2009年第44卷第2期生物学通报29
“基因自由组合定律”的教学设计
赵晓刚
中国图书分类号：G633.91
（北京市第四中学
北京
100034）
文献标识码：C
“提高生物科学素养”是高中生物学课程的核心理念之一。在生物学教学过程中,学生获得生物科学和技术的基本知识,学会科学探究的方法，培养分析和解决问题的能力，形成科学态度和科学价值观等，是高中生物学课程的重要任务。在高中生物学的学习内容中，孟德尔定律是培养学生科学素养的有力素材,尤其是基因的自由组合定律的教学活动，对培养学生的探究意识和创新精神，以及接受科学方法的训练有着重要作用。为了达到预期教学目标,笔者对基因的自由组合定律的教学设计如下。
1.2学习内容分析该单元的学习内容包括：2
对相对性状的遗传试验、对自由组合现象的解释、对自由组合现象解释的验证、自由组合定律及实质、自由组合定律的应用、孟德尔获得成功的原因等6个单元知识点。前5个知识点是一个整体，用知识结构图（图2）归纳如下：
1课程教学设计
在现行高中生物学课本中，基因的自由组合
定律是“遗传的基本规律”一节的第2学习单元，单元教学设计通常包括课程教学设计和课堂教学设计2个部分（如图1），该学习单元的课程教学设计大体如下：
图2
自由组合定律知识结构图
1.3学情分析在植物细胞渗透吸水原理、酶及
作用特性、植物激素调节等单元教学中，学生已经多次接受科学方法的训练，通过基因分离规律的学习活动，学生不仅初步掌握了基因分离规律等基础知识，也领略了孟德尔的科学思维方式，初步体验到有关知识形成的过程。因此，他们对进一步探讨基因的自由组合定律，不仅具有浓厚的学习兴趣，而且具备相应的探究学习的水平。但是，由于教学内容、教学计划等条件的限制，学生对比较抽象的
图1
单元教学设计程序的图解
理性知识尚没有得到自主探究学习的机会，尤其是不甚了解自主探究学习与引导探究学习的区别和联系，因而鼓励学生自主探究学习基因的自由组合定律，有助于他们进一步增强生物科学素养。
1.1学习需要分析基因的自由组合定律是孟
德尔定律之一。通过基因的分离定律的教学活动，学生初步了解植物遗传研究的基本程序和方法，初步理解控制1对性状的等位基因的遗传行为，初步接受演绎推理等科学思维方式的训练，初步感悟到孟德尔的科学态度和创新精神。基因的自由组合定律与分离定律是一个整体，自由组合定律的教学活动，不仅能使学生习得有关孟德尔定律的基本内容，而且有利于他们全面分析孟德尔取得成功的原因，从而进一步增强生物科学素养。
1.41.4.1
学习目标表述知识目标
1）说出孟德尔的2对相对性状遗传试验的过
程及结果，描述不同性状自由组合的遗传现象。
2）尝试运用孟德尔提出的“基因控制性状遗
传”的假说，对不同性状自由组合的遗传现象作出解释，用测交法对位于非同源染色体上的非等位
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基因之间的遗传关系加以论证并得出结论。基因的自由组合定律选择自主探究学习模式时，大约需要3课时完成学习任务，具体安排如下：
课时
学习内容
推测黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆的杂交试验结果
对不同性状自由组合现象的解释、验证和得出结论
自由组合规律的应用、孟德尔获得成功的原因
说
明
3）概述基因自由组合定律的基本论点并阐明
其实质和细胞学基础，认识基因重组是生物变异的原因之一,以及该定律对杂交育种工作的指导意义。
4）概括孟德尔杂交试验法的遗传研究程序，
分析孟德尔获得成功的原因
1学生自主探究第1阶段
1.4.2能力目标
2自主探究第2、第3阶段
1）在尝试用基因观点解释2对相对性状遗传
表现的过程中，接受科学方法的训练，发展科学探究的能力。
3自我阅读和交流
2.2选择教学媒体用于自由组合定律的传统教
