孟德尔的豌豆杂交实验（一）教案-高一下学期生物人教版必修2

教案第一章遗传因子的发现第一节孟德尔的豌豆杂交实验（第一课时）教材分析本节内容是2019人教版高中生物必修二第一节的内容。本节内容由“一对相对性状的杂交实验”，“对分离现象的解释”，“性状分离比的模拟实验”，“对分离现象的解释的验证”和总结“分离定律”五部分内容构成，内容比较多分为两节课来讲。这节课主要讲本节的教学内容是以孟德尔发现遗传因子的实验过程为主线，突出科学史和科学研究方法的教育。教材中以问题为线索，引导学生思考、分析孟德尔遗传实验的科学方法，达到阐明分离定律，最终能够运用分离定律解释一些遗传现象的教学目标。教材用科学方法教育统领了教学全过程，学生在分析实验的过程中，体验“假说—演绎法”这一科学研究的过程，体验孟德尔敢于质疑、敢于创新、勇于实践以及严谨、求实的科学态度和科学精神，为后面学习自由组合定律、摩尔根的果蝇杂交实验和DNA复制过程等打下基础。学情分析学生在初中已经接触了一些相关概念，知道了遗传、变异、性状、相对性状、基因等基本概念，通过本节内容的学习还将继续深化学生对这些概念的理解。学习本节内容之后，学生可以利用分离定律解释生活中相关的遗传学现象。教法学法教法：演示法、讲授法、问题驱动教学法本节课的内容偏向于抽象，更重要的孟德尔分离定律的探究过程，所以对于本节课抽象的内容，根据教材设计了小桶去求的实验，使学生更加直观的感受到遗传因子在交配是的分离，加深对分离定律的理解。对于孟德尔分离定律的发现，通过问题串的方法使学生置身于孟德尔的立场中，自主思考和讨论伴随着一个个问题的解决，跟随着孟德尔的思路，一步步对基因分离做出假设，有助于培养学生的科学探究精神。学法：合作探究本节课的知识偏难，需要思考的问题很多，仅仅靠学生的独立思考不能解决的重点，所以可以分为小组合作探究解决问题，可以加强学生们之间的交流，培养学生的语言表达能力和合作能力，加快问题的解决，提高课堂学习效率。教学目标1.能够描述孟德尔一对相对性状杂交实验的过程并总结分离定律的内容。（生命观念、科学思维）2.能动手操作性状分离比的模拟实验，说出模拟实验的原理。（科学思维，科学探究）3.对孟德尔一对相对性状的杂交实验过程进行归纳总结，概括出假说—演绎法的基本内容，体会孟德尔的创新思维。（科学思维、科学探究）4.运用分离定律解释或预测生活中相关的遗传现象。（科学思维、社会责任） 教学重难点1、重点：（1）对分离现象的解释，阐明分离定律。（2）假说—演绎法（3）人工异花传粉的过程2、难点：（1）对分离现象的解释。（2）假说—演绎法。板书教学过程组织教学同学们好！我们现在来开始上课！请坐！导入新课同学们，我们今天开始学习第二个模块《遗传与进化》的内容。我们今天首先来看第一章第一节一个豌豆杂交实验孟德尔的豌豆杂交实验。一说到遗传，在19世纪的中后期流行着这样一个观点，叫融合遗传。但是人们对这个融合遗传是非常确信的，那么融合遗传是怎么一回事呢？就是说控制双亲性状的遗传物质在子代当中会表现出结语亲本的一种形状。比如说，一个红花和一个百花杂交，按照融合遗传的观点，它就应该是粉色的花。那么对于这个观点你是否赞同呢？你的证据有哪些？我们哪位同学想表达一下这个观点？学生：“不同意，比如说单眼皮的人和双眼皮的后代不一定是一单一双，或者是一个黑人和白人，他们的后代皮肤可能是黑色或者白色，所以我不赞同”（可能有别的例子）教师：好，请坐！