生物2：遗传与进化生物学知识的优化

《遗传与进化》是高中生物课程内容的必修模块之一，内容包括：遗传的细胞基础、遗传的分子基础、遗传的基本规律、生物的变异、人类遗传病和生物的进化六部分。

（一）学生学习本模块的目的和意义

在广阔无垠的自然界里，唯有生物具有繁衍后代的能力，所谓的“生生不息、生命不止”，就是对生命延续性所做的富有哲理的概括。近50多年来，科学家们不仅阐明了生物传宗接代的过程，而且揭示出生物的代谢、生殖、发育、遗传和进化的奥秘，尤其是克隆、基因工程、人类基因组计划等取得的重大成果，预示着21世纪的生命科学发展将对人类科技、经济、政治和社会发展产生决定性作用。随着人类社会的进步和物质生活的日益丰富，人们更加珍爱生命和追求健康，更加重视学习生命科学知识。《遗传与进化》是介绍有关生命的延续和发展、人类的优生和优育，以及控制人口快速增长和改善遗传素质的基础知识。因此，学生学习本模块内容，不仅对深刻认识生命的本质和价值，认识生物界及生物多样性，形成生物进化的观点和树立正确的自然观有着重要意义，而且对领悟生命科学对促进经济与社会发展，增进人类健康也是十分重要的。本模块的学习目标是：

1.知识性目标

（1）阐明减数分裂是细胞有丝分裂的特殊方式；举例说明配子成熟和融合的过程。

（2）简述科学家认识遗传物质的过程；概述DNA分子结构的主要特点；说明基因与遗传信息的关系，以及遗传信息传递和表达的方式。

（3）描述孟德尔以豌豆为材料的遗传实验，阐明基因的分离规律和自由组合规律；举例说明基因与性状的关系；概述位于性染色体上的基因传递及表现的特殊性。

（4）举例说出基因重组及其意义，通过典型实例分析说明基因突变的特征和原因，简述染色体结构变异和数目变异；举例说明诱发突变和染色体倍性变化在育种上的应用。

（5）根据遗传基础的差异，对人类遗传病进行分类；概述人类遗传病产生的原因、监测和预防的方法，简述人类基因组计划及其意义。

（6）说明现代生物进化理论的主要内容；概述物种形成的机理；描述生物进化历程及生物多样性的形成。

2.技能性目标

（1）观察细胞减数分裂的玻片标本，识别减数分裂过程发生的染色体变化，或者制作用于演示减数分裂时染色体变化的图片。

（2）搜集和交流DNA分子结构模型建立过程的资料，制作DNA分子双螺旋结构模型。

（3）尝试植物或动物性状分离的杂交实验，并用P矩阵预测杂种后代性状分离的概率。

（4）尝试在4℃下处理植物的分生组织细胞，探究低温能否诱导染色体加倍。

（5）调查某种常见的人类遗传病，搜集和交流人类基因组或基因诊断和治疗研究方面的资料。

（6）搜集和交流生物进化理论发展的资料，用DNA分子杂交的模拟实验来鉴定人猿间的亲缘关系，用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化。

3.情感性目标

（1）主动搜集有关现代遗传学发展的资料，积极参与有关探索遗传奥秘的调查、观察、模拟或探究活动，提高学习兴趣和增强学习主动性。

（2）关注现代遗传学的迅速发展，认同遗传学研究的新成就对解决人类面临的问题具有重大的价值，积极思考遗传学与其他自然科学和人文科学的联系，为普及遗传学知识做出贡献。

（3）在进行遗传调查和实验活动中，善于从自己亲身经历的事物中发现问题和提出问题，大胆作出假设和进行自主性探究，养成实事求是的科学态度和培养勇于创新与合作的科学精神。

（二）本模块在高中生物课程中的地位

高中生物课程分为必修和选修两部分，《遗传与进化》是三个必修模块之一，它不仅与必修部分的其他模块共同构成一个相对完整的知识体系，成为高中生物学的核心内容，而且与三个选修模块的某些内容联系紧密，成为继续学习相关知识的必要基础。

1.本模块在必修部分的地位

高中生物课程的必修模块，主要是从微观和宏观两个方面引导学生学习和掌握生命科学最基本的概念、原理和理论，以及相关知识在实践中的应用。其中，《分子与细胞》立足于细胞水平、亚细胞水平乃至分子水平上阐述生命的本质；《遗传与进化》不仅从微观层面上阐述生命的延续性，而且立足于整个生物界，从宏观层面上阐述生命的发展过程、原因和结果；《稳态与环境》则从宏观层面上阐述生命系统通过自我调节保持稳态并适应外界环境，生态系统通过自动调节作用在结构与功能上达到和谐与统一。因此说，三个必修模块构成一个相对完整的知识体系。