2）结合对自由组合现象的理论解释，以及根
据测交试验数据进行演绎推理的过程，培养抽象思维的能力。
学媒体有：挂图和实物标本。挂图主要是：黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆的杂交试验、黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆的杂交试验分析图解、黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆的测交试验；实物标本多是黄色、非甜粒玉米与白色、甜粒玉米杂交，其F1自交或测交获得的果穗。为了充分发挥传统教学媒体的作用，将其制作成便于电脑操作的演示图片。
3)通过运用自由组合定律分析某些人类遗传病
的发病率和指导选择育种实践,培养综合应用能力。
1.4.3情感态度价值观目标
1）通过学习孟德尔2对相对性状的遗传试验，
进一步体验科学研究的过程，体会孟德尔的科学思维方式和科学态度。
2.3教学过程设计从前面的知识结构图看出，
自由组合定律的知识学习可以划分为：实验探索、理性分析、规律应用3个阶段，自主探究学习主要应用于前2个阶段。
在教学的导入环节，先请学生思考并回答基因分离定律的基本论点及实质,然后,教师用PPT展示
2）结合基因的自由组合定律的理论意义、在医
学研究和育种实践中的应用，认同遗传科学的理论价值和应用价值。
22.1
课堂教学设计制定教学策略
对于基因分离定律的学习，
豌豆的7对相对性状，并鼓励学生分别板书黄粒豌豆(YY)与绿粒豌豆(yy)的杂交实验图解、圆粒豌豆
教师通常采用引导探究学习策略，即启发学生把自己想象成孟德尔，遵循孟德尔的科学探究思路，进行杂交试验、提出问题、作出假设、演绎推理、检验假设、得出结论。值得提出的，课本陈述分离定律的基本论点及实质时，已经启用减数分裂概念。这样，学生继续学习自由组合定律时，一接触不同性状自由组合现象就很自然地联想到减数分裂时的染色体行为，从而淡化了孟德尔得出这条定律的科学思维方式和过程。如果仍按照教材顺序先介绍杂交实验中出现的自由组合现象，再陈述孟德尔假设及验证过程，学生会产生一种心里明白装糊涂的感觉，也有悖于科学方法训练的学习目标。为此，在自由组合定律的课堂教学设计中，笔者采用自主探究学习策略，即学生一旦接触
(RR)与皱粒豌豆(rr)的杂交实验图解,从而为促使学
生通过知识迁移自主探究自由组合定律奠定基础。
自由组合定律的自主探究学习始于教师的质疑：如果选用纯种黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆进行杂交，其F1的基因型和表现型如何呢？如果
F1自交，其F2的表现型及其比例可能是怎样的？
这样一个新的问题摆在面前，必然使学生意识到问题解决的途径在于科学探索。在学生明确研究课题的基础上，给予他们必要的思考时间，小组内充分讨论问题解决方法及可能获得的预测结果，然后，通过广泛交流学生对豌豆的2对相对性状的遗传表现取得共识。
在交流过程中发现，虽然各个小组采取的问题解决方法不同，对F1的基因型和表现型的判断具有一致性，但是，对F2的表现型及其比例的预测结果存在差异。有的学生在1对相对性状遗传的图解启发下，能够书写具有2对相对性状的亲
2对相对性状自由组合现象后，让他们运用已有
的减数分裂和分离定律知识对不同性状自由组合现象作出尝试性解释，这是对学生认知水平的一个挑战，也是培养学生逻辑推理能力的重要尝试。
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本基因型、表现型和配子型，以及F1的基因型和表现型，终因他们不能推导出F1产生的配子种类及比例，也就不能推测F2的表现型及其比例；部分学生课前曾预习过这部分知识，或者运用减数分裂知识推导出F1产生4种类型的配子，并利用棋盘法推测出F2的表现型及其比例，但他们不能解说不同性状自由组合的遗传表征；有些学生在导入环节的学习活动启发下，运用数学统计法推导出F1的配子型及比例，以及F2的基因型和表现型及其比例（表1和表2），虽然他们也不能解说不同性状自由组合的遗传表征，但这种解决问题的思路得到学生的赞赏。
