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基于以上对“问题解决”教学策略的深入研究，虽说现在没有办法对其进行课堂的教学实践，但是可以借用对生物学某一节的教学过程的设计来对其进行呈现[endnoteRef:1]。下面就选用高中生物人教版必修二第二章“基因和染色体的关系”第二节“基因在染色体上”这一节为例，采用以“问题解决”教学策略为主要教学策略对其教学过程进行设计[endnoteRef:2]。 [1: ] [2: ]
1.问题解决教学案例选题
高中生物人教版必修二第二章“基因和染色体的关系”第二节“基因在染色体上”
2.教学设计思路
根据新课程理念，重点突出两点：一是科学研究的过程和方法；二是在课堂教学中向学生展示萨顿和摩尔根在人类对遗传物质的探索过程中做出的贡献，以及他们缜密思考的研究方法。精心设计出符合学生认知规律的问题，激发学生的学习动机，学生根据教学过程中问题的一一提出和呈现，主动探究理解本节课的知识，培养发现问题、提出问题、解决问题和反思问题的能力，同时在探究科学之旅中，落实情感、态度、价值观的教学目标。
3.教材分析
《基因在染色体上》是人教版《生物必修②〈遗传与进化〉》第二章“基因和染色体的关系”第二节的内容，按照遗传学的发展顺序，在学完第一章“遗传因子的发现”和第二章第一节“减数分裂和受精作用”的基础上，进一步的说明科学家是先通过类比推理，说明基因在染色体上，然后通过实验现象提出问题，做出相关的解释，提出最好使用实验验证，来证明基因在染色体上，在这个过程中进一步培养了学生对假说演绎法的理解和应用。
4.学情分析
在学完必修1“有丝分裂”和必修2第一章“遗传因子的发现”及第二章第一节“减数分裂和受精作用”后，学生对孟德尔的遗传规律中基因的行为和减数分裂中染色体的行为已有一定程度的了解，这些为本章本节的学习打下了坚实的基础。类比推理法在课本中没有明确的概念，但是却是在科学研究中常用的方法之一，在生活中学生也会常常无形之中用到，所以要求学生运用类比推理法，说明基因和染色体之间有明显的平行关系，进而提出基因在染色体上的假说具有可行性，但是具体收集依据和分析时，教师最好引导学生，以此降低难度。在第一章“遗传因子的发现”中学生对于假说演绎法虽然说已经有了一定的了解，但还达不到灵活应用的程度，所以教师在讲述摩尔根的果蝇杂交实验中要及时灵活的引导学生回顾孟德尔是怎样思考的，这实际上是在摩尔根果蝇杂交实验中，再次巩固了假说演绎法的知识，并且学生在此过程中也可尝试独立灵活运用此方法，借此学生的能力也可以得到了很好的锻炼。
在新课程标准下，提倡以学生为主体，加大主体参与课堂教学的力度，提高每个高中学生的科学素养是新课程实施的核心任务。因此我认为，在教学中应当充分的调动学生的兴趣，创设情境，提出问题，重走科学家的探索思路，体验创造性的分析问题、解决问题的探究过程是非常重要的提高能力的方法，同时也是树立学生正确的情感态度价值观的重要途径。
5.教学目标
（1）知识目标：
①通过学习摩尔根果蝇实验，学生能够正确说出基因位于染色体上的理论依据和实验证据；
②通过学习本节内容，学生能够用有关基因和染色体的知识准确说明孟德尔遗传规律的实质。
（2）能力目标：
①通过学习类比推理的方法，学生能够正确尝试运用类比推理的方法解释基因位于染色体上。
（3）情感态度价值观目标：
①通过学习基因位于染色体上的实验证据，学生能够科学认同基因的物质实体基础；
②通过学习萨顿假说和摩尔根果蝇实验，学生能够正确认同观察、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；
③通过学习本节科学史内容，学生能够正确体验到科学家敢于怀疑的科学精神。
6.教学重点
①说出基因位于染色体上的理论假说和实验证据。
②孟德尔遗传规律的现代解释。
7.教学难点
①运用类比推理的方法，解释基因位于染色体上。
②基因位于染色体上的实验证据。
8.教学方法
“问题解决”教学策略，并配以情境导入法、启发式教学、小组合作探究教学以及归纳总结法。
9.教学手段
多媒体课件
10.课时安排
2课时
11.教学过程
表格 1
教学流程 教师活动 学生活动 设计意图
