崔荣荣

(江苏省常州市田家炳高级中学 213001)

1 教材分析

“基因在染色体上”是人教版高中生物学教材《遗传与进化》第一章第二节的内容，包括“萨顿的假说”和“基因位于染色体上的实验证据”两部分。学生通过第一章的学习，已经了解孟德尔的两大遗传规律的发现过程，认识遗传因子(基因)在遗传中起着关键性的作用；通过第二章第一节“减数分裂的过程”的学习，又进一步认识到染色体在遗传中也起着重要作用。但是，学生对于基因到底是什么，基因与染色体存在怎样的联系是不清楚的。本节内容正是这两者的桥梁，可从萨顿的假说到摩尔根的实验证据为两者找到结合点，即“基因在染色体上”。本节的教学重、难点是基因在染色体上的实验证据，即基因在染色体上的科学史教学。科学史教学不仅仅是对科学历史事实的简单回顾，而是应该利用科学史的经典实验以及相关材料引导学生自主探究。笔者尝试应用生物科学史，以假说演绎法为主线，通过黑箱建模的方法进行本节的教学，以发挥学生学习的主动性，加深理解其中的生物学知识和原理，培养学生分析和解决问题的能力。

2 教学目标

2.1 知识目标 说出基因位于染色体上的理论假说和实验证据。

2.2 能力目标 利用“黑箱法”进行探究，提高对问题的分析判断能力以及联想和创造能力。

2.3 情感态度与价值观目标 体验合作学习的快乐和成功解决问题的满足感；认同科学研究需要丰富的想象力，大胆质疑和严谨求实的精神。

3 教学过程

课前准备：学生采集果蝇，采集时气温最好在18℃～28℃之间，以酵母菌为主食，或用葡萄皮、香蕉皮和苹果皮等进行收集(葡萄皮效果最佳)。收集器皿为锥形瓶、广口瓶、矿泉水瓶等。待果蝇飞入收集瓶中时用棉塞塞住瓶口。若收集瓶中有雌果蝇(大多为非处女蝇)，放置7～10 d后便可观察到果蝇完整的发育过程。通过这样的过程，学生不仅能够认可果蝇作为遗传学研究的实验材料所具备的优点，而且还能激发内在的学习兴趣。

3.1 建立黑箱 以教材的“问题探讨”导入，让学生尝试将孟德尔分离定律中的“遗传因子”改成“同源染色体”后念一遍。设问：是否感觉这个替换有问题？[染色体的行为变化和遗传因子(基因)存在一致性]再让学生思考:人只有23对染色体，却有几万个基因，基因和染色体之间可能存在怎样的对应关系？(基因可能在染色体上)从而建立黑箱 “基因是否在染色体上”。

3.2 分析输出信息，发现问题，大胆推测，建构第二次输入信息 展示摩尔根的杂交实验(图1)，提问：你从这个实验中有哪些推测，又有哪些疑惑？学生根据F2中红眼与白眼的比值为3:1，推断出眼色基因的遗传符合孟德尔的分离定律，并且红眼为显性，白眼为隐性，同时提出疑问“为什么白眼果蝇都为雄性？”让学生根据自己的知识储备，提出相应的推测(学生推测果蝇的眼色基因可能在性染色体上)，教师展示果蝇染色体组成，并说明X染色体和Y染色体为特殊的同源染色体，在结构上存在相似的结构，也有各自特有的结构，引导学生进一步将眼色基因在性染色体的位置具体化，尝试提出假说。绝大部分学生能够提出如下2种假说：①控制眼色的基因在Y染色体上，而X染色体上没有对应的等位基因；②控制眼色的基因在X、Y染色体上。学生对第一种假说最容易想到，对以下第三种假说“控制眼色的基因只在X染色体上，而Y染色体上没有对应的等位基因”则凭直觉将其排除。

在此过程中杂交实验相当于输入信息，实验结果相当于输出信息，学生对输出信息进行深入思考、分析以及大胆推测，最终做出假说，这是学生主动建构黑箱的二次输入信息的过程。

图1 果蝇杂交实验图解

3.3 再次输入信息，分析输出信息，构建第三次输入信息 基于第一章孟德尔假说演绎的过程，学生认识到所提出的假说，首先要能够解释已经做过的实验(即图1的杂交实验)。教师对学生进行分组，分别对3种假说以遗传图解的形式进行分析，分析结果如图2、3、4所示：