表1
要及时地提醒学生：孟德尔从F2的表型及比例中发现和提出新问题，学生能否发现和提出问题呢？这样，不仅迅速地将学生注意力引导到思考F2出现亲本性状重组的原因，而且使他们意识到善于发现问题和提出问题是孟德尔取得遗传研究成果的重要原因之一。
学生自主探究第2阶段的任务，是对不同性状的自由组合现象从理论上作出科学地解释，理论探索的成败关键则在于思维过程和方式是否对路。因此，在自主探究第2阶段的开始，当学生面临思维困惑时，要适时地点拨他们思考F1产生配子的细胞学基础，这样学生会意识到理论探索首先应确定F1黄色圆粒植株的2对等位基因Yy与
F1（黄圆）的配子型及比例
F1（圆粒）的配子型及比例1/2R1/4YR1/4yR
1/2r1/4Yr1/4yr
F1（黄圆）产生的配子型及比例F1（黄色）的配子型及比例
表2
Rr在染色体上的座位，进而运用减数分裂知识推
测F1形成配子的过程及结果。为了推进学生探究的进程，可以让学生从教师呈示的下列图片（图3）中做出选择，然后再去判断F1产生的配子种类及比例，这样，学生不但容易理解F1的配子比为
1/2Y1/2y
F2的基因型和表现型及其比例
F1（圆粒）自交后代
1/4RR圆1/16YYRR黄圆
1/8YyRR黄圆
F1（黄色圆粒）的自交后代
1/2Rr圆1/8YYRr黄圆
1/4YyRr黄圆
1/4rr皱1/16YYrr黄皱
1/8Yyrr黄皱
YR∶Yr∶yR∶yr=1∶1∶1∶1，而且能够用棋盘法迅速地
推演出F2的基因型和表现型及比例。
1/4YY黄
F1（黄色）自交后代
1/2Yy黄
1/4yy
绿
1/16yyRR
绿圆
1/8yyRr
绿圆
1/16yyrr
绿皱
图3F12对等位基因Yy与Rr在染色体上的可能座位
组织小组讨论时，教师要深入组内摸清学生的各种思路。在小组交流的阶段，根据掌握的上述情况安排小组发言顺序，使整个交流进程体现出学生思维活动逐步深化的过程。与此同时，依次地让学生板书他们认定的2个纯种豌豆亲本的基因型，F1植株的基因型和表现型及其配子型及比例，F2的表现型及比例。通过这样的小组交流活动，学生不仅运用已知的知识推导出F2的表现型及比例为：9/16黄色圆粒∶3/16黄色皱粒∶3/16绿色圆粒∶1/16绿色皱粒，而且在思维方式上得到学生的启发。在学生交流的基础上，教师演示黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆的杂交试验图片，用孟德尔获得的2对相对性状的遗传试验数据作为对学生探究成果的首肯，同时向学生说明：遗传学上，将F2性状分离比例符合(3∶1)n的遗传表现，统称为自由组合遗传现象。
自主探究的初步成功会带给学生喜悦，此刻
当学生从图3中进行选择时，有的学生选择
II并同样推演出F1产生的配子种类及比例（图4），
这就要求教师在肯定他们做出的努力同时，向他们解释当许多初级性母细胞同步化进入减数分裂时，1对同源染色体的非姊妹染色单体之间发生相同交换的几率是很低的，因此，F1产生的4种配子数量不等。这样，自主探究第2阶段的完成，使学生认识到F1产生4种数量相等配子的前提是：F1的非等位基因位于非同源染色体上，减数分裂时等位基因分离的同时，位于非同源染色体上非等位基因之间自由组合。
学生已经知道，孟德尔定律提出于1865年，萨顿等学者于1903年发现减数分裂。因此，学生完成第2阶段的自主探究活动后，很关心孟德尔是怎样解释自由组合现象的？此刻，教师可结合相关图片向学生阐明孟德尔的观点：杂种中2对或2对以上的异质因子（非等位基因），在形成配子时的分离是