新课导入 创设情境，引出问题（复习旧知——孟德尔的遗传规律中基因的行为和减数分裂中染色体的行为） 用多媒体展示孟德尔分离定律中豌豆产生配子时遗传因子的行为和减数分裂过程中染色体的行为，并讲述在1903年，美国遗传学家萨顿就用蝗虫细胞作为材料，研究了精子和卵细胞的形成过程。他发现孟德尔所假设的一对遗传因子，也就是等位基因，他们的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。 提出问题（由基因和染色体行为的相似性，同学们思考基因和染色体之间是怎样的一种关系？） 让同学们回忆等位基因的概念，并结合对图片的观察，思考基因和染色体之间的关系有哪些可能性？ 学生观看多媒体展示的图片，回忆等位基因的概念，思考基因和染色体之间的关系有哪些可能性。 通过展示旧知，讲述科学家的探究过程，以旧知引出对新知的思考和学习兴趣，从而内心产生疑惑，激发探究的欲望。
新课讲授——萨顿的假说 分析问题，收集信息 一、萨顿的假说
萨顿发现：有一种蝗虫的子代体细胞中的24对染色体，按形态结构来分，两两成对，共12对，毎对染色体中的一条来自父方，另一条来自母方。 萨顿由此推论：基因(遗传因子)是由染色体携带着从亲代传递给下一代的，也就是说，基因在染色体上，因为基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。 不知道同学们之前思考的基因和染色体之间的关系是不是和科学家的一样呢？（给予学生思考的空间） 接下来，就请同学们通过阅读课本中萨顿假说的有关内容，小组合作完成PPT中的表格 （其中，彩色字体部分是需要着重强调比较的内容。） 根据上述萨顿假说的观点，要求学生完成书中28页的“思考与讨论”，并在PPT上展示正确答案。 萨顿的假说利用的是类比推理法，在课件中展示类比推理法的概念，并提出问题：同学们在日常生活学习中有没有使用过这种方法？有的话请同学们举例说明。 教师对学生的回答进行点评总结。
萨顿将看不见的基因与看的见的染色体的行为进行类比，根据其惊人的一致性，提出基因位于染色体上的假说。 提出问题：是不是得出的假说就确定了基因和染色体之间的关系就一定是如此了呢？ 在这里，我们应当注意的是，类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要观察和实验的检验。 萨顿只是对这个现象进行了假说，并没有进行证明，对这个现象进行证明的是美国生物学家摩尔根。 学生将自己所思考的基因和染色体之间的关系与萨顿的假说进行对比，看自己的思考是否正确，并填写PPY上的表格。 学生完成书中28页的“思考与讨论” 学生踊跃发言，如：在学习数学时，由加法类比到乘法的学习；通过学习等差数列后类比出等比数列的学习等；我们在学习减数分裂中染色体的行为时，将一对染色体比作我们的左右大拇指，一个来自左手，相当于来自父方，一个来自右手，相当于来自母方等等。 学生回答：不是 学生将自己所思考的基因和染色体之间的关系与萨顿的假说进行对比，借此形成认知冲突，从而更加认真思考接下来会遇到的学习问题。 通过填写PPY上基因和染色体行为对比的表格，加深对知识的掌握和理解，为后面的“思考与讨论”的练习打好基础。 通过学生对类比推理在日常生活和学习中使用的例子，进一步理解类比推理的概念。 利用萨顿假说导入摩尔根实验的讲解
新课讲授——基因位于染色体上的实验证据 环节一：介绍遗传实验的材料——果蝇的特点。 美国生物学家摩尔根曾经明确表示过不相信孟德尔的遗传理论。对萨顿的基因位于染色体上的学说更持怀疑态度，认为这是主观的臆测，缺少实验证据。他一直琢磨着设计一个实验，看看生物的遗传与染色体到底有什么关系，基因又是怎么回事。 然而，做实验我们首先想到的就是我们需要使用什么样的实验材料？这是个关键问题。材料选对了，就等于实验成功了一半。 问题1：选用什么实验材料？ 多媒体展示果蝇的照片，简单介绍果蝇。 腐烂水果周围飞舞的果蝇吸引了摩尔根和他的学生们的注意，经过观察，正合他的心意。果蝇是昆虫纲双翅目的一种小型蝇类，在制醋和有水果的地方常常可以看到，体长3-4mm。 问题2：摩尔根为何选择果蝇做遗传实验材料？其优点何在？ 教师结合学生回答总结果蝇作为实验材料的优点：①相对性状易于区分；②易取材，易饲养；③繁殖速度快，子代数目多；④染色体数目少，易观察。 寻找方法，解决问题 环节二：分析摩尔根的白眼雄果蝇和纯种红眼雌果蝇杂交实验。 