基因突变及其他变异的教学建议

“基因突变及其他变异”的教学建议

1005－2259（2009）05－0006－03第5章“基因突变及其他变异”从可遗传变异的角度出发，分析了基因突变、基因重组、染色体变异对生物体的影响，以及在生物进化中所具有的重要意义。本章是前四章内容的延续，也是后续两章内容的基础。下面就本章的教学提出如下建议。1通过归纳理解基因突变概念的本质本章核心概念多，如基因突变、基因重组、染色体变异等，有的核心概念下又包括若干子概念，如染色体数目的变异和染色体结构的变异等。在教学中采用恰当的方式帮助学生建立、理解这些概念以及建构这些概念之间的相互联系，是本章教学的重点和难点。“基因突变”的教学，可通过实例——镰刀型细胞贫血症，引导学生分析人的正常的红细胞和镰刀型细胞贫血症患者的红细胞形成的原因，联系性状、蛋白质、基因之间的相互关系，回忆有关转录和翻译的知识，分析得出：患者血红蛋白结构改变的本质原因是基因中一个碱基对的替换引起的基因结构的改变。再通过问题“一个碱基对的替换是否一定会引起编码的氨基酸序列发生改变？”展示图1中的图a、图b和图c，由学生分析、领悟碱基对的替换一定导致基因结构的改变及可能带来的同义突变、错义突变和无义突变；接着展示图d，分析基因中插入一个碱基对时，翻译成的氨基酸序列的变化，并进行类比推理，当该段基因中分别增添或缺失1个、2个甚至多个碱基对，以及增添或缺失3个或3n个碱基对时，翻译成的氨基酸序列将如何改变，等等。通过这些例证使学生理解基因突变概念的内涵在于基因结构的改变，基因突变概念的外延包括碱基对的增添、缺失或替换。而通过“基因突变是否会带来遗传信息的改变？基因突变是否会带来性状的改变？”等问题的讨论，使学生能够理解基因突变的结果：一定会带来遗传信息的改变，即产生了新的基因，且为原基因的等位基因，但有时却不一定带来性状的改变。图12利用已学知识理解基因重组的本质奥苏贝尔认为，只有把新的学习内容与已有的认知结构中特别相关的部分联系起来，才能有意义地习得新的内容。如在进行“基因重组”的教学时，由于学生已经获得了基因的自由组合定律和减数分裂过程中同源染色体交叉互换等相关知识，因此可直接让学生分别绘制位于一对或两对同源染色体上两对等位基因的杂合子（AaBb）减数分裂过程图，再分析得出只有杂合子的减数分裂过程才能发生基因重组，产生基因重组的配子，通过受精作用和个体发育表现出性状重组，使学生理解减数分裂和基因重组的关系，然后归纳基因重组的概念。另外通过分析等位基因的来源是基因突变，加深对“基因突变是生物变异的根本来源，为基因重组奠定了基础”的理解。学习了基因重组的相关内容后，教师可以设置以下问题：“基因重组一定是在有性生殖过程中发生的吗？”提示学生回顾前面所学知识，联系肺炎双球菌的转化实验中R型菌转化为S型菌的原因进行思索。这样做不仅能够拓展学生思维的广阔性，也使学生加深了对转化现象的理解，并对基因重组的外延进行了扩展，更为后面学习基因工程奠定了基础。3利用图表进行染色体变异的教学图表教学是一种常用的、简便灵活、直观化的教学手段，它有着其他直观手段无法替代的特点和优势，即图表较为直观、形象，容易被感知和理解，特别是在对抽象概念的讲解上，可以说是“一图胜过千言万语”。“染色体变异”一节概念多、难点多，且较为抽象，在教学中可以充分利用图表对这些难点进行突破。染色体结构的变异包含缺失、重复、倒位和易位等4种类型，通过展示下面的示意图（见图2），可直观形象地说明染色体结构变异的类型以及带来的结果。要注意引导学生区分易位与染色体交叉互换带来的基因重组之间、染色体的缺失与基因中碱基对的缺失之间的区别。图2染色体数目的变异一般分为非整倍体变异和整倍体变异两种类型，前者可通过展示21三体综合征患者和性腺发育不全患者的染色体组成图进行教学，学生容易理解。后者是本节教学的重点，其中染色体组的概念比较抽象，是学习单倍体、二倍体、多倍体的理论基础，因此是教学的重点和难点。由于学生已经学习过减数分裂的相关知识，所以教学时可先展示雄果蝇的精原细胞（见图3A），由学生画出该细胞减数分裂后形成的子细胞中的染色体组成（图3中B、C），围绕学生所画的图，引导学生分析精细胞中的染色体在形态、数目上与精原细胞的联系与区别，以及精细胞中染色体之间的相互关系，从而总结出染色体组的概念，并使学生明确得出：在细胞分裂过程中，染色体数目的加倍或减半都是以染色体组为单位进行的。