资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 生物学 年级 高一 学期 春季
课题 探究·实践 建立减数分裂中染色体变化的模型
教科书 书 名：普通高中教科书 生物学 必修2 遗传与进化 教材 出版社：人民教育出版社
教学目标
1. 通过选择合适的材料，利用科学、技术、工程学、艺术原理，设计制作减数分裂中染色体主要行为和数目变化的模型，进一步理解减数分裂各时期的特点。 2.通过建构两对同源染色体的行为和数目变化模型，体验建构模型的科学思维方法，阐明遗传信息在有性生殖中的传递规律，并在模型建构与评价过程中增强自身的审美意识。 3. 通过建构减数分裂中非同源染色体的自由组合和同源染色体上非姐妹染色单体的互换模型，阐明配子多样性的原因，进而解释生物多样性的原因。 4. 通过分析13三体综合征的致病原因，认同减数分裂的正常进行对生物遗传的重要意义。
教学重难点
教学重点： 1.减数分裂染色体数目和主要行为变化模型的建构。 2.减数分裂中非同源染色体的自由组合和四分体时期非姐妹染色单体间的互换模型的建构。 3.减数分裂对生物遗传的重要意义。 教学难点： 1.减数分裂中非同源染色体的自由组合和四分体时期非姐妹染色单体间的互换模型的建构。 2.减数分裂对生物遗传的重要意义。
教学设计思路
教学过程
教师行为（讲授、提问、 演示等） 学生行为 学习目标 设计意图
【提出问题】 在课前，同学们是否已经完成了预习任务，准备好模型建构所需要的材料了呢？ 请同学们观看这张全家福，父亲体内所有的精原细胞，其染色体组成并无差别，母亲体内的卵原细胞也是如此。这张全家福中，为什么同一对夫妇生的孩子会存在差异呢？ 回顾所学减数分裂的相关知识提出“同一对夫妇生的孩子会存在差异”的原因可能与减数分裂有关。 通过回顾减数分裂的知识，尝试提出“同一对夫妇生的孩子会存在差异”的原因。 从日常生活中学生感兴趣的问题入手，激发学生的学习兴趣和求知欲。
【作出假设】 教师进行说明：减数分裂产生配子的过程中，同源染色体彼此分离，非同源染色体自由组合。因此，我们提出假设：子代多样性与配子多样性有关，即与减数分裂有关。 教师继续发问：我们如何验证这一假设呢？ 思考如何验证“子代多样性与配子多样性有关，即与减数分裂有关”这一假设，回顾减数分裂的时期和特点。 通过回顾减数分裂各时期的特点，作出假设。 结合学生的最近发展区，引导学生思考子代多样性与减数分裂的关系。
【建模验证】 教师引导学生一起建立减数分裂中染色体数目和行为变化的模型，从而验证假说是否正确。 模型一：模拟减数分裂中染色体数目和主要行为变化。 教师请学生拿出提前准备好的材料——白纸和扭扭棒，思考如何制作一对同源染色体。 教师引导：可以用两种不同颜色的扭扭棒制作两条大小、形态相同的染色体，两种颜色分别代表来自父方和母方，以此来模拟一对同源染色体。 教师继续发问：若细胞中有两对同源染色体，减数分裂I后期，非同源染色体有几种组合方式？一个精原细胞形成的配子有多少种可能性？ 【学习任务一】 教师请同学们带着这一问题，认真阅读学习任务单上的制作要求，建构“一个精原细胞中标有1、2和3、4的两对同源染色体的行为和数目变化”模型，记录配子的染色体组成。并完成学习任务单上任务二中的绘图任务。 教师进行模型一演示。 教师对模型一的模拟过程进行说明：当细胞中含有两对同源染色体时，减数分裂I前期同源染色体联会，形成四分体，中期同源染色体排列在赤道板两侧，整个过程染色体数目不变，均为4条，两对。 当由减数分裂I中期进入到减数分裂I后期时，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，会出现以下两种情况：移向两极的染色体标号为13和24或14和23.此时细胞中仍然含有4条，即两对染色体。 以第一种情况为例：随着减数分裂I后期同源染色体分离并移向两级，末期细胞分裂进入两个次级精母细胞中，染色体数目减半，变为两条，此时细胞中无同源染色体。 减数分裂II中期染色体着丝粒排列在赤道板上，后期着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，染色体暂时加倍，变为4条。 随着末期染色体移向两极进入两个子细胞中，染色体数目减半，变为2条。 