗叫做正交，那么第二個實驗就叫反交。如果我把第一個實驗叫做反交，那么第二個實驗就叫正交。那么現(xiàn)在結果是一樣的，孟德爾也很好奇，矮莖跑哪里去了？所以呢，孟德爾就讓這個第一代自交，發(fā)現(xiàn)矮莖出現(xiàn)了，這也就說明第一代中矮莖沒有消失，它只是隱藏起來了，沒有表現(xiàn)出來。那么像這樣的性狀我們統(tǒng)稱為隱性性狀，隱性性狀就是一對相對性狀的親本雜交，自己帶沒有表現(xiàn)出來的那個。那與它相對的那個性狀是什么呢？那個就叫顯性性狀。在子一代自交之后，在后代中同時出現(xiàn)了隱性性狀和顯性性狀這個現(xiàn)象就叫性狀分離。把顯性性狀和隱性性狀合在一塊，就可以稱之為相對性狀。（讓學生們根據(jù)生物現(xiàn)象理解顯性性狀和隱性性狀的概念）老師：剛剛我們了解孟德爾的時候知道，孟德爾不僅僅擅長自由科學，數(shù)學也很擅長，尤其是在統(tǒng)計學方面。所以他跟前人不一樣的地方就在于他不光是停在觀察或者描述事實，而是用數(shù)學的方法去統(tǒng)計了。他發(fā)現(xiàn)這個子二代當中的顯隱性狀的比例是多少？是3:1。那么這個3:1是不是偶然的呢？學生：不是偶然的。我們剛剛列舉了豌豆的七對相對性狀，孟德爾全都做了一邊，這是他所做的數(shù)據(jù)，大家可以看看，發(fā)現(xiàn)了什么？學生：顯性和隱性的比值都接近3:1（教師通過講解孟德爾利用數(shù)學統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)子二代的分離比接近3:1，引導學生理解孟德爾的整個研究過程實質上是利用了頻率的穩(wěn)定性，建立數(shù)學模型，揭示統(tǒng)計結果背后的遺傳規(guī)律，讓學生明白數(shù)學函數(shù)可以預測現(xiàn)象、揭示規(guī)律，感受數(shù)學與生物學科的相互融合、相互促進的過程。）教師板書（觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題）內容三：對分離現(xiàn)象的解釋老師：對，這就說明絕對不是一個偶然，肯定是有規(guī)律的，那么我們接下來就沿著孟德爾的足跡，對這樣一個問題做一個解釋。孟德爾大膽的拋棄了融合遺傳這種觀點，提出了自己的見解，他說控制生物性狀的遺傳物質，起名為遺傳因子，而且描述為這種遺傳因子它是一種顆粒是的，是不相融合的，并且規(guī)定控制顯性性狀的遺傳因子叫顯性遺傳因子，控制隱性性狀的遺傳因子叫隱性遺傳因子，用小寫字母，顯性的用大寫字母。比如說D代表高莖，d代表矮莖。老師：（問題一）好那我們跟著這個思路往下走，既然第二代有顯性也有隱性，那么子一代應該既有D也有d，至少得有一對，就是Dd。那我們就從這種最簡單的祝賀來看，一個個體它的體細胞中有兩個遺傳因子來考慮的話，那第三代的矮莖就是dd。那親代的基因型呢？親代的基因型就是DD和dd。這就說明高莖有兩種基因型DD和Dd。所以說第二代的高莖應該有兩種基因型，那么怎么確定高莖是DD還是Dd呢？學生：可以讓高莖自交。如果后代有高莖也有矮莖那就是Dd,如果后代都是高莖，那么就是DD。老師：（問題二）很好，孟德爾也正是用了這樣的方法，讓第二代當中的高莖進行自交，他發(fā)現(xiàn)這里面有1/3的高莖自交之后都是高的，說明高莖里有1/3的DD，有2/3的高莖自交之后有高莖有矮莖，說明高莖里有2/3的Dd。所以說第二代當中的三種遺傳因子的比例應該是1:2:1。那我們接著來思考一個問題，這個第二代為什么會出現(xiàn)1:2:1的這樣一個比例呢？這里我們要思考一個問題，生殖的問題。大家想，從第一代到第二代，第一代是不是要產生生殖細胞，生殖細胞也可以成為配子。那么既然第二代當中除了D，還有d，那么這個第一代在產生配子的時候，兩個遺傳因子D、d會一同進入到一個配子里面嗎？會不會？學生：不會老師：（問題三）為什么不會呢？如果它不分開的話，它產生的配子里面D、d都有的花，那么這樣在配子結合的時候形成的后代是什么樣的？學生：全部都是高莖，不會有矮莖的出現(xiàn)。教師：非常好，所以這一對遺傳因子一定要分開，不能在一起了，應該是進入到不同的配子里面，所有的配子里面既有D、d，這樣的花雌配子跟雄配子一結合是不是Dd都在一起了，表現(xiàn)出什么？只要D、d在一起，有D就表現(xiàn)出高莖，那是不是不會出現(xiàn)矮莖了？學生：對！老師：（問題四）那我們來思考最后一個問題，如果第一代能產生兩種配子，有D也有d，那我問問大家，這些配子如何進行組合才能出現(xiàn)1：2：1呢？想一下，這些配子在結合的時候有哪些方式呢？怎么結合DD、Dd和dd都能出現(xiàn)？學生：思考。（可能思考不出來，教師適當給出提示，可以給出遺傳因子分配的圖幫助學生理解）（教師通過問題串的方式，以孟德爾的思維逐步引導學生思考，最后總結出孟德爾的假說，突破教學重點。）