图2 假说1的遗传图解

图3 假说2的遗传图解

图4 假说3的遗传图解

从分析结果看，第一种假说“控制眼色的基因只在Y染色体上”被否定，而这一假说是之前学生凭直觉提出的最多的一种假说；第三种假说竟然满足杂交试验的结果。这一输出信息对学生的认知形成强烈的冲击，好奇心和探究欲望大增。在此，教师提醒学生在提出假说时必须以事实为依据，不能凭主观臆断。

教师引导学生回顾：孟德尔在发现遗传规律过程中，提出的假说除了要满足事实依据(已经做过的实验)外，还要能预测未曾做的实验，一般用什么实验来检验假说呢？(学生顺其自然地想到测交，从而第三次输入信息确定)

3.4 输入第三次信息，分析构建第四次输入信息 教师引导同桌2人为一组，分工合作分别完成第二种和第三种假说的演绎推理，并分析实验结果(图5、6)。

图5 假说2的测父遗传图解

图6 假说3的测交遗传图解

从输出信息看出，第二种假说和第三种假说若用测交，子代的表现型及其比例完全相同，这样的结果再次出乎学生的意料。如何才能检验哪种假说是正确的呢？教师引导学生思考分析，重新设计杂交实验使这两种假说的实验结果在子代表现型上出现差异，从而确定假说的正确性。这个过程难度大，学生无从入手，需要教师梳理分析，做好铺垫。

教师引导：根据前面的实验，已经得到的雌果蝇：野生型红眼雌果蝇(XWXW)，红眼雌果蝇杂合子(XWXw)，白眼雌果蝇(XwXw)；已经得到的雄果蝇：红眼果蝇(XWY/XWY-)，白眼雄果蝇(XwY/XwYw)。用这些果蝇已经做过的杂交实验有：野生型红眼果蝇与白眼雄果蝇杂交；杂合的雌果蝇与红眼雄果蝇杂交；杂合的雌果蝇与白眼雄果蝇杂交。对以上这3个实验，假说2和假说3都满足实验结果。那么还未做的杂交组合就剩：野生型红眼雌果蝇和红眼雄果蝇；白眼雌果蝇和白眼雄果蝇；白眼雌果蝇和红眼雄果蝇。通过这样的梳理，难度显著降低，很快确定使用第三种杂交组合：白眼雌果蝇和红眼雄果蝇。但是假说2中之前实验中得到的红眼雄果蝇有两种类型，即野生型XWYW和杂合子XWYw，应该用哪种类型的红眼雄果蝇呢？由学生画出遗传图解进行分析(图7)，很显然，用白眼雌果蝇与野生型红眼雄果蝇进行杂交可以达到检验假说的目的，从而确定第四次输入信息。

图7 白眼雌果蝇与红眼雄果蝇遗传图解

3.5 验证假说，得出结论 展示摩尔根测交实验的结果：红眼♀129只，红眼♂132只，白眼♀88只，红眼♂86只，以及白眼雌果蝇和野生型红眼雄果蝇的杂交实验，子代出现白眼雄果蝇，从而说明假说3是正确的，即控制果蝇眼色的基因只存在于X染色体上，Y染色体上不存在其等位基因。也就说明基因在染色体上。

4 教学反思

黑箱方法是指在不打开黑箱的前提下,通过控制输入和输出信息来了解黑箱的功能和特性，探索其结构和机理的一种科学方法。本节内容从萨顿的假说到摩尔根的实验证据，实际上是科学家探索发现“基因在染色体上”的科学发展史过程。在教学中将科学史转化成学生主动探究发现的过程，以假说演绎法“分析实验—提出问题—作出假说—演绎推理—实验验证—得出结论”为主线，用黑箱建模的教学方法，通过分析输出信息，四次构建黑箱的输入信息，不断地检验、修改、再检验的循环过程，最终得出结论。

在探究的过程中，不仅能够让学生体验科学探究的过程，而且能够培养学生分析问题、解决问题的能力，以及敢于质疑，勇于创新，严谨求实的科学态度和科学精神。