教师对模型一的建构进行总结： 染色体主要行为变化有： ①减数分裂I前期同源染色体联会，形成四分体。 ②减数分裂I后期同源染色体分离，非同源染色体自由组合。 ③减数分裂II后期着丝粒分裂，染色单体分开，移向两极。 染色体数目变化有： ①减数分裂I末期由于细胞分裂染色体数目减半； ②减数分裂II后期着丝粒分裂，染色体数目暂时加倍； ③减数分裂II末期由于细胞分裂染色体数目减半。 通过减数分裂，配子中的染色体数目最终变为体细胞中的一半。 教师结合图示总结：对于一个精原细胞来说，减数分裂I后期，非同源染色体有两种组合方式，通过减数分裂II最终可以产生两种配子。 教师请学生结合演示视频对自己建构的模型进行反思，并完成学习任务单上的自评量表，请从科学性、艺术性、意志品质三个维度对自己建构的模型进行评价和改进，请在具体的评价等级前的方框中打勾并计算总分，满分为20分。 教师提出思考3：若上述模型建构的是一个雄性个体，则可以得到几种染色体组成不同的配子？ 教师总结：对于一个雄性个体来说，其体内有多个精原细胞，通过减数分裂，既可能形成组合为1、3和2、4的配子，也可能形成组合为1、4和2、3的配子，即可以形成4种配子。 教师引导学生一起归纳得出结论：减数分裂I后期非同源染色体自由组合，会导致配子多样性，进而导致子代多样性。 拿出提前准备好的材料，思考如何制作一对同源染色体，并用材料进行制作。 小组认真阅读制作要求，然后进行分工。小组合作建构模型一，以标有1、2和3、4的两对同源染色体为例，初步建构并记录减数分裂中染色体的数目和行为变化过程，完成学习任务单上的绘图任务。 小组结合教师的说明对自己建构的模型进行改进优化，及时纠错，进一步巩固减数分裂的过程的相关知识，熟悉减数分裂的时期和特点。 结合制作的模型一，写出染色体在减数分裂I前期、减数分裂I后期和减数分裂II后期的主要行为变化或数目变化的原因，并及时进行纠正。 结合量表，对小组制作的模型进行自评和改进，并在具体的评价等级前的方框中打勾并计算总分。 自主思考并尝试利用模型模拟并说明雄性个体经过减数分裂得到的配子种类为4种。 阐述减数分裂I后期非同源染色体自由组合，会导致配子多样性，进而导致子代多样性。 通过模拟一对同源染色体，进一步理解同源染色体的定义。
通过建构“一个精原细胞中标有1、2和3、4的两对同源染色体的行为和数目变化”模型，进一步加深对减数分裂各时期特点的理解。 通过模拟减数分裂过程，归纳总结减数分裂中染色体的主要行为和数目变化。 通过绘图，阐明减数分裂过程中非同源染色体自由组合的方式及产生的配子种类。 通过自评，对模型进行改进和优化，增强自身的科学思维和审美意识。 通过建构模型，归纳得出“减数分裂I后期非同源染色体自由组合，会导致配子多样性，进而导致子代多样性”，初步验证假说。 通过引导学生思考如何制作一对同源染色体，为后续内容做铺垫。 通过引导学生建构“减数分裂中非同源染色体的自由组合”模型，加深学生对减数分裂各时期特点的理解，让学生在亲身经历的过程中获得知识，促进学生的深度学习。 通过对减数分裂中染色体数目和主要行为变化进行总结，进一步帮助学生掌握减数分裂的特点。 通过引导学生从从科学性、艺术性、意志品质三个维度对自己建构的模型进行评价和改进，培养学生的质疑和反思精神，并将美育融入到生物学教学中，有利于培养学生的审美意识。 通过引导学生分析雄性个体形成的配子种类，增强学生的类比推理能力。
模型二：模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换。 教师提问：在减数分裂I前期，同源染色体上的非姐妹染色单体可能发生互换，互换会影响配子种类吗？由此引导学生建构模型二。 【学习任务二】 教师引导学生建构非姐妹染色单体间互换的模型，分析一对同源染色体考虑互换的情况下会产生多少种配子，并完成任务单上的绘图。 教师进行演示，并引导学生请结合量表，对模型二进行自评和改进，并在具体的评价等级前的方框中打勾并计算总分，满分为20分。 教师对模型二进行说明：当一对同源染色体上的非姐妹染色单体间发生互换时，如图所示。 教师讲解由于减数分裂I后期非同源染色体的自由组合，可能形成如图两种情况的次级精母细胞，以第一种为例，通过减数分裂II可以得到四种染色体组成不同的配子。 