基因的分离定律系列微课教学设计

摘 要：在本系列教学中，以基因的分离定律实质及计算应用为教学重难点，在网络教学的特殊时期，引导学生结合数学逻辑与生物学概念、过程，掌握假说推理的科学思路和遗传计算的基本方法，多维度提高学科素养。

关键词：基因的分离定律;系列微课;学科素养

一、教材分析

苏教版普通高中课程标准实验教科书《生物2：遗传与进化》第三章第一节是基因的分离定律，包括基因的分离定律、孟德尔实验的科学方法以及基因的分离定律的应用三部分内容。本节内容是衔接减数分裂与遗传计算的纽带。学生在此前一章已经学习过减数分裂，可从同源染色体分离这一角度更准确地理解基因的分离定律，基因的分离定律也可以说是减数分裂在宏观水平上的应用。本章第二节基因的自由组合定律，则要求学生在充分熟练应用基因的分离定律的基础上，再引入相互独立事件的概率计算，因此，学习基因的分离定律也显然是学习基因的自由组合定律的基础。

二、教学目标

（一）科学思维

1.能准确联系减数分裂理解基因分离定律的实质。

2.能理解并辨析基因型、表现型、相对性状、性状分离、纯合子、杂合子、显性基因、隐性基因、杂交、自交、测交等遗传学基本概念。3.能复述孟德尔一对相对性状杂交实验的基本过程及结论。4.能说出孟德尔成功的原因。5.能结合概率基础完成有关基因分离定律的计算。

（二）科学探究

1.能理解孟德尔实验的内在逻辑。2.能初步体会科学探究实验，尤其是假说推理及验证的基本思路。3.在充分理解概率计算和基因的分离定律的生物学概念后，将两者对接并应用。4.能利用基因的分离定律解决判断待测个体基因型的问题。

（三）生命观点与社会责任

1.能体会科学的发展是各门科学有机结合共同推进的结果。2.能体会推动科学发展的不一定是掌握精密仪器的“科学家”，也可以是对探索自然奥秘有着热忱兴趣和毅力的普通人。

三、教学重难点及解决方法

（一）重点、难点的设定

本章节内容的重点有三部分：一是孟德尔的实验过程及成功原因;二是基因分离定律的实质;三是基因分离定律的计算与应用。围绕这三个重点的教学难点有三：一是准确理解和辨析众多遗传学概念;二是在看懂孟德尔的实验过程后，分析他每一步实验操作的原因和推理假说的逻辑关系，与这一难点可以合并掌握的是孟德尔实验成功的原因，因为只有理解了孟德尔实验的内在逻辑，才能真正理解选择豌豆作为实验材料的原因和引入数学统计的必要性;三是基因分离定律的计算与应用，这一部分与数学概率计算关系密切，是师生在教与学的过程中，一致认为“最不像生物学”的高中生物学知识，也正因此使其成为教与学的难点。

在抗击新冠肺炎疫情的特殊时期，广大师生采用网络课程的方式教学和学习。通过微课视频进行网络教学的弊端是教师不能和学生充分互动，不能及时了解学生的学习状况;优点是学生的学习相对自由，可以按照自己的节奏播放微课视频，并有比较长的时间去反复琢磨思考比较困难的问题。基因的分离定律及自由组合定律，恰恰是非常需要学生在掌握了基本概念和原理后，自行思考和推理归纳的内容，在这一系列的网课中，教师可充分利用微课视频的优点，突破基因的分离定律教学中的难点。

（二）怎样围绕重点，突破难点，实现教学目标

针对难点一：遗传学概念并不独立存在，而是依托在具体的遗传学事件中，教师可在介绍孟德尔实验及推理的过程中穿插介绍。本节设计的遗传学概念虽然数量多，但不難理解，困难是容易混淆，教师应使用最准确的语言，并适当重复和强调。

