生物的遗传与变异（实践活动）-初中-生物学-教学设计

《生物的遗传与变异》（课外实践活动）教学设计吴若宇西安滨河学校1课标要求在《生物学课程标准》（2022年版）中，本章的课程内容属于第六部分，遗传与进化，概念七——遗传信息控制生物性状，并由亲代传递给子代。通过本主题的学习，学生能够理解遗传信息与生物性状之间的关系，以及遗传信息可以在亲子代之间传递；能够正确认识转基因技术在生产生活和社会发展中的作用。整章内容共分为8个课时来完成。整章备课，分节实施：第1课时，DNA是主要的遗传物质，生物体的性状主要由性状控制。第2课时，杂交育种、转基因等技术促进了农业和人类社会的发展。第3课时，基因是包含遗传信息的DNA片段，随配子由亲代传给子代。第4课时，基因具有显性和隐性，近亲结婚会导致产生隐性纯合的概率增加。第5课时，基因位于染色体上，人的性别是由染色体的组成决定的。第6课时，遗传信息发生改变可以引起生物变异。第7课时，生物的性状是由基因组成和环境共同决定的。第8课时，实践活动。了解控制人体酒精代谢能力的基因，采集自己以及家人的DNA样本，送样检测，对得到的结果进行分析。运用结构与功能相适应、生物与环境相适应的观点，阐明基因组成和环境共同决定生物的性状。本节课完成第8课时。2教材分析遗传与变异是生命的基本特征之一，也是生命能在生物圈中延续、发展的根本所在。本章作为初中生物的第七单元第二章，是在第一章《生物的生殖和发育》阐述了生命体个体水平上的延续、发展之后，进一步从基因水平探讨生命的延续和发展。整章内容共分为8个课时来完成。本章抓住“基因”这一关键词,以基因为线索贯穿全章。第一节《基因控制生物的性状》,解决的是生物个体的性状与基因的关系问题,同时也隐含亲代的性状能够在子代出现,是亲代基因传给了子代的缘故。第二节《基因在亲子代间的传递》,解决的是亲代基因如何传递到子代的过程,即配子如何成为遗传的桥梁,这是认识遗传的核心问题。第三节《基因的显性和隐性》,重在解决控制相对性状的成对基因之间的关系问题,以及为什么具有相对性状差异的双亲,后代会有复杂的表现。应该说本节是前两节内容的综合,是本章的难点。第四节《人的性别遗传》,主要运用前三节的知识,解释学生关注的人的性别遗传问题,可以说是遗传知识的扩展。关于人的性别决定,教材从染色体入手,但最终也将落脚点放在了基因水平上。第五节是《生物的变异》。遗传和变异是一对矛盾的两个方面,遗传讨论的是基因稳定传递的一面,变异讨论的是基因发生改变或基因组合的改变,这种变化必然导致亲子代之间性状的差异。在这一节中,特别提出生物的性状既受基因控制,又受环境的影响,使学生对性状与基因的关系、遗传与变异问题的理解更加全面。本节课，作为第8课时，主要体现的是课标中的教学活动建议中的实验探究与调查交流。在总结了整章内容的同时，加深了学生对性状、遗传、变异、环境对性状的影响等概念的理解。同时，提升了学生的科学研究思维及能力。3学情分析由于学生在上这节课的时候已经处于初中生物学习的最后阶段了，他们对于各类的生物知识已经有了一定的了解，并且也掌握了初步的科学研究和实验操作能力。但是，作为初中生的他们并没有机会切实的体验一下作为一个生物学科研工作者他们的工作环境的工作方式。因此，这个实践活动的目的不仅仅是让学生在做中学，加深对遗传与变异这一重难点的认知。更重要的是，让同学们对生物学产生浓厚的学习兴趣，并且让他们正确认知科研工作。让学生们在未来不论是高中选科还是大学选专业、毕业后的就业选择都能更有抓手的做出选择。4教学目标在《生物学课程标准》（2022年版）中，本节课的概念为遗传信息发生改变可以引起生物变异，本节课的学业要求为运用结构与功能相适应、生物与环境相适应的观点，阐明基因组成和环境共同决定生物的性状。