教师引导学生一起归纳：减数分裂I前期四分体中的非姐妹染色单体间发生互换，导致配子多样性，进而导致子代多样性。 教师总结：通过以上两个模型的建构，我们进一步理解减数分裂过程中染色体的变化： ①减数分裂I后期，同源染色体分离，非同源染色体自由组合。 ②减数分裂I前期，四分体中的非姐妹染色单体间发生互换。 通过模拟非同源染色体的组合和同源染色体上非姐妹染色单体的互换，我们可以得出结论：减数分裂过程会导致配子多样性，进而导致子代多样性。 结合教师的讲解对任务二进行订正。 小组首先确定如何模拟同源染色体上姐妹染色单体的互换并设计方案，在模拟过程中记录配子种类，完成任务单上的绘图。 结合量表，对小组制作的模型进行自评和改进，并在具体的评价等级前的方框中打勾并计算总分。 结合教师的讲解对任务二进行订正，并对模型进行进一步修正。 阐述减数分裂I前期四分体中的非姐妹染色单体间发生互换，导致配子多样性，进而导致子代多样性。 归纳总结：减数分裂过程会导致配子多样性，进而导致子代多样性。证明假说正确。 通过建构非姐妹染色单体间互换的模型，阐明发生互换时产生的配子种类。 通过自评，对模型进行改进和优化，增强自身的科学思维和审美意识。 通过建构模型，归纳得出“减数分裂I前期四分体中的非姐妹染色单体间发生互换，导致配子多样性，进而导致子代多样性。”，进一步验证假说。 通过引导学生建构“减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换”模型，让学生在亲身经历的过程中获得知识，促进学生的深度学习。 通过引导学生对自己建构的模型进行评价和改进，培养学生的质疑和反思精神，并将美育融入到生物学教学中，有利于培养学生的审美意识。 通过引导学生总结归纳得出“减数分裂过程会导致配子多样性，进而导致子代多样性”，培养学生的科学思维。
【学以致用】 教师引导学生结合所学知识分析：正常人的体细胞中有23对染色体。有一种叫“13三体综合征”的遗传病，患者头小，智力远低于常人。对患者进行染色体检查，发现患者的13号染色体不是一对，而是三条。接下来，请同学们尝试使用“减数分裂中染色体变化的模型”，从精子或卵细胞的角度分析这种病产生的原因。 教师对两种情况进行讲解： 情况1：若精子或卵细胞中的两条13号染色体如图所示，颜色不同，逆推可知次级精母细胞或次级卵母细胞中含有两条13号染色体，说明减数分裂I时期初级精母或卵母细胞中的两条13号同源染色体没有分离，而是移向同一极进入同一个次级精母或卵母细胞，再经过减数分裂II，就会形成含有两条13号染色体的精子或卵细胞。 情况2：若精子或卵细胞中的两条13号染色体如图所示，颜色相同，逆推可知次级精母或卵母细胞中含有一条13号染色体，说明减数分裂I正常，可能是减数分裂II时13号染色体着丝粒分裂，形成两条13号染色体，但没有移向两极，而是移向同一极进入一个精细胞或卵细胞。这样异常的精子或卵细胞就含有24条染色体，其中13号染色体是两条。 当上述异常的精子或卵细胞与与正常的精子或卵细胞结合成受精卵时，则该受精卵中含有47条染色体，其中13号染色体是三条，由这样的受精卵发育而成的个体就是13三体综合征患者。 利用“减数分裂中染色体变化的模型”完成【学以致用】，分析原因，尝试绘图分析原因。 结合教师的讲解进行订正，认真梳理两种情况的不同之处。 对两种情况进行梳理，阐述13三体综合征产生的原因，说明13三体综合征患者染色体数目的变化。 通过利用“减数分裂中染色体变化的模型”，分析并阐明13三体综合征产生的原因。 通过引导学生分析13体综合征的病因，培养学生利用模型解决生活中实际问题的能力，培养学生的科学思维。
【拓展延伸】 教师引导学生思考：“同一对夫妇生的孩子存在差异”。还有其他原因会造成这一现象吗？教师请学生预习受精作用，提出假说并尝试进行验证。 教师布置作业：课后请充分利用减数分裂中染色体变化的模型，完成作业练习。 思考造成“同一对夫妇生的孩子存在差异”现象的其他原因并尝试从受精作用的角度进行验证。 课后完成作业。 通过作业，进一步利用减数分裂模型解决实际问题。 设置悬疑，激发学生的探究欲。 设置作业，检测学生听课效果。

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