针对难点二：孟德尔实验的内在逻辑和推理思路，是比孟德尔实验过程本身更珍贵的知识财富，这一部分内容看似简单，但想要理解透彻十分困难，但一旦能够理清思路深刻理解，也将很大程度上推进学生生物学学科素养的进步。教师在帮助学生学习这一部分内容时，应先交代清楚孟德尔已知什么，想探索什么，再引导学生思考，有什么困难，应当想什么办法解决？实验的结果是什么？根据已知的事实，可以从这个结果推导出什么结论？这个结论与已知的事实是否有矛盾？怎么解释？怎样验证这个解释？整个实验及推理过程完成后，再折返回实验材料和统计方法，引导学生思考，如果没有选择豌豆，不能保证亲本纯合、相对性状明显、只观察一对相对性状，以及没有采用数学统计法，将产生什么样的后果？通过这一连串的问题，帮助学生将自己代入孟德尔的实验中，像孟德尔一样思考，并最终理解孟德尔实验的思路和逻辑，再应用到其他的科学探究问题中。透过前人的工作，了解科学研究的根本思路并加以应用，一方面体会科学之美，另一方面解决新的问题，也正是我们学习科学最本质的原因之一。

针对难点三：难点三是广大一线教师在实际教学过程中，常常感到困惑和棘手的部分。感到困惑的部分是，这一节涉及的概率计算，学生在初中就已经学过并且绝大多数同学都能掌握。若脱离生物课本，把本节中“性状分离比模拟实验”中的概率问题单独拿出来要求学生计算，学生均能轻松解决，但一旦转换成生物问题，有些学生就不会了。感到棘手的部分是，有关遗传定律的计算，学生在学习时呈现严重的两极分化，一部分学生不用教师教，通过自己做练习就能掌握，另一部分却总是似乎一教就懂但是一做就错。上文所述的困惑与棘手，实际上是同一个问题，学生的困难不是不会算，而是在面对生物问题时，无法联想，不能有效调动已经掌握的数学技能。同时，这部分学生在最开始尝试遗传定律计算时，就因此受挫，产生畏难情绪，自我怀疑，从而在整个遗传定律的学习中，都陷入恶性循环。针对这个难点，在本系列学习中，教师采用的方法是，在真正开始学习遗传定律前，就在第一节微课视频中引入性状分离比模拟实验。在引入时，不涉及性状分离、配子等生物学概念，单纯以数学问题的形式出现，要求学生计算概率，并在此时加入第二组实验，以颜色和材料分别模拟两对相对性状，提前引入基因自由组合定律的计算。学生能轻松解决以上数学计算，可鼓励学生已经掌握了遗传定律计算的基本技巧，给学生学习的信心。再要求学生利用课余时间多想多练，先充分热身，熟练数学计算。在第二节课后再要求学生对接生物学概念，此时可做到游刃有余。

在学生掌握了基本的概率计算并与生物学概念对接后，教师应循序渐进，由简到难，搭建合适的阶梯，引导学生逐个解决本章节有可能遇到的遗传计算问题，并帮助学生尝试解决配子死亡等特殊情况的高阶遗传学计算问题。在日常教学中，由于课堂时间有限，并不能保证每位同学都有足够的时间独立思考。特殊时期的网络微课教学则提供了难得的条件，学生可自己掌握学习节奏。对于遗传定律的计算这一部分内容，若教师能提出恰当的问题，而学生又有充分的时间自主思考和揣摩，则上述“一教就懂，一做就错”的难题可迎刃而解。

四、教学过程

（一）微课视频一：遗传定律的数学基础本环节即性状分离比模拟实验，因在引入时未涉及生物学概念，故此仅称为“抓球实验”。本环节包括四部分：第一部分，已知袋中乒乓球组成，要求学生计算各种情况抓出小球组合概率。如“已知甲乙两袋中均有50个黄球50个白球，问甲袋中抓出黄球的概率是多少？甲乙两袋各抓一球，组合为一黄一白的概率是多少？”等;第二部分，已知结果，反推各种情况袋中球的组成。如“已知多次抓取，抓到两只黄球和一黄一白的概率分别是二分之一，求甲乙两袋中球的组成”等;第三部分，抓球规则的辨析，这一部分应尽量把后续计算中常见的需要辨析的问题都覆盖，如“若甲袋50只白球50只黄球，乙袋变为20只白球20只黄球，抓球结果是否有变化？第一次抓球后再放回，是否影响第二次抓球的概率？若只抓四次球，是否一定出现理论上的概率”等;第四部分，引入第二组实验，初步熟悉基因的自由组合定律，设定问题如“再有丙袋中50只木球50只铁球，丁袋50只木球50只铁球，问从四个口袋各抓一球，组合为一黄一白两铁的概率是多少？”