对“一个染色体组携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息”可先不予以解释，待学习单倍体时以雄蜂为例再进行解释。当染色体组概念形成后，可直接讲授二倍体和多倍体的概念。然后让学生根据自己的理解定义“单倍体”，学生根据已有的知识经验往往会定义为“由受精卵发育而成，体细胞中含有一个染色体组的生物”。这时可根据学生认知过程中“受精卵”和“一个染色体组”两者之间的矛盾，引发学生再探究的欲望。再通过介绍单倍体生物雄蜂的形成过程，说明“一个染色体组中的所有染色体携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息”，使学生领悟单倍体概念的实质是由配子直接发育而成的个体，并尝试建立单倍体的概念。这时教师可引导学生分析配子与正常体细胞染色体数之间的关系，进而准确建立单倍体的概念，即“含有本物种配子染色体数目的个体”。然后可通过“某植物含有6个染色体组，它的花药离体培养出来的个体能否叫三倍体？”这一问题，检测学生对单倍体概念的理解情况。最后通过表1对单倍体、二倍体和多倍体进行比较，使学生进一步理解单倍体、二倍体和多倍体之间的区别与联系。图3多倍体育种和单倍体育种的学习是建立在以上概念的基础上，可采用实例分析并结合流程图（如图4）的方法建构知识。图44引导学生自主探究人类遗传病自主学习和自主探究有利于学生知识的构建，会使学生对知识的理解更加深刻，而且不仅能获得知识，更能有效地促进能力和情感态度与价值观的形成。但学生自主学习和自主探究前需要教师必须做好充分的准备工作，如提供相关背景资料、学生分组活动的准备，自主学习和自主探究后要引导学生进行总结和反思。“人类遗传病”一节的教学可采用这种方法，上课前一周可将学生分成3组：一组选择常见的单基因遗传病，如红绿色盲、高度近视等，布置学生进行调查；一组搜集有关遗传病的防治措施方面的资料；第3组搜集人类基因组计划及其影响的资料。在调查前，教师应先讲述社会调查的一般流程，然后针对调查范围、调查方法、调查指标以及整理和分析获得资料的方法进行分组讨论，制定出小组的活动计划，通过师生的共同分析，完善调查方案。要求各小组将调查和搜集资料活动的结果以幻灯的形式在课堂上汇报。遗传病的定义及特点是教学中的难点。教师可从学生日常常见的疾病着手设置情境，如“一个偏僻的山区，有一个家族，有好几代人中都有呆小病患者出现；患有艾滋病的母亲生了个HIV携带者的孩子；一个正常的母亲生了个色盲的孩子……”引导学生分析哪些是遗传病，接着设置一系列问题：“家族性疾病都是遗传病吗？”“先天性疾病都是遗传病吗？”“遗传病都是生下来就出现的吗？”“后天性疾病都不是遗传病吗？”等等，由学生讨论，通过对不同疾病的比较分析，得出遗传病是指由于遗传物质改变而引起的疾病。同时也领悟到遗传病可能是出生后即可见到，也可能是到达一定年龄才会表现的。然后通过讨论“遗传物质发生改变后，是否一定会产生遗传病？”总结出遗传病具有垂直传递的特性，其本质是生殖细胞或受精卵的遗传物质（染色体和基因）发生突变（或畸变）。这样学生不仅明确了遗传病的起因，而且对遗传病的分类方式也做到了心中有数，通过自学就可以对遗传病的类型进行概括。在了解遗传病类型的基础上，学生容易理解对遗传病进行检测和预防的重要性。在上述基础上，展现调查小组的调查结果，引导学生分析人类遗传病的危害，从而过渡到对遗传病进行监测和预防的学习。在听完遗传病防治措施的汇报后，教师可引导学生对相关知识进行归纳总结，使学生明确遗传咨询、产前诊断的内容和步骤。教师还可创设情境，让学生通过分析具体的案例，对遗传咨询的过程和方法进行体验和感悟。通过基因诊断的相关内容引入人类基因组计划，同样可通过小组的展示汇报使全体学生了解人类基因组计划的研究对象和目标、工作进展，最后可通过宣传栏的形式展示人类基因组计划的应用价值及人类基因组计划对科学、健康、社会等方面所产生的影响。5指导学生绘制本章概念图建立概念与概念之间，以及概念与相关知识间的相互联系，是学习的重要方法，而建立这种概念体系最好的方法就是构建概念图。概念图以直观形象的方式表达知识结构，能有效呈现思考过