基因突變及其他變異的教學(xué)建議

“基因突變及其他變異”的教學(xué)建議

1005－2259（2009）05－0006－03第5章“基因突變及其他變異”從可遺傳變異的角度出發(fā)，分析了基因突變、基因重組、染色體變異對(duì)生物體的影響，以及在生物進(jìn)化中所具有的重要意義。本章是前四章內(nèi)容的延續(xù)，也是后續(xù)兩章內(nèi)容的基礎(chǔ)。下面就本章的教學(xué)提出如下建議。1通過(guò)歸納理解基因突變概念的本質(zhì)本章核心概念多，如基因突變、基因重組、染色體變異等，有的核心概念下又包括若干子概念，如染色體數(shù)目的變異和染色體結(jié)構(gòu)的變異等。在教學(xué)中采用恰當(dāng)?shù)姆绞綆椭鷮W(xué)生建立、理解這些概念以及建構(gòu)這些概念之間的相互聯(lián)系，是本章教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)?！盎蛲蛔儭钡慕虒W(xué)，可通過(guò)實(shí)例——鐮刀型細(xì)胞貧血癥，引導(dǎo)學(xué)生分析人的正常的紅細(xì)胞和鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者的紅細(xì)胞形成的原因，聯(lián)系性狀、蛋白質(zhì)、基因之間的相互關(guān)系，回憶有關(guān)轉(zhuǎn)錄和翻譯的知識(shí)，分析得出：患者血紅蛋白結(jié)構(gòu)改變的本質(zhì)原因是基因中一個(gè)堿基對(duì)的替換引起的基因結(jié)構(gòu)的改變。再通過(guò)問(wèn)題“一個(gè)堿基對(duì)的替換是否一定會(huì)引起編碼的氨基酸序列發(fā)生改變？”展示圖1中的圖a、圖b和圖c，由學(xué)生分析、領(lǐng)悟堿基對(duì)的替換一定導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)的改變及可能帶來(lái)的同義突變、錯(cuò)義突變和無(wú)義突變；接著展示圖d，分析基因中插入一個(gè)堿基對(duì)時(shí)，翻譯成的氨基酸序列的變化，并進(jìn)行類比推理，當(dāng)該段基因中分別增添或缺失1個(gè)、2個(gè)甚至多個(gè)堿基對(duì)，以及增添或缺失3個(gè)或3n個(gè)堿基對(duì)時(shí)，翻譯成的氨基酸序列將如何改變，等等。通過(guò)這些例證使學(xué)生理解基因突變概念的內(nèi)涵在于基因結(jié)構(gòu)的改變，基因突變概念的外延包括堿基對(duì)的增添、缺失或替換。而通過(guò)“基因突變是否會(huì)帶來(lái)遺傳信息的改變？基因突變是否會(huì)帶來(lái)性狀的改變？”等問(wèn)題的討論，使學(xué)生能夠理解基因突變的結(jié)果：一定會(huì)帶來(lái)遺傳信息的改變，即產(chǎn)生了新的基因，且為原基因的等位基因，但有時(shí)卻不一定帶來(lái)性狀的改變。圖12利用已學(xué)知識(shí)理解基因重組的本質(zhì)奧蘇貝爾認(rèn)為，只有把新的學(xué)習(xí)內(nèi)容與已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中特別相關(guān)的部分聯(lián)系起來(lái)，才能有意義地習(xí)得新的內(nèi)容。如在進(jìn)行“基因重組”的教學(xué)時(shí)，由于學(xué)生已經(jīng)獲得了基因的自由組合定律和減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體交叉互換等相關(guān)知識(shí)，因此可直接讓學(xué)生分別繪制位于一對(duì)或兩對(duì)同源染色體上兩對(duì)等位基因的雜合子（AaBb）減數(shù)分裂過(guò)程圖，再分析得出只有雜合子的減數(shù)分裂過(guò)程才能發(fā)生基因重組，產(chǎn)生基因重組的配子，通過(guò)受精作用和個(gè)體發(fā)育表現(xiàn)出性狀重組，使學(xué)生理解減數(shù)分裂和基因重組的關(guān)系，然后歸納基因重組的概念。另外通過(guò)分析等位基因的來(lái)源是基因突變，加深對(duì)“基因突變是生物變異的根本來(lái)源，為基因重組奠定了基礎(chǔ)”的理解。學(xué)習(xí)了基因重組的相關(guān)內(nèi)容后，教師可以設(shè)置以下問(wèn)題：“基因重組一定是在有性生殖過(guò)程中發(fā)生的嗎？”提示學(xué)生回顧前面所學(xué)知識(shí)，聯(lián)系肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌的原因進(jìn)行思索。這樣做不僅能夠拓展學(xué)生思維的廣闊性，也使學(xué)生加深了對(duì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的理解，并對(duì)基因重組的外延進(jìn)行了擴(kuò)展，更為后面學(xué)習(xí)基因工程奠定了基礎(chǔ)。