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互不干扰、彼此独立的；它们之间的组合又是自由的、随机的。早在140多年前，尤其是尚未发现减数分裂前，孟德尔对自由组合现象做出的有预见的科学解释令人赞叹，在学生的心里产生强烈的震动。
到基因自由组合定律的基本论点应包括：①杂合体内控制2对相对性状的2对等位基因的座位，即非等位基因位于非同源染色体上；②减数分裂时非等位基因之间的遗传关系，即每对等位基因分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合，也就是说，F1形成配子时，位于非同源染色体上的非等位基因之间的分离或组合是互不干扰的、独立分配到配子中去。
F1黄色圆粒YyRr
绿色皱粒
yyrr
yr
图4F1位于1对同源染色体不同座位的Yy与Rr的遗传图解
学生自主探究第3阶段的任务，是检验假设的正确与否并得出结论。由于学生对遗传规律的实验研究知之甚少，只能模仿分离定律的测交法对自己的假设进行验证，但学生还不熟悉演绎推理法的论证方式，因此，在自主探究第3阶段的开始时，先组织学生讨论下列问题：孟德尔的测交实验为什么用F1与隐性亲本类型进行交配？F1测交子代的表现型及比例能够反映什么问题？测交实验验证的结论是什么？然后，让学生设计一个方案来验证F1位于非同源染色体上的非等位基因之间的遗传关系。多数学生能够绘制纯种豌豆黄圆×绿皱的F1与绿皱豌豆测交的遗传图解（图5），并能够作出相应的解释。但是，当教师将孟德尔所做的测交试验结果（表3）呈示在面前时，他们对孟德尔的测交试验设计一时感到困惑，更不能对F1既作母本（正交）又作父本（反交）作出合理的解释，这说明学生还没有真正懂得测交验证的原理。因此，应启发学生思考在有性生殖过程中配子的作用，即配子是亲体的产物，子体的根源，亲子之间相连续的桥梁，传递遗传信息的唯一媒介，正因为如此，只有F1产生重组型配子，F2才能出现亲本性状的重组类型。这样，学生不仅真正理解F1测交子代的表现型及比例真实地反映出F1的配子种类及比例，正交与反交试验的结果则分别反映出雌、雄配子的种类及比例，而且体会到孟德尔科学思维方式的严谨性。
学生的自主探究活动终结于得出结论，即概述基因自由组合定律的基本论点、实质及其细胞学基础。教学时，首先让学生回忆基因分离定律的基本论点，主要是阐述杂合体内1对等位基因的座位及其遗传行为，受到点拨后学生自然会领悟
配子YRyR
测交子代表现型比例
YyRr
黄圆
Yyrr
黄皱
yyRr
绿圆
yyrr
绿皱
1
图5
∶1∶1∶1
F1黄圆豌豆与绿皱豌豆测交的遗传图解
为了强化学生对基因自由组合定律的实质及细胞学基础的理解和记忆,可以提问学生：为什么自由组合定律又称为独立分配定律？F1形成配子时，非等位基因为什么会自由组合？分离定律与自由组合定律之间的区别是什么？学生在思考和回答这些问题的过程中，要反复权衡自由组合定律的基本论点与实质的关系,实质与细胞学基础的关系，以及分离定律与自由组合定律之间的关系，从而使学生深刻地认识到非等位基因的遗传动态与减数分裂时非同源染色体行为具有一致性，表现为独立遗传。
2.4教学反思由于篇幅限制，第3课时的教学
过程不再赘述。教学实践中我们认识到，培养学生的科学素养必须以科学知识为载体，是在组织学生学习知识的过程中，引导学生学会科学探究的方法，接受科学思维方式的训练，感悟科学家的特质和精神，形成科学态度和科学价值观。因此，学科知识教学到位是培养学生科学素养的前提。但是，培养学生的科学素养要落实教学的三维目标，仅仅是顾及到知识传授，而不能自觉地落实技能性目标和情感态度价值观目标，就会陷入传统教学的泥潭。新课程改革的路漫长，为青年教师提出的任务很艰巨，只要我们目标明确并努力着……
（E－mail:zhaoxg@bhsf.cn）