孟德尔的豌豆杂交实验（一）教学设计

一、教学目标：

知识

1. 阐明孟德尔的一对相对性状的杂交实验及分离定律；

2. 体验孟德尔遗传实验的科学方法和创新思维；

3. 运用分离定律解释一些遗传现象。

能力

1. 运用数学统计方法和遗传学原理解释或预测一些遗传现象；

2. 尝试设计杂交实验的设计。

情感

    认同敢于质疑、勇于创新、勇于实践，以及严谨、求实的科学态度和科学精神。

二、教学重点难点：

重点

1. 对分离现象的解释，阐明分离定律；

2. 以孟德尔的遗传实验为素材进行科学方法的教育；

3. 运用分离定律解释一些遗传现象。

难点

1. 对分离现象的解释；

2. 假说——演绎法。

三、教学过程

高中新课改是当今教育大势所趋，新课程的基本理念将 “提高生物科学素养”放在了首位。因此在本节课的教学上将一改过去直接把孟德尔分离定律灌输给学生，而是追寻孟德尔对生物性状遗传的探索过程，从现象到本质，层层深入地展开。在前一段的学习过程中，已经将减数分裂和受精作用的知识讲解透彻，本节课带学生重走孟德尔的探索之路难度应该不大。其顺序是：孟德尔的杂交实验方法和观察到的实验现象（发现问题）→对实验现象的分析（提出假说）→对分离现象解释的验证（验证假说）→归纳总结分离定律（总结规律）。在教学过程中对孟德尔的探究过程以问题的形式，层层深入地引发问题和分析问题，让学生主动参与问题的分析，在分析和解决问题的过程中建构知识结构，从中体会到科学研究的过程，培养学生的科学素养。

1．走近豌豆和孟德尔

首先展示了老师自己拍的豌豆照片，激发学习兴趣，抓住豌豆的花的特点，为下面的总结做铺垫。接着请几位同学对课前收集的有关孟德尔的生平事迹作个介绍，让学生走近这位科学伟人，强调了以下几点：孟德尔家境贫寒却刻苦学习；他对杂交实验的研究长达8年之久；孟德尔的实验并非一开始就成功，他曾用山柳菊、玉米等多种材料做杂交实验，都没有成功，最后用豌豆做实验才发现了遗传的基本规律。

2．豌豆做实验容易成功的原因

A．补充讲解了花的结构以及传粉的过程。

一朵花即有雄蕊又有雌蕊，我们将它称之为两性花。自花传粉指的是一朵花的花粉落在同一朵花的雌蕊的柱头上的过程。

豌豆做实验容易成功不止因为它是自花传粉植物，而且是闭花传粉，也就是豌豆花在未开放时，就已经完成了受粉，这就避免了外来花粉的干扰。所以豌豆在自然状态下一般都是纯种。孟德尔用豌豆进行人工杂交实验，结果既可靠又容易分析。豌豆除了这个特点之外还有其他有利于研究的特点吗？

B．豌豆还具有易于区分的相对性状。

什么是相对性状呢？一种生物的同一种性状的不同表现类型就叫做相对性状。在孟德尔之前也有许多人做过杂交实验，为什么他们没有得出定律呢？在科学研究中，我们要研究问题应该要化繁为简，孟德尔首先是对每一对性状的遗传分别进行研究，这样就较容易发现其中的规律。

3．一对相对性状的杂交实验

先介绍遗传学常见的符号和含义，再和学生一起重走探索过程，用图片和汉字来模拟实验的全过程。

在自然条件下豌豆是自花传粉，因此豌豆在自然界中是纯种的，自然条件下对它的遗传研究没有任何意义。所以孟德尔对豌豆进行人为异花传粉，也就是进行杂交实验。因为豌豆有和多性状，只选择一对相对性状实验，他用高茎豌豆做母本，矮茎豌豆做父本进行杂交。

提问：1.为什么子一代都是高茎而没有矮茎？2．矮茎的性状消失了吗？3．子一代性状是否和亲本一样？4. 亲本矮茎的遗传物质有没有传给子一代，也就是说子一代中有没有控制矮的遗传物质呢？