3利用圖表進(jìn)行染色體變異的教學(xué)圖表教學(xué)是一種常用的、簡(jiǎn)便靈活、直觀化的教學(xué)手段，它有著其他直觀手段無(wú)法替代的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，即圖表較為直觀、形象，容易被感知和理解，特別是在對(duì)抽象概念的講解上，可以說(shuō)是“一圖勝過(guò)千言萬(wàn)語(yǔ)”?！叭旧w變異”一節(jié)概念多、難點(diǎn)多，且較為抽象，在教學(xué)中可以充分利用圖表對(duì)這些難點(diǎn)進(jìn)行突破。染色體結(jié)構(gòu)的變異包含缺失、重復(fù)、倒位和易位等4種類型，通過(guò)展示下面的示意圖（見(jiàn)圖2），可直觀形象地說(shuō)明染色體結(jié)構(gòu)變異的類型以及帶來(lái)的結(jié)果。要注意引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分易位與染色體交叉互換帶來(lái)的基因重組之間、染色體的缺失與基因中堿基對(duì)的缺失之間的區(qū)別。圖2染色體數(shù)目的變異一般分為非整倍體變異和整倍體變異兩種類型，前者可通過(guò)展示21三體綜合征患者和性腺發(fā)育不全患者的染色體組成圖進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生容易理解。后者是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)，其中染色體組的概念比較抽象，是學(xué)習(xí)單倍體、二倍體、多倍體的理論基礎(chǔ)，因此是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)減數(shù)分裂的相關(guān)知識(shí)，所以教學(xué)時(shí)可先展示雄果蠅的精原細(xì)胞（見(jiàn)圖3A），由學(xué)生畫出該細(xì)胞減數(shù)分裂后形成的子細(xì)胞中的染色體組成（圖3中B、C），圍繞學(xué)生所畫的圖，引導(dǎo)學(xué)生分析精細(xì)胞中的染色體在形態(tài)、數(shù)目上與精原細(xì)胞的聯(lián)系與區(qū)別，以及精細(xì)胞中染色體之間的相互關(guān)系，從而總結(jié)出染色體組的概念，并使學(xué)生明確得出：在細(xì)胞分裂過(guò)程中，染色體數(shù)目的加倍或減半都是以染色體組為單位進(jìn)行的。對(duì)“一個(gè)染色體組攜帶著控制一種生物生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳和變異的全部信息”可先不予以解釋，待學(xué)習(xí)單倍體時(shí)以雄蜂為例再進(jìn)行解釋。當(dāng)染色體組概念形成后，可直接講授二倍體和多倍體的概念。然后讓學(xué)生根據(jù)自己的理解定義“單倍體”，學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)往往會(huì)定義為“由受精卵發(fā)育而成，體細(xì)胞中含有一個(gè)染色體組的生物”。這時(shí)可根據(jù)學(xué)生認(rèn)知過(guò)程中“受精卵”和“一個(gè)染色體組”兩者之間的矛盾，引發(fā)學(xué)生再探究的欲望。再通過(guò)介紹單倍體生物雄蜂的形成過(guò)程，說(shuō)明“一個(gè)染色體組中的所有染色體攜帶著控制一種生物生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳和變異的全部信息”，使學(xué)生領(lǐng)悟單倍體概念的實(shí)質(zhì)是由配子直接發(fā)育而成的個(gè)體，并嘗試建立單倍體的概念。這時(shí)教師可引導(dǎo)學(xué)生分析配子與正常體細(xì)胞染色體數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)而準(zhǔn)確建立單倍體的概念，即“含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體”。然后可通過(guò)“某植物含有6個(gè)染色體組，它的花藥離體培養(yǎng)出來(lái)的個(gè)體能否叫三倍體？”這一問(wèn)題，檢測(cè)學(xué)生對(duì)單倍體概念的理解情況。最后通過(guò)表1對(duì)單倍體、二倍體和多倍體進(jìn)行比較，使學(xué)生進(jìn)一步理解單倍體、二倍體和多倍體之間的區(qū)別與聯(lián)系。圖3多倍體育種和單倍體育種的學(xué)習(xí)是建立在以上概念的基礎(chǔ)上，可采用實(shí)例分析并結(jié)合流程圖（如圖4）的方法建構(gòu)知識(shí)。