高二生物基因和染色体的关系教材分析

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高二生物基因和染色体的关系教材分析
在孟德尔的遗传规律被重新发现之后，科学家迫切地寻找基因在哪里。细胞学的研究揭示了精子和卵细胞的形成要经过减数分裂，即染色体数目减半的过程，精子和卵细胞再经过受精作用结合，形成的受精卵中染色体数目又恢复为该物种体细胞中的染色体数目。在此过程中，染色体的行为与基因在亲子代间的传递行为具有惊人的一致性，由此科学家提出了基因位于染色体上的假说。这一融合了大胆想象与科学推理的假说，通过摩尔根的果蝇实验得以确证。本章的学习，学生将继续循着科学家的研究足迹，寻找基因在细胞中的位置，再次体验观察──提出假说──实验验证的科学思想方法，领略科学家严谨求证的科学态度和大胆预言、勇于想象的创新品质。

一、教学目的要求
知识方面
1.阐明细胞的减数分裂。
2.举例说明配子的形成过程。
3.举例说明受精过程。
4.说出基因位于染色体上的实验证据。
5.概述伴性遗传。

情感态度与价值观方面
1.认同减数分裂和受精作用对于生物遗传和变异的重要性。
2.体验科学研究中常用的类比推理的方法。
3.认同观察、提出假说、实验的方法在建立科学理论过程中所起的重要作用。
4.体验科学家在研究过程中表现出的丰富的想像力，大胆质疑和勤奋实践的精神，以及对科学的热爱。

能力方面
1.使用高倍镜，观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片。
2.运用模型建构的方法，模拟减数分裂过程中染色体数目和行为的变化。
3.尝试类比推理的方法，解释基因位于染色体上。
4.运用资料分析的方法，总结人类红绿色盲症的遗传规律。

www.350xue.com 二、教学内容的结构和特点
（一）教学内容的结构

（二）教学内容的特点
本章分3节：《减数分裂和受精作用》《基因在染色体上》《伴性遗传》。这3节内容的选取和安排，是在第1章引导学生认识孟德尔遗传规律的基础上，继续依照科学史的顺序，寻找孟德尔提出的遗传因子，也就是基因，在细胞中的位置。细胞学研究揭示了减数分裂的过程和受精作用的实质，科学家发现进行有性生殖的生物，正是通过减数分裂和受精作用来保持亲子代遗传性状的稳定性的，而这一过程又是通过染色体行为和数目的变化来实现的。染色体在减数分裂和受精作用中的行为与孟德尔假设的遗传因子（即基因）在亲子代之间传递的行为有着惊人的相似，因而萨顿提出假说：基因是由染色体携带着从亲代传递给子代的，基因位于染色体上。萨顿的假说通过摩尔根的果蝇杂交实验得以证实。摩尔根的果蝇杂交实验不仅验证了基因位于染色体上，而且把一个特定的基因和一条特定的染色体──X染色体联系起来，揭示了果蝇的伴性遗传。因而本章内容是按照减数分裂和受精作用、基因在染色体上、伴性遗传的顺序编写的。

www.350xue.com 第1节《减数分裂和受精作用》分为两个小节：《减数分裂》和《受精作用》。在减数分裂和受精作用过程中，起关键作用的是染色体行为和数目的变化，因而第1节的“问题探讨”是从比较果蝇配子和体细胞的染色体差异开始的。

在第1小节《减数分裂》中，教材没有直接给出减数分裂的定义，而是先介绍与孟德尔同时代的生物学家魏斯曼的预言：在卵细胞和精子成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半。受精时，精子和卵细胞融合，恢复正常的染色体数目。魏斯曼的这一预言不是空穴来风，而是科学家在对大量事实进行观察、分析的基础上，凭借敏锐的洞察力所做的大胆推测，是在事实与经验基础上的真知灼见。这一点应在教学时给学生讲清楚，以免学生误认为科学上的预测、推测是凭空想像，只需勇气、胆量就足够了。

动物减数分裂的过程比植物的简单，而哺乳动物是最高等的动物类群，人也属于哺乳动物，学生渴望了解与自己身体有关的生理过程。基于以上这几点考虑，教科书选择了哺乳动物精子和卵细胞的形成过程来介绍减数分裂。

