“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)(一)”一節(jié)的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)

李 健

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹人學(xué)校 210036)

1 教材分析

“孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)(一)”是人教版高中生物學(xué)教材《遺傳與進(jìn)化》第一章第一節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)的重點(diǎn)在于闡明基因的分離定律以及孟德爾的科學(xué)方法，難點(diǎn)是闡明基因的分離定律。孟德爾闡明分離定律的過程被稱為近代生命科學(xué)發(fā)展史上的“第一座智力高峰”，其演繹推理背后的思維過程是極有價(jià)值的教學(xué)素材。教學(xué)中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生理解孟德爾提出推論的過程，體驗(yàn)科學(xué)探究的方法，提高思維能力。在充分把握科學(xué)史材料的基礎(chǔ)上，將孟德爾在研究過程中所碰到的不能解釋的現(xiàn)象、問題逐一呈現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)他們以自主合作的方式順著孟德爾的思路發(fā)現(xiàn)問題、假設(shè)、演繹、提出推論，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證推論。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo) 概述基因分離定律的主要內(nèi)容。

2.2 能力目標(biāo) 嘗試以假說演繹的方式解釋性狀分離現(xiàn)象；模擬性狀分離現(xiàn)象產(chǎn)生的經(jīng)過。

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過程和方法，激發(fā)尊重科學(xué)、熱愛科學(xué)的情感。

3 教學(xué)過程

3.1 問題導(dǎo)入，展示孟德爾時(shí)代有關(guān)遺傳的主流觀點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生探究欲望 教師展現(xiàn)一家三口的照片，提出：為何子女常能兼具父母的特點(diǎn)呢？接著，簡要地介紹孟德爾，展現(xiàn)關(guān)于混合遺傳的資料：在孟德爾進(jìn)行豌豆雜交實(shí)驗(yàn)之前，普遍認(rèn)為雙親的遺傳物質(zhì)會(huì)在子代體內(nèi)混合，使子代表現(xiàn)出介乎雙親之間的性質(zhì)，這樣的遺傳稱為混合遺傳。教師設(shè)疑：那么這種觀點(diǎn)正確嗎？

3.2 引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,做出合理推論 分離定律揭示過程中最有價(jià)值之處在于孟德爾在假說演繹過程中做出推論的過程。教師課前收集孟德爾的論文和書信，按學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，對其中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了處理，在課堂上引導(dǎo)學(xué)生循著孟德爾的思維過程做出推論，體驗(yàn)孟德爾假說演繹的過程。

3.2.1 推論1：控制遺傳性狀的物質(zhì)不融合，不消失，獨(dú)立存在 教師介紹豌豆是自花傳粉和閉花授粉植物，只有進(jìn)行人工處理，才能完成豌豆雜交。然后展示純種高莖和矮莖豌豆進(jìn)行雜交，F(xiàn)1代出現(xiàn)的后代全是高莖。由此讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)混合遺傳理論可能有問題。接著，展示F1自交所產(chǎn)生的F2中高莖和矮莖的數(shù)量接近3∶1。由此提出：控制性狀的遺傳物質(zhì)在由親代傳遞給子代的過程中是否融合？有沒有消失？能否用混合遺傳的理論去解釋性狀分離現(xiàn)象？ 引導(dǎo)學(xué)生推論：控制性狀的遺傳物質(zhì)不消失、不融合，是獨(dú)立存在的。

3.2.2 推論2:遺傳因子成對存在 教師繼續(xù)提出：孟德爾稱控制性狀的遺傳物質(zhì)為遺傳因子，他用A表示控制高莖的遺傳因子，用a表示控制矮莖的遺傳因子。接著，引導(dǎo)學(xué)生觀察F2中出現(xiàn)矮莖的植株，提出：既然出現(xiàn)了矮莖這樣的性狀，那么證明此豌豆中肯定含有哪一種遺傳因子？引導(dǎo)學(xué)生答出矮莖豌豆中含有a，F(xiàn)2高莖豌豆和F1中肯定含有A。然后設(shè)疑：F2矮莖豌豆中的a是誰傳遞給它的？引導(dǎo)學(xué)生得出，在F1豌豆中至少含有一個(gè)A和a。然后引出顯性性狀和隱性性狀的概念，同時(shí)得出推論：遺傳因子至少是成對存在的，那么從最簡單的組合出發(fā)，矮莖的遺傳因子組成是aa。接著，教師設(shè)疑：那么在F2的高莖豌豆中，其遺傳因子的組成是怎樣的呢？(在F2代高莖豌豆中，其遺傳因子有可能是AA或者是Aa)可以通過什么方法進(jìn)行鑒別呢？(讓F2代高莖豌豆自交，看F3代中是否出現(xiàn)性狀分離)然后向?qū)W生展示F2代自交結(jié)果：在F2中，有1/3的高莖自交后代全部高莖，另外的2/3的高莖豌豆自交后代出現(xiàn)了高莖：矮莖為3∶1的分離比。由此得出：F2遺傳因子組成為AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1。教師再提出：孟德爾正是通過這樣的方法初步判斷F2代中豌豆的遺傳因子的組成(讓學(xué)生自覺想法與孟德爾的想法不謀而合，提高其學(xué)習(xí)的積極性)。