可以用F1自交来找寻，展示孟德尔的实验结果，子二代F2出现了矮茎。共同建构隐性性状、显性性状、杂合子、纯合子和性状分离等概念。

在孟德尔发现遗传规律之前一些研究杂交育种的专家对性状分离的现象早已熟知，但他们没有对实验数据做深入的统计学分析。孟德尔不仅研究F2的性状还对不同性状的数量进行统计——子二代出现了3:1性状分离。

提问：子二代出现了3:1性状分离比是偶然的吗？

孟德尔把其他六对性状做相同实验，确定3:1性状分离是普遍的现象。那么是什么导致遗传性状在杂种后代中按一定的比例分离？

孟德尔看到的实验事实和前人融合遗传的观点产生矛盾，在当时的知识背景下无法解释这种现象？孟德尔在思维方式上超越当时科学家作了一次创新，他在观察和统计分析的基础上，果断地摒弃了前人融合遗传的观点，通过严谨的推理和大胆的想象，提出假说，并对性状分离现象做出尝试性解释。

4．对分离现象的解释

提出孟德尔的假说之一：生物的性状是由遗传因子决定的。因为亲本正交与反交的结果都是高茎，F1自交后代出现了矮茎，所以遗传因子是独立的，既不会相互融合，也不会在传递中消失；F2有高有矮，高和矮的遗传因子都来自F1，不是无中生有，所以遗传因子在体细胞中应该成对存在；根据上面的假说，我们可以推出孟德尔杂交实验植株的遗传因子的组成。以字母D来表示这对遗传因子，可以推出亲本和F1的遗传因子组成。因为已知亲本高茎豌豆和矮茎豌豆都是纯种的，则它们的体细胞中的遗传因子组成分别为DD和dd。又知道F1为高茎的，说明F1中有一个D，而F2又出现了矮茎性状，说明控制矮茎的遗传因子没有消失，它只是隐藏在F1中，因此F1的遗传因子组成为Dd。

现在已经知道亲本和F1遗传因子的组成为DD 、dd和Dd， F1中的两个遗传因子应该来自不同的亲本，F1中的高矮遗传因子来自双亲，应该一个来自父本，一个来自母本，即遗传因子在传递时亲代只把一半遗传因子交给子代。换一句话说，配子中的遗传因子是成单的。

根据上面的几点假说，我们已经能够解释为什么F1只出现高茎的豌豆了。但是还有一个问题未解决——F2为什么出现性状分离比为3:1。根据上面的假说将F1自交表示出来，看看F2代有什么现象。

F2中出现了高茎和矮茎两种性状，其中高矮茎之比为3:1，那么出现3:1的性状分离比需要什么样的前提呢？杂合亲本的两个遗传因子在形成生殖细胞要分离，不能同时处于一个配子中。F1中不同雌雄配子结合的几率要相等，也就是F2中DD:Dd:Dd:dd必须是1:1:1:1，这样高矮茎的比例才会是3:1。换句话说就是受精时，雌雄配子的结合是随机的。D与D、D与d或者是d与d相结合机会都是相等的。

5. 对分离现象解释的验证

孟德尔成功解释了3:1性状分离比，但是并不能说明他的理论是正确的，他还需要能够用自己的理论来预测未发生的实验结果。3:1的分离比关键是F1的遗传因子组成是杂合的，在产生配子时D和d必须分离。孟德尔专门设计了F1和矮茎杂交的实验来进行验证，根据假设可以预测后代高茎:矮茎=1:1，矮茎dd只能提供含d的配子，它不影响F1所产生的任何配子内的遗传因子的表达。

可以预测实验结果：第一种：后代高茎:矮茎=1:1（假设成立）

                  第二种：后代全是高茎（假设不成立）

简单回顾孟德尔揭示分离定律的过程（观察实验、发现问题、分析问题、提出假说、设计实验、验证假说、归纳综合、总结规律）。

提出“假说—演绎法”

“假说—演绎法”是在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的，反之，则证明假说是错误的。这种方法使遗传学的研究结果可以超越当时科学的发展，推动科学的新发现，使遗传学由描述性科学进入理性推导和实验验证的科学。“假说—演绎法”在遗传学的发展中发挥了重要作用。