那么其他同学对他的观点是支持还是反对呢?同学：支持，没有反对的教师：我本人也是不支持这个观点的。那么双亲的遗传物质在向子代传递的过程当中，它遵循一个什么样的规律呢？这就是我们今天要研究的问题。教师板书（孟德尔的豌豆杂交实验）讲授新课内容一：豌豆作为遗传实验材料的优点教师：说到遗传，我们必须要来谈谈孟德尔这个人，我们来看一段视频了解一下这个人。（看视频）好的，视频看完了，我觉得大家肯定会被孟德尔这八年的这种努力、持之以恒的精神所感动，当然他在科学探究的过程中，对实验材料的这种正确的选择也促使了他的成功。那么我们接下来就由一个问题：为什么用豌豆做杂交实验更容易成功呢？豌豆作为遗传学材料有哪些优点呢？（让学生观看有关孟德尔的短片，可以帮助学生拉近与遗传规律发现过程的距离，引起学生学习兴趣，使其带着“为什么自己身上有些地方长得很像父母，但又不是完全一样的”“遗传的本质到底是什么”等疑问与老师一起扮演孟德尔，重走孟德尔当年的科学探究路。）学生：豌豆是两性花，而且是自花传粉。自花传粉避免了外来花粉的干扰，所以豌豆的自然状态下一般是纯种。这种方式使得实验的结果更加可靠，而且容易分析。第二点是豌豆的植株有易于区分的性状，所以可以很容易的观察和分析实验结果。（教材上有，很容易回答出来）教师板书（豌豆做材料优点：1.自花传粉2.有易于区分的性状）教师：好，请坐。主要呢就这两点，第一点它是自花传粉，更重要的是它是闭花授粉。它的花在没有开放之前就已经完成了授粉的过程，正如刚才那位同学所说的那样，自然状态下这个豌豆就只能自交，所以它是纯种。刚刚那位同学还提到了易于区分的性状，那大家有没有发现性状都是一对一对的，叫相对性状。教师：我们来看看这个豌豆的花，它是一种两性花，什么是两性花呢？在一对花里面既有雌蕊也有雄蕊。这也就是说在自然状态下它是闭着花的，没开放之前，它的雄蕊上产生的花粉就可以落到自己的雌蕊的柱头上，完成这个传粉受精的过程。不会受外来花粉的干扰，这就是说它在自然状态下只能进行一种交配方式，叫什么？学生：自交。老师：对，所以说都是纯的。这是两性花。那么有其他花吗？你比如说这个，这个是玉米，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，这就叫单性花。玉米传粉的方式就是雄蕊产生的花粉落在雌蕊的柱头上，这也可以称为一种自交。老师：那什么叫相对性状？我请一位同学来说说什么是相对性状？相对性状需要强调什么？学生：读一下相对性状的概念。老师：好，请坐。这位同学给大家强调：同一种生物和不同的表现类型。我们来举个例子，比如说单眼皮和双眼皮或者豌豆的高茎和矮茎。老师：好，通过前面的分析，大家已经知道了豌豆在自然状态下只能够进行自交，那我们要拿它做杂交实验，应该怎样操作？请阅读课本相关内容，做一个概括总结。学生：看课本，阅读相关内容。老师：好，哪位同学准备好了？学生：先把母本去雄，在把它套上袋子，给它人工授粉之后在套上袋子隔离。老师：（一边听学生回答一边写过程）这位同学说的非常好，还有没有哪位同学要补充的？好，我看大家都没意见。那我们一起看一些这个杂交的过程，想一下为什么要这样做。首先是去雄，豌豆花是两性花，它是要做母本，所以先去雄，也就是把带有花粉的全部减掉了。那为什么要去除未成熟花粉的全部雄蕊，为什么是未成熟花？因为你等它成熟后都已经授粉完成了，所以目的就是为例防止自花传粉。我们还要给母本套一个袋子，这是为什么呀?