3.2.3 推論3：形成配子時(shí)，遺傳因子分開，分別進(jìn)入不同配子中，雌雄配子隨機(jī)結(jié)合 教師結(jié)合前面的推論提出：在F2代的豌豆中為什么會(huì)出現(xiàn)AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1這樣的結(jié)果呢？然后指出：根據(jù)推論，在F2代中具有遺傳因子為AA和aa的豌豆，那么大家想一想，雜合子F1在形成配子時(shí)，組成其的遺傳因子能否全部帶入配子中？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)豌豆須經(jīng)過精子和卵細(xì)胞的結(jié)合形成受精卵，再由受精卵發(fā)育成個(gè)體這一事實(shí)推論：在形成配子的時(shí)候只有A和a分開進(jìn)入不同的配子，然后同時(shí)與含有A或a的配子結(jié)合，才能產(chǎn)生AA和aa這樣的遺傳因子組成。教師繼續(xù)設(shè)疑：雌雄配子通過什么方式的組合，才有可能出現(xiàn)推論2中出現(xiàn)的AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1的結(jié)果？引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，并列出可能的組合方式(①隨機(jī)結(jié)合；②A和A結(jié)合、a和a結(jié)合)，通過演繹法推出按每一種配子結(jié)合的方式，F(xiàn)2代可能出現(xiàn)的遺傳因子組成，自主總結(jié)并得出推論3：形成配子時(shí)，遺傳因子分開，分別進(jìn)入不同配子中，雌雄配子隨機(jī)結(jié)合。

3.3 模擬實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)推論 教師將全班分為10個(gè)小組，每組發(fā)2只不透明的布袋子，每只布袋子中裝有黑白圍棋子各50顆，以此模擬可以產(chǎn)生兩種配子的雌雄生殖器官。并規(guī)定白棋子代表A，黑棋子代表a，每組派1位組員分別從2只袋子中隨機(jī)抓取1只棋子組合在一起，由另一位組員統(tǒng)計(jì)每次遺傳因子組合類型。第1組進(jìn)行10次這樣的模擬，從第2組到第10組依次遞增5次增加模擬次數(shù)，這樣第10組的模擬次數(shù)為55次。然后讓小組分別匯報(bào)本組統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，并將10組的數(shù)據(jù)匯總。正常情況下，模擬的次數(shù)越多，其結(jié)果越接近理論值。設(shè)置此環(huán)節(jié)的目的是讓學(xué)生體會(huì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)是建立在足夠多的樣本容量基礎(chǔ)上的。

3.4 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證推論 教師提出：如何用實(shí)驗(yàn)證明推論是正確的呢？想一想，所做的推論中哪一個(gè)推論能直接解釋性狀分離現(xiàn)象？(推論3即“形成配子時(shí)，遺傳因子分開，分別進(jìn)入不同配子中，雌雄配子隨機(jī)結(jié)合”可以直接解釋分離現(xiàn)象)然后提出：怎么通過實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證這一推論呢？讓學(xué)生認(rèn)識(shí)驗(yàn)證推論3的關(guān)鍵在于驗(yàn)證F1產(chǎn)生了A和a兩種配子，并給出 F1代高莖豌豆、純合高莖豌豆和純合矮莖豌豆實(shí)驗(yàn)材料，提出：你能否從所給材料中選取一株與F1雜交，利用其后代出現(xiàn)的表現(xiàn)型及其數(shù)量比來判斷F1產(chǎn)生了幾種配子？(即選取F1和純合矮莖雜交，通過看其后代高莖和矮莖是否為1∶1來判斷F1是否產(chǎn)生了兩種配子)展示測交的結(jié)果：F1和純合矮莖雜交，其后代高莖：矮莖為1∶1。由此使學(xué)生認(rèn)識(shí)測交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證F1為雜合子，從而證明推論。最后，讓學(xué)生歸納總結(jié)出分離定律。

4 教學(xué)反思

在教學(xué)實(shí)踐中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生很難把握孟德爾對性狀分離現(xiàn)象的解釋，進(jìn)而影響其對分離定律的理解。究其原因，主要是在教學(xué)環(huán)節(jié)中缺乏對孟德爾提出推論背后思考過程的挖掘。因此，本節(jié)教學(xué)嘗試應(yīng)用科學(xué)史的材料，著重引導(dǎo)學(xué)生以探究的方式，通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、演繹和推理，以及模擬和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等方式，在充分理解推論提出過程的基礎(chǔ)上把握分離定律的含義和實(shí)質(zhì)。由于孟德爾的思維方式的獨(dú)特性和創(chuàng)造性，本節(jié)教學(xué)中需要特別注意的是，將科學(xué)史材料進(jìn)行符合中學(xué)生物學(xué)教學(xué)規(guī)律的處理，引導(dǎo)學(xué)生循著孟德爾的思維方式做出符合當(dāng)時(shí)歷史認(rèn)知水平的推論。