关于精子的形成过程，教科书介绍得比较详细。首先介绍的是精子的形成部位，然后用图文结合的形式介绍了睾丸里的原始的雄性生殖细胞──精原细胞经过减数第一次分裂和减数第二次分裂形成精细胞，精细胞再经过变形，形成成熟的雄性生殖细胞──精子的过程。在教学中，教师可边讲解减数分裂的过程，边引导学生识图。“哺乳动物精子的形成过程图解”的中央提纲挈领地列出了减数分裂的主要特征。在文字叙述过程中，为了加深学生对减数分裂关键步骤的理解，在正文相应的旁栏处，用旁栏思考题的形式提示学生思考减数分裂过程中的一些重要问题，如“减数分裂的染色体复制发生在什么时候？”“细胞两极的这两组染色体，非同源染色体之间是自由组合的吗？”“在减数第一次分裂中染色体出现了哪些特殊的行为？这对于生物的遗传有什么重要意义？”在本小节里，同源染色体、联会、四分体是重要的概念，教科书用黑体字标出，以示重要。此外，减数分裂过程中染色体数目减半发生的时期也很重要，也用黑体字标出。四分体中姐妹染色单体的交叉互换，学生感觉比较抽象，不好理解，但是姐妹染色单体的交叉互换既是减数分裂过程中染色体的重要行为，也是学生理解配子多样性形成的基础，为了帮助学生理解，教科书提供了真实的照片，并配以模式化的示意图。

有了精子的形成过程作基础，卵细胞的形成过程就可以介绍得比较简略。教科书在介绍了卵细胞形成的部位之后，用比较法叙述了卵细胞形成过程与精子形成过程的不同点，并配以图解。最后用“减数分裂图解”对精子和卵细胞的形成过程进行归纳和总结。教师可引导学生识别“减数分裂图解”，尝试用自己的话来描述减数分裂的过程，培养学生的识图能力和表达能力。

《观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片》的实验有助于增加学生对减数分裂的感性认识，加深对减数分裂的理解。教师应指导学生尽可能地找全减数分裂各时期的细胞，识别减数分裂不同时期的染色体的形态、数目和位置，帮助学生通过想像，在头脑中建构一幅减数分裂动态过程图。

第2小节《受精作用》有两个重点内容。一个是通过建立减数分裂中染色体数目和行为变化的模型，模拟减数分裂中染色体数目及主要行为的变化和非同源染色体的自由组合，理解配子中染色体组合的多样性；另一个是了解受精作用的过程和实质。
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这里的模型建构，建构的是动态的模型，材料用具简单易得，学生也比较容易操作，但需要以小组形式配合完成。教科书上提供的照片，就是由高中学生自己建构的减数分裂模型。在建构模型的基础上，再引导学生讨论有性生殖的生物通过减数分裂形成配子的多样性，以及配子多样性对于生物多样性形成的意义。

受精作用的机制是很复杂的。考虑到高中阶段的教育仍为基础教育，是全面提高公民基本的科学素养的教育，不是培养生物学家的专业教育。因此，教科书只是概括地介绍了受精作用的一般过程，以帮助学生理解受精作用的实质。本节的最后一段话很重要，是对本节学习内容的提升，指出了减数分裂和受精作用的重要性。任何一种生物学现象都蕴涵着深刻的道理，对减数分裂和受精作用过程的学习，目的是帮助学生最终认识二者的实质，及其在生命延续的过程中和生物的遗传变异中所起的重要作用。

本节的学习，学生要学会识别3个重要的图解“哺乳动物精子的形成过程图解” “哺乳动物卵细胞的形成过程图解”“减数分裂图解”。识图是很重要的科学探究技能，为了进一步强化学生这方面的技能，本节安排了技能训练“识图和作图”，既从知识方面加深和巩固学生对有丝分裂、减数分裂过程中染色体数目变化的理解，又从技能方面训练了学生识图和作图的能力。

第2节《基因在染色体上》，从上一节《减数分裂和受精作用》引过来，在“问题探讨”中，呈现蝗虫精母细胞减数第一次分裂后期照片，请学生尝试将孟德尔分离定律中的遗传因子换成同源染色体，把分离定律念一遍，学生会发现，这个替换是可行的。由此可以启发学生联想：基因和染色体的行为似乎是一致的。但是这个联想会导致学生产生疑问：基因与染色体是一一对应的关系吗？“问题探讨”继续提供资料：“人只有23对染色体，却有几万个基因。”看来基因与染色体不可能一一对应了，那么基因与染色体之间究竟是什么关系呢？学生的这种疑惑源于头脑中的认知冲突，由认知冲突产生的问题会激发学生的探究兴趣。就让学生带着问题和探究的兴趣来学习吧。

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