因为咱这个母本还是一个可以授粉的状态，万一飘过来一个别的什么花粉给它授粉，实验不就白做了。然后我们就可以给它人工授粉了。等母本的雌蕊快成熟的时候，我们就采集另一个植株的花粉，用小刷子蘸上去，然后去蹭到母本的雌蕊柱头上就可以了。然后我们还得在套上袋子，有的同学会想，我不是已经传过粉了吗？为什么还要套袋？这就需要注意一点，这个传粉和受精不是一回事，从传粉到受精，这需要一定的时间。所以这个时间段有其他花粉过来，它也会干扰杂交的结果，所以需要套袋两次，套袋的作用会一样的。（教师一步步的分析，讲解每一步的的原理和注意事项，最后在通过视频是学生更加直观的学习人工异花传粉的过程，使学生能基于特定的生物学事实，理解生物学概念。突破重点）内容二：一对相对性状的杂交实验老师：好，那豌豆常见的相对性状有七对，这是我们课本上也是孟德尔的原始论文当中提到的七对相对性状都非常的容易区分，特别是豌豆的高茎和矮茎，你看差别很大，所以孟德尔首先就选择了这一对。那为了便于分析，先研究一对从少到多，他选择了高茎和矮茎进行杂交，他做了这样一个实验。他将一个高茎做母本，矮茎做父本，发现子一代都是高茎。那么高茎是由母本决定的吗？是不是因为母本是高茎，这个子代才是高茎呢？能不能设计一个实验来探究这个问题到底是不是母本决定的？请一位同学来回答。学生：可以让矮茎做母本，高茎做父本。看子代还是不是高茎？老师：好，请坐。也就是说把这俩调换过来，孟德尔也这样做了发现第一代还是高茎。如果把一个实验叫做正交，那么第二个实验就叫反交。如果我把第一个实验叫做反交，那么第二个实验就叫正交。那么现在结果是一样的，孟德尔也很好奇，矮茎跑哪里去了？所以呢，孟德尔就让这个第一代自交，发现矮茎出现了，这也就说明第一代中矮茎没有消失，它只是隐藏起来了，没有表现出来。那么像这样的性状我们统称为隐性性状，隐性性状就是一对相对性状的亲本杂交，自己带没有表现出来的那个。那与它相对的那个性状是什么呢？那个就叫显性性状。在子一代自交之后，在后代中同时出现了隐性性状和显性性状这个现象就叫性状分离。把显性性状和隐性性状合在一块，就可以称之为相对性状。（让学生们根据生物现象理解显性性状和隐性性状的概念）老师：刚刚我们了解孟德尔的时候知道，孟德尔不仅仅擅长自由科学，数学也很擅长，尤其是在统计学方面。所以他跟前人不一样的地方就在于他不光是停在观察或者描述事实，而是用数学的方法去统计了。他发现这个子二代当中的显隐性状的比例是多少？是3:1。那么这个3:1是不是偶然的呢？学生：不是偶然的。我们刚刚列举了豌豆的七对相对性状，孟德尔全都做了一边，这是他所做的数据，大家可以看看，发现了什么？学生：显性和隐性的比值都接近3:1（教师通过讲解孟德尔利用数学统计发现子二代的分离比接近3:1，引导学生理解孟德尔的整个研究过程实质上是利用了频率的稳定性，建立数学模型，揭示统计结果背后的遗传规律，让学生明白数学函数可以预测现象、揭示规律，感受数学与生物学科的相互融合、相互促进的过程。）教师板书（观察现象，发现问题）内容三：对分离现象的解释老师：对，这就说明绝对不是一个偶然，肯定是有规律的，那么我们接下来就沿着孟德尔的足迹，对这样一个问题做一个解释。孟德尔大胆的抛弃了融合遗传这种观点，提出了自己的见解，他说控制生物性状的遗传物质，起名为遗传因子，而且描述为这种遗传因子它是一种颗粒是的，是不相融合的，并且规定控制显性性状的遗传因子叫显性遗传因子，控制隐性性状的遗传因子叫隐性遗传因子，用小写字母，显性的用大写字母。