老師：基于以上的分析。我想跟大家一塊總結一下。我們如果要能解釋這個3:1的話，大家注意，最起碼我們應該基于這樣幾點（板書）（1、控制性狀的是遺傳因子；2、遺傳因子在體細胞中是成對存在的3、產生配子時要成對的遺傳因子彼此分離4、雌雄配子要隨機的結合。）教師板書（解釋現(xiàn)象，提出假說）這樣的結論也是沿著孟德爾的這個思路去分析的，孟德爾四點假說的提出，我們剛才是重演了他的思維的過程，基于這樣幾點，他提出了自己的這種假設。孟德爾的偉大之處在于他提出的這幾條假說都是超越了他所處的時代的這種認知，當時沒有配子形成過程的這種認識的，他完全就是在根據(jù)自己的這種想象出來的。（孟德爾對分離現(xiàn)象的解釋雖然在邏輯上環(huán)環(huán)相扣、十分嚴謹，但最終還是要用科學實驗加以驗證才能得出正確結論，教師通過介紹這一探究過程，讓學生感受在實踐中尋求真理的科學探究精神。通過介紹孟德爾大膽假設、推陳出新的科學研究歷程，鼓勵學生永遠都要有大膽創(chuàng)新、勇于探究的精神。）內容四：探究·實踐性狀分離比的模擬實驗老師：那么我們現(xiàn)在一起來看一個實驗，來了解一下遺傳因子是怎樣分離的，配子之間又是怎樣結合的。教師板書（模擬實驗，體驗假說）現(xiàn)在有兩個桶，一個桶代表雌生殖器，一個桶是雄生殖器，對于人來講就應該是卵巢和睪丸，這個實驗是模仿模仿孟德爾實驗的，所以就是植物的生殖器。甲乙兩個小桶里的小球，一桶是D和d，一桶也是D和d，那么這些彩球就代表了孟德爾所假設的遺傳因子，具體來說就是雌雄配子。那么我們從雌生殖器官里面拿一個配子，雄生殖器官里面哪一個配子，然后雌雄配子一結合，也就是甲桶小球和乙桶的小球一結合，就代表了咱們有性生殖的受精過程，也就是雌雄配子之間是這個隨機集合的。我們先來看一下視頻。老師：好了，視頻看完了，我們來看一下，首先第一步，小桶得編號，第二步裝彩球，裝彩球的時候要注意了，D的數(shù)量和d的數(shù)量一定要是相等的。第三步，混合彩球是一定要搖勻，不然上半桶都是D，下半桶都是d，這樣的話，這樣拿的時候肯定是不具有隨機性，所以說隨機取球要不就閉上眼，要不就要背過身去。還有要注意的是，拿了一個一定要放回去，如果不放回去，桶里的D和d的比例就不對了，所以一定要放回去。那我們來現(xiàn)場模擬一下這個性狀分離比的模擬實驗。（教師拿出提前準備好的教具）現(xiàn)在請每個學生來講臺上分別從兩個小桶里那一個小球，看看組成的基因型是什么，記錄在旁邊的記錄表上。學生：一個一個的上來拿小球組合。老師：這個重復實驗呢，你重復的次數(shù)越多，那么你最后得到的這個比例也就和孟德爾那個應該是越接近的對不對，那我們來看一下這個實驗記錄表。如果你次數(shù)夠多的話，每個桶拿出來的D和d都是1:1，那么DD：Dd：dd應該是約等于1：2：1。那我們看一下我們的結果是不是1：2：1呢？（教師和學生一起統(tǒng)計實驗結果，結果差不多符合1:2:1）老師：做完了這個實驗之后，在來看孟德爾的假設，圖就非常清晰了，我們一起來看一下第五頁下面這兩個圖。學生：翻書看圖。老師：第二代的高莖和矮莖要滿足3:1，需要滿足幾個條件：1、第一代的個體形成的配子數(shù)目相等2、配子不致死3、不同的基因型的存活率也要是相同的，比如說DD不能活，那么高莖和矮莖就是2:1。4、完全顯性。什么叫完全顯性？也就是說D對d起到完全遮蓋的作用。（通過對實驗的講解和開展“性狀分離比的模擬”實驗，可以很好地提高學生的科學探究能力。）內容五：對分離現(xiàn)象解釋的驗證老師：好，那對于孟德爾分離現(xiàn)象的解釋就介紹到這，但是呢，這仍然是一種假說，所以說我們要去設計一個實驗來對這個假說進行一個驗證。教師板書（演繹推理，驗證假說）那是一個怎么樣的實驗呢？孟德爾很巧妙地設計了一個測交實驗，如果說設計的實驗，預期的結果和最終的實際結果實相符的，那就說明前面的假說是正確的。那么這么去測交的呢？拿子一代的Dd和dd進行測交實驗，為什么要讓他們做測交呢？因為dd它只能提供一個d基因，不會影響到第一代當中的任何一個基因，他不會遮蓋任何一個基因。好，那同學們在紙上畫一下Dd和dd的雜交，看一下結果是什么？學生：結果高莖和矮莖的比是1：1。（學生根據(jù)剛剛學習到的遺傳因子的分離規(guī)律，自己動手繪制測交實驗遺傳圖解，能夠加深對分離現(xiàn)象的理解，培養(yǎng)科學探究能力，突破難點）老師：那么結果是不是1:1呢？孟德爾也做了這個實驗，在第7頁的第三段，在166株后代當中，有87株是高莖，79株是矮莖，是約等于1:1的，也就是說最后的實驗驗證和所做的紙上談兵的演繹推理是一致的，驗證了前面的假設。老師：那么在這兒大家要注意，這里用了一個非常重要的科學方法，在第7頁的下面，家假說演繹法。我們一起來回顧一下他發(fā)現(xiàn)總結分離定律的過程