染色体变异 教学设计 高一下学期生物人教版必修2

课时教学设计设计者学校年级高一年级课题5.2染色体变异课型新授课☑章/单元复习课□专题复习课□习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□教学内容分析《普通高中生物学课程标准(2017年版)》的重要概念“由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的”，其次位概念“举例说明染色体结构和数目变异都可能导致生物性状的改变甚至是死亡”中包含两个下位概念：染色体结构变异和染色体数目变异，这两个概念又包含染色体易位、染色体组、单倍体等若干个下位概念。“染色体变异”为人教版高中生物学教材(2019版)必修2第5章第2节的内容，主要包括:染色体数目变异与染色体结构变异。这部分内容在该教材中起到承上启下的作用，承接的是教材中遗传基本规律、细胞分裂、DNA的结构与功能、基因突变和基因重组，为下节“人类遗传病”中染色体异常遗传病的学习提供基础和铺垫。根据教学实际，将“染色体数目变异”作为第1课时，“探究实践:低温诱导植物细胞染色体数目变化”和“染色体结构变异”为第2课时。染色体数目变异是本节内容的教学重难点，“染色体组”是本节课的重要概念，是学习其他概念的基础和关键，理解了“染色体组”内涵，才能理解依据染色体数目变异这一原理衍生出的多倍体育种和单倍体育种。学情分析学生在初中已经初步学习过染色体的知识，在高中阶段学习了有丝分裂、植物组织培养、减数分裂、遗传规律、基因在染色体上，以及基因对性状的控制等知识，对染色体组及二倍体、多倍体、单倍体等概念的理解已经处于学生最近发展区，对于三倍体的育性分析、单倍体育种和多倍体育种的原理和操作也有了知识铺垫。学生已从分子水平上认识可遗传变异的基本原理，而细胞增殖知识也为理解染色体变异奠定了细胞学基础。但因缺乏相关生物学事实的支撑，学生理解“染色体变异”相关概念难度较大。高中生已经具备了较强的抽象逻辑思维能力，能够理解染色体组等抽象概念；学生对于生活中的生物学知识较为感兴趣，利用熟知的无籽西瓜、单倍体玉米等材料引领学生理论联系实际；模型构建、小组合作学习等方式能够极大地激发学习兴趣，提高学习效率，培养学生合作探究的能力。学习目标确定1.探寻细胞增殖过程中染色体结构可能发生的变化，阐明染色体结构变异的概念及类型;分析细胞增殖过程中染色体规律性平均分配，阐述染色体组、二倍体、多倍体、单倍体等概念。探讨染色体变异的意义，建立进化与适应的生命观念。2.分析细胞增殖过程中染色体在结构和数目上发生的异常变化，在基于证据的基础上，运用推理、归纳与概括等方法得出染色体变异的相关概念，发展科学思维能力。3.通过观察、资料分析、模型建构等形式，探索细胞增殖过程中染色体异常变化的原因及类型，提高科学探究能力。4.运用染色体变异的概念，解释染色体变异技术在生产中的应用，提高解决生产问题的能力，树立社会责任。学习重难点学习重点：染色体数目变异学习难点：染色体数目变异任务实施过程学习任务教师活动学生活动教学意图【驱动任务一】运用模型演绎推理，建构“染色体结构变异”概念回顾基因突变与基因重组的知识，问题1:同源染色体上非姐妹染色单体为何会出现交叉互换?引导学生利用一对同源染色体的模型，尝试用合适的方法将染色单体进行部分交换。问题2：姐妹染色单体之间发生交叉互换需要满足什么条件?问题3：如果不满足这些条件，将会发生什么变化?资料1:遗传学家在1917年发现染色体某一片段丢失导致所携带的基因丢失，1919年发现染色体上增加相同的某个片段的重复，1923年发现染色体某一片段重接到另一条非同源染色体上，1926年发现染色体在两个点发生断裂后产生3个片段，中间的区段发生180°的倒置，与另外两个区段重新拼接而引起变异。因此，遗传学家认为，染色体在内因和外因的共同作用下，可能发生断裂，断裂端具有愈合与重接的能力。面对模型，学生很快想到将染色单体部分剪断，然后交换后连接。启发、集体分析讨论，得出:染色单体在相同部位同时发生断裂，断裂部分交换后原位重接。学生再次运用模型进行分析、推理、演绎，得出多种可能性:①断裂一条染色体，会出现丢失、自身颠倒连接、连接到其他染色体等;②断裂两条染色体，出现丢失、重复连接、互换连接等。学生阅读材料1及教材相关内容后，概括得出:染色体可能发生断裂，进而出现丢失或多种错误连接，即发生染色体结构变异，主要包括缺失、重复、倒位、易位四种类型。以染色单体的交叉互换为切入点，通过模型构建的方式，分析得出染色单体交叉互换的机理，再推理演绎出染色体结构可能发生的变化，由此建构染色体结构变异的概念。【驱动任务2】分析生物学事实，探索染色体结构变异的意义问题1：染色体结构变异对遗传机制的影响?资料2:染色体结构变异引起的性状改变案例，包括:①缺失———如人第5号染色体部分缺失，引起遗传病称为猫叫综合征;②重复———表现出遗传学效应，如果蝇的棒眼，重复基因越多，棒眼表现的越明显;③倒位———如女性的9号染色体某一片段倒位，会引起女性习惯性流产;④易位———如人的第14号染色体与第22号染色体间发生易位，会引起慢性白血病。