据此展开本节课的三维目标如下：4.3知识目标1.举例说明可遗传变异和不可遗传变异，并说出引起变异的两种原因。2.举例说出生物的性状既受遗传物质的控制，又受环境因素的影响。4.2能力目标1.通过对自身和家人的DNA样本的提取和保存，提高实验操作能力。2.探究酒精代谢能力与基因和环境的关系，提高处理和分析数据的能力。3.体验专业实验室的科研氛围，提升学生提出问题、解决问题的能力。4.1情感目标1.体验探究基因型与表现型的方法，并运用获得的数据说明遗传变异和环境因素共同导致了我们现在的外在性状和内在性格。2.体验实验探究的过程，了解科学研究的基本流程，对提出问题并解决问题的科学探究过程有了更加深刻的认知。3.体会专业院校的科研氛围和实验过程，让同学们认识到伟大的科学发现，最早也只是产生于一个小小的猜想。鼓励学生在日常生活中多发现问题，提出问题，并尝试解决。5教学重难点5.1教学重点1.过量饮酒对人身体造成的危害。2.酒精在人体内的代谢途径。3.理解生物的性状既受遗传物质的控制，又受环境因素的影响。5.2教学难点1.基因、基因型与性状之间的关系。2.DNA的提取、保存与测序的方法。3.体验探究酒精代谢能力与基因和环境的关系，对数据进行处理和分析。4.理解生物的性状既受遗传物质的控制，又受环境因素的影响。6设计思路1.真实情景导入：“饮酒不开车，开车不饮酒。”以酒驾会导致许多惨烈事故的发生引发学生思考过量饮酒对社会安定的危害。2.联系人体，探究过度饮酒对身体的危害：加深学生对过度饮酒的认识，提高学生的学习兴趣，为本节课的意义做铺垫。3.联系消化吸收相关章节的内容，讨论酒精在人体内的代谢途径：简略复习一下消化吸收相关知识，让同学们自主探究一下酒精进入人体之后会经过的人体器官。4.正式引出基因决定了你的酒精代谢能力：①讲解：通过对酒精代谢相关基因型的讲解，以及对已知数据的分析，让学生充分理解基因决定生物的性状。②操作：自己动手提取DNA，看视频感受实验过程。5.拓展提升：能喝酒不等于酒精代谢能力强。理解生物的性状既受遗传物质的控制，又受环境因素的影响。6.总结升华：进行酒精代谢能力的基因测试，充分了解自己及家人的酒精代谢能力具有一定的生理意义、临床意义和社会意义。7教学过程教学环节教学活动设计意图教师活动学生活动课堂导入【创设情境】“喝酒不开车，开车不喝酒。”酒是人们日常生活中的重要饮料，但是过量饮酒会导致许多严重疾病及事故的发生。酒精依赖现今依然是一个严重的全球性公共卫生问题。那么，过量饮酒对我们的身体到底有多大的危害呢？过量饮酒对我们身体的危害：播放视频说明：饮酒会伤害我们人体的各个身体器官，导致许多种类的疾病，现已有大量证据表明，过量饮酒已成为多种癌症的引发因素。另外，过度饮酒还会导致酒精依赖、精神障碍等心理及精神方面的疾病。除导致大量疾病的出现以外，过度饮酒还会导致国家和社会不稳定性和犯罪率的提升。学生观看大量车祸现场图片。让同学们直观的感受到酒精导致的事件的惨烈。学生观看视频初步了解到酒精对我们身体的损害，引发学生思考：日常生活中我们应该如何正确饮酒？让学生感受到过度饮酒的危害，引发深思如何解决该问题。（2）培养学生关注社会问题的意识，培养提高其社会责任感。过渡饮酒行为导致的结果都是对人体有害的吗？喝多少酒算过度饮酒？每个人过度饮酒的量的规定都是一样的吗？每个人对酒精的耐受度是一样的吗？学生跟随老师的思路得出每个人对酒精的耐受度是不同的。用问题引出课题：基因决定了你的酒精代谢能力基因决定了你的酒精代谢能力基因决定了你的酒精代谢能力（1）酒精在我们人体内的代谢途径：按图索骥：教师带着同学们根据给出的图解找寻酒精在人体内的代谢途径。