摩尔根从1909年开始潜心研究果蝇的遗传行为。一天，他偶然在一群红眼果蝇中发现了一只白眼雄果蝇，并产生了这样的疑惑：白眼性状是如何遗传的 于是，他做了下面的实验。 多媒体展示实验图： 观察果蝇杂交实验图解，根据这个实验，回答下面问题： 问题3：根据实验结果判断显、隐性性状是什么 问题4：果蝇的红眼和白眼是受几对等位基因控制的 问题5：如何解释F2中白眼果蝇均为雄性 教师点评学生的回答，并对其进行补充总结。 从上述实验不难发现，就果蝇红眼与白眼这一对相对性状来看，F1全为红眼，F2红眼和白眼之间的数量比是3:1；这样的遗传表现符合分离定律，表明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的。所不同的是白眼性状的表现，总是与性别相联系。如何解释这一现象呢 环节三：介绍果蝇体细胞的染色体 20世纪初期，一些生物学家已经在一些昆虫的细胞里发现了性染色体。 多媒体展示果蝇体细胞的染色体图片。 果蝇的体细胞中有4对染色体，3对是常染色体,l对是性染色体。在雌果蝇中，这对性染色体是同型的，用XX表示；在雄果蝇中，这对性染色体是异型的，用XY表示。 在了解了果蝇体细胞染色体的组成后，请同学们在此基础上思考问题6： 问题6：控制白眼的基因位于常染色体还是性染色体上
环节四：提出假说，书写遗传图解解释实验现象。 由于白眼的遗传和性别相联系，而且与X染色体的遗传相似，请同学们思考： 问题7：控制白眼的基因位于性染色体哪一区段 于是，摩尔根及其同事设想，如果控制白眼的基因(用w表示)在X染色体上，而Y染色体不含有它的等位基因，上述遗传现象就是否可以得到合理的解释。 多媒体展示果蝇杂交实验分析图解，学生同时思考问题8. 问题8：根据假说进行的推理能否解释实验现象 教师点评学生回答，给予肯定。 环节五：介绍白眼雌果蝇和纯合红眼雄果蝇杂交实验，预期实验结果，分析结果，验证假说，得出结论。 有了以上的摩尔根果蝇杂交实验和对基因位于染色体的何处的设想后，摩尔根等人进一步验证以上的解释，那么他们会使用什么实验方法呢？请同学们分小组合作思考回答以下两个问题： 问题9：验证这些解释的实验方法是什么？ 问题10：该实验的实验结果应该是什么 （通过遗传图谱推导） 教师根据学生对问题的回答进行归纳、总结、肯定。 正是摩尔根等人的工作，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，从而用实验证明了基因在染色体上。 从此，摩尔根变成了孟德尔理论的坚定支持者。 环节六：介绍基因在染色体上的证据和相关技术手段。 我们知道，每种生物的基因数量，都要远远多于这种生物染色体的数目。例如，果蝇体细胞内有4对染色体，被人们研究过的基因就达数百个；又如，人类的体细胞中有23对染色体，携带的基因大约有几万个。显然，一条染色体上应该有许多个基因。 现在请同学们思考以下问题： 问题11：还有哪些证据可以充分证明基因在染色体上 问题12：如何利用现代生物学技术测定基因在染色体上的位置 教师点评学生的回答。 摩尔根和他的学生们经过十多年的努力，发明了测定基因位于染色体上的相对位置的方法，并绘出了第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置的图，说明基因在染色体上呈线性排列。 此外，现代分子生物学技术能够用特定的分子，与染色体上的某一个基因结合，这个分子又能被带有荧光标记的物质识别，通过荧光显示，就可以知道基因在染色体上的位置。这就是荧光标记法。
学生回答问题1：果蝇 学生回答问题2：果蝇易饲养，繁殖快，10多天就繁殖一代，一只雌果蝇一生能产生几百个后代，所以生物学家常用它作为遗传学研究的实验材料。
学生回答问题3：显性性状是红眼、隐性性状是白眼； 学生回答问题3：显性性状是红眼，隐性性状是白眼； 学生回答问题4：果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制； 学生回答问题5：果蝇的白眼性状总是与性别相联系。 学生回答问题6：控制白眼的基因位于性染色体上； 学生回答问题7：控制白眼的基因位于性染色体的不同源区段。 学生回答问题8：可以 小组学生代表回答问题9：测交 小组学生代表回答问题10：所得的果蝇红眼和白眼各占一半，且都为雌雄一半。 学生回答问题11：基因在染色体上相对位置的图； 学生回答问题12：荧光标记法。 认识实验材料的重要性，为后面观察果蝇做好铺垫。 介绍摩尔根利用白眼果蝇展开的杂交实验，创设问题情境，引发矛盾冲突，激发探究欲望。 引导学生探究的思路。 提出合理的假说并进行推理，培养严密思维能力。 通过遗传图谱推导预期实验结果，分析结果得出结论的科学探究过程。 调动学生思考，联系之前学过的实验方法，重组知识框架。