问题2：大多有害，是否存在对生物有利的染色体结构变异?出示人染色体组型，引导学生观察常染色体与性染色体的形态特点。问题3:请推测X染色体和Y染色体为什么存在非同源区?资料3:瑞士和澳大利亚学者共同研究发现，大约1．8亿年前，“性别基因”首次在哺乳动物体内出现。人类X和Y染色体是一对很奇特的染色体，它们是由一对古老的、共同的常染色体演变来的。X染色体保留了其中的大部分原始基因，但Y染色体却经过了倒位、缺失等变化，丢失了大部分基因，导致Y染色体很小，大约只有X染色体的三分之一。性别分化是人类进化历程中的重要的事件。学生分析得出:使染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，但不知对性状的影响。染色体结构变异大多对生物体有害。学生感到迷茫，无法回答。属于同源染色体的常染色体在形态上基本相同，而决定人类性别的性染色体X染色体和Y染色体形态不相同，X染色体大、Y染色体小，两者有同源区段和非同源区段。X、Y染色体形态早期可能是相同的，以后发生了缺失或者易位等变化。学生总结出:染色体结构变异可以产生新的表现型，能为生物进化提供原材料。分析生物学事实和科学史料，探索染色体结构变异在生物进化中的作用，引导学生树立“进化与适应观”。【驱动任务3】以性染色体为突破口，探究“非整倍性变异”的机理问题1：除染色体结构变异外，还可能发生哪些异常变化?原因是什么?以性染色体异常为例，呈现资料4:分析性染色体出现异常的原因。总结:常染色体也可能出现异常，如21三体综合征等。像这类细胞内个别染色体的增加或减少，称为染色体的非整倍性变异。染色体数目会发生异常变化。但无法正确描述变化的原因及结果。根据资料从减数分裂形成配子的过程入手，分析得出:在减数第一、二次分裂后期，都可能出现性染色体不平均分配，导致出现异常精子类型有22+XY、22+XX、22+YY、22+0;异常卵细胞类型有22+XX、22+0。引导学生把握细胞增殖过程中，染色体的平均分配是维持前后代体细胞染色体数目恒定的核心，也是保持遗传信息稳定性的关键。如果发生异常分配，则可能产生变异，从而为学习染色体的整倍性变异奠定基础。【驱动任务4】解析果蝇配子染色体组成，模型建构染色体组概念问题1：除非整倍性变异，请说明染色体数目是否有其他类型变异?问题2:普通西瓜染色体条数是22条，无籽西瓜染色体条数是33条，增加的11条染色体不是体细胞染色体数的整数倍，为什么?教师要求:分析果蝇配子染色体组成特点。问题3：这样一组染色体有什么遗传学意义?请分析资料5:蜜蜂种群包括蜂王、雄蜂、工蜂，蜂王、工蜂都是由受精卵发育成的雌性个体，蜂王具有生殖能力，工蜂无生殖能力。而雄蜂是雄性个体，是蜂王产生的卵细胞不经受精作用直接孵化为雄性个体(图略)。以体细胞中原有的染色体数为基数，出现以2、4、8倍数的整数倍变异。学生猜测:减数分裂中染色体全部移向细胞一极而形成具有22条染色体的配子，并与正常配子结合的结果。由每对同源染色体中一条染色体组成的，大小、形态各不相同的一组非同源染色体，数量是体细胞的一半。学生由资料5得出结论:配子中染色体能够控制、表达蜜蜂的全部性状。教师引导学生概括得出染色体组的概念，进而建立染色体整倍性变异的概念:以染色体组为单位成倍的增加或减少。分析果蝇配子的染色体组成，说明染色体组中染色体的特征;分析雄蜂的特征，说明配子中的全部染色体可以控制并表达该物种的性状，从而建立染色体组的概念。【驱动任务5】基于染色体组概念，建构多倍体概念教师讲解多倍体形成机理:①以四倍体为例，说明低温或者秋水仙素导致染色体数目加倍的原理;②阐述三倍体西瓜的培育，说明多倍体在农业生产中的价值;③阐释普通小麦的起源，引导学生认识多倍体在进化中的意义。运用减数分裂的知识，建立二倍体的概念。再以二倍体概念为基础，推理得出多倍体概念，树立整倍性变异的概念。通过认识多倍体形成的机理，使学生深刻理解染色体数目整倍性变异，进而认识染色体数目变异可产生新物种及其在实践上的价值，促进学生建立生物进化的观念。【驱动任务6】分析雄蜂的形成，建立单倍体概念问题1：对比多倍体的概念，如何命名雄蜂呢?问题2:如果普通小麦的配子直接发育成新个体，属于几倍体?对此，教师说明:在有性生殖中，由配子没有经过受精作用而直接发育成新个体的，体细胞中染色体组数与配子相同，称为单倍体。“单”不代表具体的染色体组数目，只表示与配子染色体组数目相同、是体细胞染色体组数一半。最终，教师讲解单倍体育种的方法及价值，总结染色体变异在理论和实践中的意义。一倍体多数学生认为是三倍体，也有学生表达为“单倍体”。以概念同化的方式，突突破单倍体概念的难点，使学生明确“单”的含义，从而深刻理解单倍体概念的内涵。板书设计一.染色体数目的变异个别变异整组变异1.染色体组2.二倍体和多倍体的概念及多倍体的形成原因及特点3．单倍体的概念及特点。二．染色体结构的变异1.染色体缺失某一片断2.染色体增加某一片断3.染色体某一片段位置颠倒180。4.染色体的某一片断移接到另一条非同源染色体上教学反思与改进