比如说D代表高茎，d代表矮茎。老师：（问题一）好那我们跟着这个思路往下走，既然第二代有显性也有隐性，那么子一代应该既有D也有d，至少得有一对，就是Dd。那我们就从这种最简单的祝贺来看，一个个体它的体细胞中有两个遗传因子来考虑的话，那第三代的矮茎就是dd。那亲代的基因型呢？亲代的基因型就是DD和dd。这就说明高茎有两种基因型DD和Dd。所以说第二代的高茎应该有两种基因型，那么怎么确定高茎是DD还是Dd呢？学生：可以让高茎自交。如果后代有高茎也有矮茎那就是Dd,如果后代都是高茎，那么就是DD。老师：（问题二）很好，孟德尔也正是用了这样的方法，让第二代当中的高茎进行自交，他发现这里面有1/3的高茎自交之后都是高的，说明高茎里有1/3的DD，有2/3的高茎自交之后有高茎有矮茎，说明高茎里有2/3的Dd。所以说第二代当中的三种遗传因子的比例应该是1:2:1。那我们接着来思考一个问题，这个第二代为什么会出现1:2:1的这样一个比例呢？这里我们要思考一个问题，生殖的问题。大家想，从第一代到第二代，第一代是不是要产生生殖细胞，生殖细胞也可以成为配子。那么既然第二代当中除了D，还有d，那么这个第一代在产生配子的时候，两个遗传因子D、d会一同进入到一个配子里面吗？会不会？学生：不会老师：（问题三）为什么不会呢？如果它不分开的话，它产生的配子里面D、d都有的花，那么这样在配子结合的时候形成的后代是什么样的？学生：全部都是高茎，不会有矮茎的出现。教师：非常好，所以这一对遗传因子一定要分开，不能在一起了，应该是进入到不同的配子里面，所有的配子里面既有D、d，这样的花雌配子跟雄配子一结合是不是Dd都在一起了，表现出什么？只要D、d在一起，有D就表现出高茎，那是不是不会出现矮茎了？学生：对！老师：（问题四）那我们来思考最后一个问题，如果第一代能产生两种配子，有D也有d，那我问问大家，这些配子如何进行组合才能出现1：2：1呢？想一下，这些配子在结合的时候有哪些方式呢？怎么结合DD、Dd和dd都能出现？学生：思考。（可能思考不出来，教师适当给出提示，可以给出遗传因子分配的图帮助学生理解）（教师通过问题串的方式，以孟德尔的思维逐步引导学生思考，最后总结出孟德尔的假说，突破教学重点。）老师：基于以上的分析。我想跟大家一块总结一下。我们如果要能解释这个3:1的话，大家注意，最起码我们应该基于这样几点（板书）（1、控制性状的是遗传因子；2、遗传因子在体细胞中是成对存在的3、产生配子时要成对的遗传因子彼此分离4、雌雄配子要随机的结合。）教师板书（解释现象，提出假说）这样的结论也是沿着孟德尔的这个思路去分析的，孟德尔四点假说的提出，我们刚才是重演了他的思维的过程，基于这样几点，他提出了自己的这种假设。孟德尔的伟大之处在于他提出的这几条假说都是超越了他所处的时代的这种认知，当时没有配子形成过程的这种认识的，他完全就是在根据自己的这种想象出来的。（孟德尔对分离现象的解释虽然在逻辑上环环相扣、十分严谨，但最终还是要用科学实验加以验证才能得出正确结论，教师通过介绍这一探究过程，让学生感受在实践中寻求真理的科学探究精神。通过介绍孟德尔大胆假设、推陈出新的科学研究历程，鼓励学生永远都要有大胆创新、勇于探究的精神。）内容四：探究·实践性状分离比的模拟实验老师：那么我们现在一起来看一个实验，来了解一下遗传因子是怎样分离的，配子之间又是怎样结合的。