生物通过生殖和遗传实现生命的延续和种族的繁衍，通过进化实现生命的发展。在《遗传与进化》模块中，选取减数分裂和受精作用等内容，目的在于揭示生命延续的细胞学基础。显然，这部分内容必须以细胞周期及细胞有丝分裂等知识为基础。观察减数分裂及识别细胞内染色体变化的实验操作，也必须以观察细胞有丝分裂的技能训练为前提。本模块选取DNA分子结构及其遗传基本功能，遗传和变异的基本原理及应用等内容，目的在于阐明遗传物质及其作用原理，以及基因传递、重组和改变的模式，生命分子和细胞结构是这部分内容的必要基础。显示DNA与RNA在细胞中分布的观察实验，则有助于学生深入理解DNA与RNA之间的遗传关系。本模块还选取现代生物进化理论和物种形成等知识，目的在于概述原始生命出现后的发展历程以及生物进化的原因和结果，大自然的定向选择促进生物进化，全球生物多样性和适应性是自然选择的结果。正因为生命的发生和发展的历程显示出生物与环境相互作用的关系，所以这部分知识又成为学生进一步学习和理解生态学知识的基础。(www.xing528.com)

2.本模块与选修模块的内在联系

《遗传与进化》模块的某些内容，与选修模块中的相关内容联系紧密。例如，选修模块涉及的避孕原理和方法、人工授精、试管婴儿等生殖技术，都是以减数分裂和受精作用为必要的知识基础；克隆、基因工程、基因诊断和基因治疗，以及PCR技术和蛋白质工程等内容，则是以基因及其遗传信息的传递和表达为基础的。此外，选修模块介绍的现代生物技术在育种中的应用，实际上是对选择育种、辐射育种、单倍体和多倍体育种原理的拓展和引申。因此，选取本模块的内容时，既要重视联系生活、生产、社会及其与技术科学的综合，又要关注与选修模块中相关内容的衔接，避免前后出现不必要的重复。

（三）本模块课程内容的要求

本模块内容包括：遗传的细胞基础、遗传的分子基础、遗传的基本规律、生物的变异、人类遗传病和生物的进化六部分，每部分内容就是一个相对独立的知识单元，对各个单元课题内容的要求分别阐述如下：

1.“遗传的细胞基础”部分

本部分内容包括减数分裂、配子形成和受精作用等单元知识点。要求是：以人或高等动植物为例，说明减数分裂的发生部位、时间、过程和结果，形成减数分裂的概念；结合图解阐明减数分裂过程中染色体的动态变化；观察细胞的减数分裂，或者制作模拟减数分裂时染色体变化的图片。图示动物精子生成过程的分期，说明各个时期细胞结构的动态变化；比较说明卵细胞生成与精子的异同；简述配子的作用。以人为例说明受精部位、时间、过程和影响因素；概述被子植物的双受精过程。

2.“遗传的分子基础”部分

本部分内容的知识点有：对遗传物质的认识过程、DNA分子结构、基因和遗传信息、遗传信息传递和表达等。要求是：分析肺炎球菌转化实验和噬菌体浸染细菌实验的结果，证实DNA是遗传物质；分析烟草花叶病毒（TMV）感染实验或TMV与HR（霍氏车前病毒）重建实验的结果，证实RNA也是遗传物质；概括遗传物质的特征。简述DNA分子的结构层次；阐述DNA分子链（一级结构）的结构稳定性；图解DNA分子双螺旋结构模型的基本要点，说明DNA分子构型的稳定性、特异性和多样性；搜集J.D沃森和F.H.C.克里克建立DNA分子双螺旋结构模型的资料，制作一个DNA分子双螺旋结构模型。简述基因与性状、基因与DNA、基因与染色体、基因与遗传信息的多重关系，形成基因的概念；举例说明基因与遗传信息的关系。概述DNA复制的时间、过程、条件、分子基础和特点，揭示DNA复制的实质；概述遗传信息转录的场所、模板和过程，揭示遗传信息的翻译过程是信使RNA、核糖体和转运RNA三者协同作用的结果，概述中心法则。