教师总结完整途径：人饮酒后，摄入体内的乙醇有三种转化形式，一种是少量的乙醇通过人体排泄废物的方式以原本的乙醇形态被排出体外，如：出汗；另外极少量的乙醇会通过非氧化途径代谢为脂质[2]；最后一种途径是大部分的乙醇通过乙醇脱氢酶(ADH)氧化分解变为乙醛，再经过乙醛脱氢酶(ALDH)转化脱氢成为乙酸，最后经三羧酸循环被氧化分解成二氧化碳和水[3]。教师提出问题：那么，我们体内乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶的数量及活性又是由什么决定的呢？为什么会因个体差异而不同呢？引出本节课重点：基因决定了你的酒精代谢能力。基因决定了你的酒精代谢能力：教师给出提示：ADH1B和ALDH2基因中一个密码子出现碱基置换：G（鸟嘌呤）-A（腺嘌呤），密码子的改变导致了氨基酸的改变：导致人体对乙醇和乙醛代谢能力的降低。ADH1B基因型分为：TT(CGC)型、CT(CAC/CGC)型和CC(CAC)型。ALDH2基因型分为：GG(GAA)型、GA(GAA/AAA)型和AA(AAA)型。教师总结：基因型及其对应的酒精代谢能力对应关系见下表：教师实验操作演示：教师带领学生一起采集自己的口腔上皮细胞，进而提取自己的DNA来进行测序。学生根据老师给出的图解自己总结出酒精在人体中代谢的途径。并且可以跟随老师的思路得出对酒精代谢影响最大的两种酶是乙醛脱氢酶(ADH)乙醛脱氢酶(ALDH)。学生根据老师给出的提示小组讨论，得出哪一种基因型对酒精的代谢能力较强。讨论完成之后进行展示，请一个小组上来告诉大家：

①C\T、G\A基因型分别对应的是乙醇还是乙醛的代谢能力。

②将基因型按照由强到弱的顺序排序。

③两两对应可以排出多少种基因型？学生跟随老师的指示，使用棉签在自己的口腔内壁刮取部分口腔上皮细胞，并放入已加入缓冲液的离心管中密封、低温保存。让学生自己去总结酒精的代谢途径，自己去发现本节课的重点。引发他们的兴趣点，避免了填鸭式的上课模式。培养学生自主思考的能力。加入了部分高中的碱基以及氨基酸的知识，有利于学生更加清晰的理解基因、DNA、染色体、蛋白质之间的关系。让学生更加深入的参与到整节课程中来。体会我们人体所有的细胞中都含有全套的遗传物质，遗传信息完全相同。拓展提升拓展提升（1）统计分析：