教师板书（模拟实验，体验假说）现在有两个桶，一个桶代表雌生殖器，一个桶是雄生殖器，对于人来讲就应该是卵巢和睾丸，这个实验是模仿模仿孟德尔实验的，所以就是植物的生殖器。甲乙两个小桶里的小球，一桶是D和d，一桶也是D和d，那么这些彩球就代表了孟德尔所假设的遗传因子，具体来说就是雌雄配子。那么我们从雌生殖器官里面拿一个配子，雄生殖器官里面哪一个配子，然后雌雄配子一结合，也就是甲桶小球和乙桶的小球一结合，就代表了咱们有性生殖的受精过程，也就是雌雄配子之间是这个随机集合的。我们先来看一下视频。老师：好了，视频看完了，我们来看一下，首先第一步，小桶得编号，第二步装彩球，装彩球的时候要注意了，D的数量和d的数量一定要是相等的。第三步，混合彩球是一定要摇匀，不然上半桶都是D，下半桶都是d，这样的话，这样拿的时候肯定是不具有随机性，所以说随机取球要不就闭上眼，要不就要背过身去。还有要注意的是，拿了一个一定要放回去，如果不放回去，桶里的D和d的比例就不对了，所以一定要放回去。那我们来现场模拟一下这个性状分离比的模拟实验。（教师拿出提前准备好的教具）现在请每个学生来讲台上分别从两个小桶里那一个小球，看看组成的基因型是什么，记录在旁边的记录表上。学生：一个一个的上来拿小球组合。老师：这个重复实验呢，你重复的次数越多，那么你最后得到的这个比例也就和孟德尔那个应该是越接近的对不对，那我们来看一下这个实验记录表。如果你次数够多的话，每个桶拿出来的D和d都是1:1，那么DD：Dd：dd应该是约等于1：2：1。那我们看一下我们的结果是不是1：2：1呢？（教师和学生一起统计实验结果，结果差不多符合1:2:1）老师：做完了这个实验之后，在来看孟德尔的假设，图就非常清晰了，我们一起来看一下第五页下面这两个图。学生：翻书看图。老师：第二代的高茎和矮茎要满足3:1，需要满足几个条件：1、第一代的个体形成的配子数目相等2、配子不致死3、不同的基因型的存活率也要是相同的，比如说DD不能活，那么高茎和矮茎就是2:1。4、完全显性。什么叫完全显性？也就是说D对d起到完全遮盖的作用。（通过对实验的讲解和开展“性状分离比的模拟”实验，可以很好地提高学生的科学探究能力。）内容五：对分离现象解释的验证老师：好，那对于孟德尔分离现象的解释就介绍到这，但是呢，这仍然是一种假说，所以说我们要去设计一个实验来对这个假说进行一个验证。教师板书（演绎推理，验证假说）那是一个怎么样的实验呢？孟德尔很巧妙地设计了一个测交实验，如果说设计的实验，预期的结果和最终的实际结果实相符的，那就说明前面的假说是正确的。那么这么去测交的呢？拿子一代的Dd和dd进行测交实验，为什么要让他们做测交呢？因为dd它只能提供一个d基因，不会影响到第一代当中的任何一个基因，他不会遮盖任何一个基因。好，那同学们在纸上画一下Dd和dd的杂交，看一下结果是什么？学生：结果高茎和矮茎的比是1：1。（学生根据刚刚学习到的遗传因子的分离规律，自己动手绘制测交实验遗传图解，能够加深对分离现象的理解，培养科学探究能力，突破难点）老师：那么结果是不是1:1呢？孟德尔也做了这个实验，在第7页的第三段，在166株后代当中，有87株是高茎，79株是矮茎，是约等于1:1的，也就是说最后的实验验证和所做的纸上谈兵的演绎推理是一致的，验证了前面的假设。老师：那么在这儿大家要注意，这里用了一个非常重要的科学方法，在第7页的下面，家假说演绎法。我们一起来回顾一下他发现总结分离定律的过程