3.“遗传的基本规律”部分

本部分内容的知识点有：孟德尔的遗传实验、孟德尔定律、表型和基因型、伴性遗传等。要求是：简述豌豆作实验材料的优点，描述孟德尔的豌豆杂交实验程序，说出孟德尔收集、整理和解读数据的方法，概述孟德尔研究的杰出贡献。简述孟德尔发现遗传定律的实验依据，假设及推测，验证及结论；用现代遗传学的研究成果，阐明杂合体内等位基因之间的相互作用，以及配子形成时等位基因分离和非等位基因之间随机重组的细胞学基础；尝试植物或动物性状分离的杂交实验。举例说明基因型是性状表现的决定因素，杂合体内等位基因的相互作用对其表型的影响，阳光、温度、营养性激素等发育条件对基因表型效应的影响，以及杂合体内非等位基因的相互作用对其表型的影响。以人类红绿色盲或血友病为例，简述人类性状遗传的研究方法；分析红绿色盲的调查资料并提出问题，对控制红绿色盲遗传的基因及座位作出假设，推测X连锁隐性基因表型效应与性别的关系及其传递方式的特殊性，列举检验假设的方法；对性染色体上的基因的传递方式和遗传表现加以归纳，形成伴性遗传的概念。

4.“生物的变异”部分

本部分内容的单元知识点有：基因重组、基因突变、染色体变异、变异与育种等。要求是：从广义上列出基因重组的类型，结合减数分裂中染色体行为简述基因重组的细胞学基础；举例说出基因重组的意义。图解镰状细胞贫血的病因，形成基因突变的概念；简述基因发生突变的时间、原因和遗传效应（分子病或代谢缺陷）；举例说明自然突变的特征，简述基因突变的意义。简述染色体变异的类型和导致生物变异的原因，图示染色体的结构变异；以果蝇的染色体组型为例，解说染色体组的概念；列举自然界中常见的染色体数目变异类型，简述多倍体植物和单倍体植物的特征和来源。简述人工诱变的方法，列举辐射育种的成就；举例说出多倍体育种和单倍体育种的程序，简述人工诱导染色体加倍性的一般原理；尝试用低温诱导植物分生组织使细胞内染色体加倍。

5.“人类遗传病”部分

本部分内容的单元知识点有：人类遗传病的类型、遗传病的检测和预防、人类基因组计划等。要求是：简述人类遗传病产生的原因和特点；说出医学遗传学对遗传病的分类原则，列出遗传病的类型；举例说出各类单基因病的遗传方式和患病率；列举染色体病对新生儿的严重危害；调查某种常见的人类遗传病。说出遗传病的产前诊断与优生的关系，图示产前诊断的程序，简述羊膜穿刺术和核型分析在产前诊断中的作用；说出遗传咨询与优生的关系，简述遗传咨询的一般方法；搜集和交流基因诊断和治疗研究方面的资料。说出人类基因组计划的研究对象和目标，简述人类基因组计划的研究成果和意义；概述人类单体型计划的对象和目标，说出人类单体型计划与人类基因组计划之间的关系；搜集和交流有关人类基因组研究方面的资料。

6.“生物的进化”部分

本部分内容的知识点有：现代生物进化理论简介、物种形成、生物进化的历程与生物多样性的形成等。要求是：在初中学习达尔文自然选择理论基本观点的基础上，说明现代生物进化理论的主要内容。简述生物进化的大体过程，列举生物进化历程中出现的重大转折及其深远意义；阐述魏泰克提出的五界说的分类原则，说明五界说的理论意义。

（四）教学策略、教学活动的建议

教学策略的选择和教学活动的安排受多种因素的制约，就其教学内容而言，本模块各部分知识类别的差异很大，因此，教学的策略选择和活动安排应有所侧重。

“遗传的细胞基础”部分，以“原始生殖细胞——配子——受精卵”为知识链，以配子生成与融合为核心，主要讲述减数分裂和受精过程中细胞结构（主要是染色体）的动态变化。观察细胞的减数分裂，是要验证在配子生成过程中确实发生了染色体数目减半的变化，有条件的学校可组织学生观察牡丹或玉米花粉母细胞的减数分裂。以人为例讲述受精作用，不仅便于营造良好的教学情境，而且有利于引导学生认识配子在传宗接代过程中的作用，从而达到本模块教学的终极目标。