这一环节微课视频长度仅为12分钟，学生有充分的时间自主思考，教师可在视频中尽量多地以抓球问题模拟后续可能出现的计算问题，绝大多数学生可在这一环节以纯数学的方法轻松解决这些问题，获得比较轻松愉快的学习体验。同时，教师可鼓励学生在课后模仿教师，自己给自己继续出题。通过这一环节，学习能力较强的同学，基本可以提前熟悉并掌握本章节需要的所有计算技巧，学习能力稍弱的同学在后续学习中，也能感到困難大大减少。

（二）微课视频二：孟德尔一对相对性状的杂交实验及基因分离定律的实质。本环节围绕孟德尔的实验过程及推理思路进行，以教师的讲授为主。在介绍孟德尔的实验过程中，教师应以最准确的语言介绍各种遗传学概念;在引导学生揣摩孟德尔的实验思路时，教师应围绕“孟德尔已知遗传因子控制性状，亲代通过精卵结合将遗传因子传给子代”这一基本前提，引入上文重难点分析中提出的问题，层层递进，逐步分析体会孟德尔的思路和基本逻辑。这一部分的学习节奏学生可自行掌握，能独立思考问题最佳，如感到困难，则稍作思考后收看教师的讲解也无妨。无论以何种节奏学习，分析完全部的实验过程后，必须要求学生独立回顾复盘，体会完整的科学探究思路。

本环节微课视频长度为30分钟，实际学习时间约为45分钟。在视频最后，教师应要求学生回顾环节一的抓球实验，将抓球实验中的各要素，与分离定律中涉及的生物学概念和过程对接，从而为第三节课做好准备。

（三）微课视频三：基因的分离定律的计算与应用。本环节微课是微课视频一和微课视频二的有机结合与应用。学生在准确理解遗传学概念和较长时间揣摩练习数学概率计算后，方可开始这一环节的学习。这一环节分成三部分，难度循序渐进。第一部分是常规情况的计算，包括，已知亲本基因型，求配子、子代基因型、表现型及比例;已知子代基因型或表现型比例，反推亲本基因型;已知亲本及子代表现型，推导显隐性关系及基因型;逐代自交计算;逐代自由交配计算。第二部分是特殊情况计算，包括不完全显性计算;受性别影响性状计算;特定基因型子代死亡;配子死亡;血型计算。第三部分是遗传系谱图的初步介绍和分析。

这一环节的微课视频总时长41分钟，在学习时，每一类型的问题都要求学生先自己思考，再继续播放核对思路和答案，因此实际学习时间至少需要90分钟，可切割成第一部分、第二三部分共两节课完成。

五、教学后记

基因的分离定律以及后一章节的基因的自由组合定律是高中生物学知识体系中比较特殊的部分，师生在教与学的过程中，常常感到与其说是在探索生物学，不如说是在操练数学。这一感受虽然真实，但其实错失了科学学习的精髓。遗传定律这一章最珍贵的内涵：一是孟德尔的实验思路及推导逻辑;二是将数学模型与生物学概念对接的学科迁移能力。在抗击新冠肺炎的特殊时期，学生获得了比较充足的自主思考和揣摩的时间，教师也得以使用微课视频这一特殊的形式重新组织教学内容，帮助借助这一难得的机会，深入理解这一章真正珍贵的内涵，提升学科素养。

参考文献;

[1]郑继刚，张红军.“基因的分离定律”新课的教学设计[J].生物学通报，2009，43（12）：20-22.

[2]王岚.基于深度学习的“基因的分离定律”复习课教学设计[J].生物学教学，2019，44（9）：26-27.

作者简介;李幽兰（1987—），女，南京师范大学附属中学，中学一级教师，硕士研究生学历。