新课讲授——孟德尔遗传规律的现代解释 通过上面的学习，我们一起来总结孟德尔遗传规律的现代解释。 细胞遗传学的研究结果表明，孟德尔所说的一对遗传因子就是位于一对同源染色体上的等位基因，不同对的遗传因子就是位于非同源染色体上的非等位基因。 基因的分离定律的实质是：在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性；在减数分裂形成配子的过程中，等位基因会随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代。 基因的自由组合定律的实质是：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。 学生与教师一起认真归纳学习。 用现代生物科学的视角来解释生物学规律，培养学生严谨的科学态度。
课堂小结 评价(或验证假设)、反思总结、得出结论。 以上就是有关“基因在染色体上”一节的相关内容，主要是从萨顿对基因与染色体之间的行为关系有了发现，进而推导出“基因在染色体上”的假说，而摩尔根对此假说有了质疑，在其不断研究发现的偶然机会下获得了白眼果蝇，在白眼果蝇的基础上开展了验证基因在染色体上的实验，并对实验结果有了自己的设想，在此期间，还使用遗传图谱的方法去解释实验现象呢，其次还通过测交的实验方法，再次验证了对实验现象的解释，从而对基因在染色体上的结果有了一个完善的验证，最后，随着生物科学技术的发展，通过现代生物技术“荧光标记法”再一次用实验证据证明了基因和染色体的关系。 学生跟随教师的脚步，回忆这一节所学的内容，搭建自己的知识框架。 梳理主要内容，提炼科学思维方法。
课后作业 1.以AaBb为例，画出细胞的减数分裂图，尝试用基因和染色体的关系解释孟德尔的遗传定律。 2.运用类比推理的研究方法,推断基因与DNA长链的关系，并于下节课由小组来展示推导过程和结果。 学生分小组讨论完成作业 巩固知识
12.板书设计
第2节 基因在染色体上
（一）萨顿的假说
（二）基因位于染色体上的实验证据
摩尔根果蝇杂交实验：
1.实验材料：果蝇
2.对果蝇杂交实验结果的解释
3.基因与染色体的对应关系
（三）孟德尔遗传规律的现代解释
13.教学设计反思
本节教学内容虽然是属于必修内容，但由于涉及的知识点很多，又有较多理科思维的探究活动，对学生知识要求能力较高，需要较好的掌握基因分离定律和基因自由组合定律中所应用的假说演绎法，同时又要能够熟练掌握减数分裂过程的实质。
在整个教学过程中，是通过一条主线“基因在染色体上"连接起两种科学思维方法，类比推理和假说演绎法。其中类比推理需要学生在理解的基础上能够及时应用；而假说演绎则是在回顾的同时达到再次应用加深理解的目的。学生学习过程中的难点主要有两个，一是类比推理得到基因位于染色体上的假说，另一个是设计测交实验。
在整个教学设计中要做到灵活处理教材，善用“问题解决”教学策略，将整个教学过程通过一系列的问题串将其串起来：首先，要考虑到学生的认知水平及知识的承上启下，所以把前面所学的“减数分裂中染色体的行为”和“孟德尔豌豆杂交实验中基因的行为”作为情境导入，在复习旧知的基础上，通过类比推理，猜想基因和染色体之间的关系；其次，补充了“摩尔根的果蝇的测交”内容，这有利于基本知识目标的达成，也理清了摩尔根实验验证的逻辑顺序；但是，由于补充了内容，上课时间紧凑，故运用类比推理的方法，推断基因与DNA长链的关系的“技能训练”就安排到课后作业完成。
当然，这一节的教学设计中也有一些不足之处，例如课堂教学内容很多，时间安排过于紧凑，这就会使得学生缺乏与老师及时沟通的时间，也可能出现其他学生听不懂也没有时间提出等现象。

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