“遗传的分子基础”部分，以“DNA—基因—遗传信息”为知识链，以遗传物质及其作用原理为核心，主要讲述遗传信息的贮存（编码），复制（传递）、转录和翻译（表达）的方式。科学家们是通过实验认识到核酸是遗传物质的，为学生提供一些经典实验研究的资料，引导他们通过分析实验结果而认识到DNA和RNA是遗传物质，不仅使他们深刻理解遗传物质的特征，而且感受到科学家探索遗传奥秘的思维方式。DNA分子结构的教学，应充分运用相关的挂图和模型，引导学生领悟DNA分子双螺旋结构模型的基本要点，以及DNA分子构型的稳定性、特异性和多样性。组织学生搜集J.D.沃森和P.H.C.克里克建立DNA分子双螺旋结构模型的资料，制作一个DNA分子双螺旋结构的模型，目的在于促使学生通过自主性学习和研究活动拓展和引申有关DNA分子结构方面的知识。基因和遗传信息的教学应以学生自主性解读信息为主，在教师的点拨下，由学生自己提取出基因概念的要素，表述基因和遗传信息的关系。遗传信息的传递和表达是遗传物质作用原理的核心内容，教学时教师要先引导学生明确该原理揭示的问题，找出这个原理包容的基本要点，进而借助于相关的教学设备解析重点和难点，最后师生共同进行总结归纳。

“遗传的基本规律”部分，以孟德尔的遗传研究与发现为知识链，以基因的遗传方式为核心，主要讲述等位基因的遗传行为和非等位基因之间的遗传关系。学生在初中阶段已经了解了一些孟德尔的事迹，在高中阶段以“孟德尔对遗传学的杰出贡献”为专题，组织小型的师生研讨活动，则有助于促进学生的自主学习。孟德尔发现遗传定律的研究程序，最适于引导学生领悟科学探究的一般模式，在分离规律的教学中可组织学生开展讨论专题，如孟德尔从豌豆杂交实验的结果中发现和提出的问题及性质，孟德尔构想遗传因子假说的背景，他是怎样预测杂交实验结果、对假说进行检验、分析数据并得出结论的；进而教师再引用现代遗传学的研究成果，阐明杂合体内等位基因之间的相互作用，以及配子生成时等位基因分离的细胞学基础；最后引导学生从配子是上下两代相连续的桥梁人手，概括分离规律的基本论点并揭示其遗传实质。自由组合规律的教学活动，则应继续引导学生进一步感受科学家是怎样拓展其思维空间和创新的。

“生物的变异”部分，以可遗传变异的来源、起因和特征为知识链，以基因突变和染色体倍性为核心，主要讲述遗传物质的改变及其引起的表型变化。学生虽然了解一些生物变异的现象，但对于基因突变和染色体畸变的原因及特征知之甚少。因此，教学时首先要为学生提供足够的感性材料，引导他们把握材料的关键特征，从感性认识上升到理性思维，形成基因突变和染色体组等核心概念。然后，教师举例说明基因突变或染色体倍性的特征和引起的遗传效应，以及我国在诱变育种和染色体倍性育种方面的应用。

“人类遗传病”部分，以遗传病的病理、诊断和预防为知识链，以遗传与优生为核心，主要讲述人类遗传病的常识性知识。学生习得基因突变和染色体畸变等知识后，不难理解遗传病依据其病理进行的分类；教学时可启发学生尝试对遗传病加以分类，然后利用典型遗传病例的系谱图，引导学生探索各类遗传病的传递规律和子女发病的风险率。禁止近亲结婚、遗传咨询和产前诊断，都是实现优生和改善人类遗传素质的重要措施。通过遗传规律的教学，学生已经理解禁止近亲结婚与优生的关系。遗传咨询和产前诊断的教学，可以先启发学生思考和讨论“如何降低非近亲结婚子女发生遗传病的风险？”这个话题，当他们意识到婚前优生咨询和产前优生诊断的必要性时，教师再以讲授形式介绍遗传病诊断和预防的主要措施。

“生物的进化”部分，以现代生物进化理论的基本观点为知识链，以地球上生命的发展（新物种形成）为核心，主要阐述生物进化的原因、过程、趋势和结果等问题。达尔文的自然选择学说是现代生物进化理论的基础，所以，现代生物进化理论的教学可以从对自然选择理论的评价开始，针对自然选择理论的局限性，教师再结合实例逐一地阐述现代生物进化理论的基本观点，并引导学生运用现代生物进化理论的观点解释加拉帕戈斯群岛上13种地雀形成的方式。学生对生物进化的过程和生物多样性的形成有一定的知识基础，教学时应以自主学习为主，要点拨学生查找生物进化的趋势、模式和结果，并构建有关生物进化的知识体系。