圖44引導(dǎo)學(xué)生自主探究人類遺傳病自主學(xué)習(xí)和自主探究有利于學(xué)生知識(shí)的構(gòu)建，會(huì)使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更加深刻，而且不僅能獲得知識(shí)，更能有效地促進(jìn)能力和情感態(tài)度與價(jià)值觀的形成。但學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主探究前需要教師必須做好充分的準(zhǔn)備工作，如提供相關(guān)背景資料、學(xué)生分組活動(dòng)的準(zhǔn)備，自主學(xué)習(xí)和自主探究后要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和反思?！叭祟愡z傳病”一節(jié)的教學(xué)可采用這種方法，上課前一周可將學(xué)生分成3組：一組選擇常見(jiàn)的單基因遺傳病，如紅綠色盲、高度近視等，布置學(xué)生進(jìn)行調(diào)查；一組搜集有關(guān)遺傳病的防治措施方面的資料；第3組搜集人類基因組計(jì)劃及其影響的資料。在調(diào)查前，教師應(yīng)先講述社會(huì)調(diào)查的一般流程，然后針對(duì)調(diào)查范圍、調(diào)查方法、調(diào)查指標(biāo)以及整理和分析獲得資料的方法進(jìn)行分組討論，制定出小組的活動(dòng)計(jì)劃，通過(guò)師生的共同分析，完善調(diào)查方案。要求各小組將調(diào)查和搜集資料活動(dòng)的結(jié)果以幻燈的形式在課堂上匯報(bào)。遺傳病的定義及特點(diǎn)是教學(xué)中的難點(diǎn)。教師可從學(xué)生日常常見(jiàn)的疾病著手設(shè)置情境，如“一個(gè)偏僻的山區(qū)，有一個(gè)家族，有好幾代人中都有呆小病患者出現(xiàn)；患有艾滋病的母親生了個(gè)HIV攜帶者的孩子；一個(gè)正常的母親生了個(gè)色盲的孩子……”引導(dǎo)學(xué)生分析哪些是遺傳病，接著設(shè)置一系列問(wèn)題：“家族性疾病都是遺傳病嗎？”“先天性疾病都是遺傳病嗎？”“遺傳病都是生下來(lái)就出現(xiàn)的嗎？”“后天性疾病都不是遺傳病嗎？”等等，由學(xué)生討論，通過(guò)對(duì)不同疾病的比較分析，得出遺傳病是指由于遺傳物質(zhì)改變而引起的疾病。同時(shí)也領(lǐng)悟到遺傳病可能是出生后即可見(jiàn)到，也可能是到達(dá)一定年齡才會(huì)表現(xiàn)的。然后通過(guò)討論“遺傳物質(zhì)發(fā)生改變后，是否一定會(huì)產(chǎn)生遺傳病？”總結(jié)出遺傳病具有垂直傳遞的特性，其本質(zhì)是生殖細(xì)胞或受精卵的遺傳物質(zhì)（染色體和基因）發(fā)生突變（或畸變）。這樣學(xué)生不僅明確了遺傳病的起因，而且對(duì)遺傳病的分類方式也做到了心中有數(shù)，通過(guò)自學(xué)就可以對(duì)遺傳病的類型進(jìn)行概括。在了解遺傳病類型的基礎(chǔ)上，學(xué)生容易理解對(duì)遺傳病進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)防的重要性。在上述基礎(chǔ)上，展現(xiàn)調(diào)查小組的調(diào)查結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生分析人類遺傳病的危害，從而過(guò)渡到對(duì)遺傳病進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)防的學(xué)習(xí)。在聽(tīng)完遺傳病防治措施的匯報(bào)后，教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，使學(xué)生明確遺傳咨詢、產(chǎn)前診斷的內(nèi)容和步驟。教師還可創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生通過(guò)分析具體的案例，對(duì)遺傳咨詢的過(guò)程和方法進(jìn)行體驗(yàn)和感悟。通過(guò)基因診斷的相關(guān)內(nèi)容引入人類基因組計(jì)劃，同樣可通過(guò)小組的展示匯報(bào)使全體學(xué)生了解人類基因組計(jì)劃的研究對(duì)象和目標(biāo)、工作進(jìn)展，最后可通過(guò)宣傳欄的形式展示人類基因組計(jì)劃的應(yīng)用價(jià)值及人類基因組計(jì)劃對(duì)科學(xué)、健康、社會(huì)等方面所產(chǎn)生的影響。5指導(dǎo)學(xué)生繪制本章概念圖建立概念與概念之間，以及概念與相關(guān)知識(shí)間的相互聯(lián)系，是學(xué)習(xí)的重要方法，而建立這種概念體系最好的方法就是構(gòu)建概念圖。概念圖以直觀形象的方式表達(dá)知識(shí)結(jié)構(gòu)，能有效呈現(xiàn)思考過(guò)