教师按照已有的部分数据给出统计图表，让同学们看着给出的图表以及受测者的基本信息分析得出结论。

每组同学手中的探究单上的图表不同，探究问题也不同。

（2）任务分工：

学生分组讨论探究下列问题：

第一组和第二组：酒精代谢能力在中国人群中的分布；

第三—六组：酒精代谢能力的影响因素；

第七组和第八组：饮酒之后脸色发红和脸色发白的原理；

第九组和第十组：酒量和酒精代谢能力是否等同？

（3）评价总结：

①我们国家人民的酒精代谢能力整体情况是怎么样的？发现了没，整体是较弱的。那么这说明我国大部分人在喝酒之后会怎么样？对身体有较大的伤害。

②我们从各个方面对酒精代谢你呢管理的影响因素进行了分析。这几个小组总结的都非常的准确。同学们现在告诉老师，酒精代谢能力的决定因素是什么？基因型

③对比基因型和调查问卷，同学们得出了正确的结论。那下一次我们遇到饮酒之后脸色发红或者发白的人，我们是不是可以告诉他们原因，并且劝解他们不要过量饮酒。

④酒量和酒精代谢能力不同。喝酒年限长的人酒量大但是他对酒精的代谢能力不一定强，这就导致了这类人更容易获得酒精相关疾病。酒量可以通过“练习”得到提升，但我们不应该这样做。因为这样对我们的身体伤害很大。（1）学生小组合作：每个组按照老师发的《探究单》的要求，完成：

①阅读探究单；②分析总结；

③回答问题。（2）预期回答要点：

①我国国民对酒精的代谢能力整体较弱，真正可以饮酒而不伤身的人数是少数。

②人群酒精代谢能力分布与性别、年龄、地域、民族、生活习性等因素均无直接的关联。

③饮酒之后脸色发红和脸色发白是由乙醇和乙醛脱氢酶数量及活性不同导致的。

④生物的性状既受遗传物质的控制，又受环境因素的影响。通过分组合作探究，提高处理和分析数据的能力。强调生物的性状既受遗传物质的控制，又受环境因素的影响。引出酒精代谢测试的意义。总结升华总结升华（1）带领学生参观实验室：

带领学生进入实验室，直观地看到真实的科研情景，了解本实验的后续实验操作。

（2）总结提升：

酒精代谢能力基因测试具有一定的生理意义、临床意义和社会意义。个人层面：对于健康人，基因检测能帮助其详细了解自己的酒精代谢能力，预知饮酒的健康风险，给予合理的健康饮酒建议；对于酒精中毒病人来说，基因检测能更科学更精确地帮助病人确定发病原因，并帮助患者安全、准确用药。社会层面：检测个体酒精相关代谢酶的基因型，预测个体酒精代谢相关酶的活性，对引导人们科学饮酒，降低因饮酒引起的相关疾病的发病率有重要意义[1]。板书设计教学评价教学评价优点①真实情景，引人入胜：视频、图片再加上与生活实际相贴近的案例，能让学生更加直观、快速地跟上老师的思路，直观地发现过度饮酒的危害。②自主探究，核心素养：本节课70%的部分是由学生自主完成的。体现了以学生为主体，把课堂还给学生的教学本质。采用新课标所提倡的“做中学，用中学，创中学”的方式，让学生亲自体验得出结论的探究过程，而没有直接给予结论。学生沉浸式的体验了做科学研究的过程，在提升课堂趣味性的同时提升学生的归纳总结、数学分析、做表识图等等各方面能力。③知识高度，层层递进：本节课从提出问题开始，整堂课都在解决如何正确饮酒这个问题。从社会现状，到学生自身，再到如何解决，最后提升到解决这个问题对国家和社会的意义。层层递进，培养学生关注社会问题的意识，提升学生的社会责任感。④课外实践，了解自我：本节课与传统课堂的区别主要在于是在高校实验室中进行。借由此来让学生体会完整的科研过程，让学生更加了解如果要讲自己的兴趣爱好作为职业，在未来需要面对什么。传统的课堂教学让学生在高中选科，大学选专业这两个人生非常重要的选择上往往没有明确目标，随波逐流。多一些学科专业的课外实践课就可以很好的弥补这一点。遗憾

①实验操作只能完成部分：由于时间和学生认知的关系，基因检测的实验步骤只能完成到DNA的提取，后面的PCR和测序将因为时间不够、学生知识储备量不够等原因只能给学生直接展现成果，无法让学生亲自动手操作。②数据量不够，无法得出更精准的结论：由于本实验的实验范围比较小，对于年龄、地域、民族等等数据相对较为集中。因此，虽然数据均呈正态分布，有统计意义，但是对于一项科学研究来说还是缺乏一定的说服力。随着本实践课的发展，未来我们将拥有一个极其庞大的数据库，就可以获得