體驗(yàn)“假說(shuō)—演繹法”在果蠅雜交實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

摘 要：生物學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，教材上編排了很多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中若是照本宣科，不僅不能讓學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)的思路和意義，也不能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和理性思維。因此，實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求教師精心設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考。

關(guān)鍵詞：探究；實(shí)驗(yàn)；假說(shuō)

摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，是遺傳學(xué)中一個(gè)非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)。筆者在從教期間，也曾多次跟學(xué)生講過(guò)摩爾根的雜交實(shí)驗(yàn)，其中遇到了一些問(wèn)題，引發(fā)很多思考：

一、常規(guī)方案

很多教師在講這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候都曾和筆者一樣，按照教材上的順序、教參上的流程按部就班來(lái)講。第一步：先是介紹果蠅的雜交實(shí)驗(yàn)，然后讓學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。第二步：引出摩爾根的設(shè)想——控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體上不含它的等位基因。這種設(shè)想能夠很好地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。第三步：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生根據(jù)前面所學(xué)的知識(shí)，也能夠很快地設(shè)計(jì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演繹推理。并且教材上直接告訴我們摩爾根等人通過(guò)測(cè)交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一假設(shè)。第四步：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。這種方案，按部就班，逐步延伸，看起來(lái)似乎也是合情合理。

然而，筆者在教學(xué)中卻碰到了一系列的問(wèn)題。在學(xué)習(xí)了X、Y染色體的同源區(qū)段與非同源區(qū)段之后，有學(xué)生就對(duì)摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)提出了質(zhì)疑：為什么摩爾根只假設(shè)控制白眼的基因在X 染色體上，Y染色體上沒(méi)有相應(yīng)的等位基因？如果基因在X、Y染色體的同源區(qū)段，同樣可以解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且用教材上的測(cè)交實(shí)驗(yàn)也能夠驗(yàn)證這一結(jié)論！學(xué)生的質(zhì)疑很在理！隨后，筆者翻閱了眾多資料發(fā)現(xiàn)：人教版教材對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的解釋其實(shí)是隱含部分實(shí)驗(yàn)假設(shè)以及分析說(shuō)明的。所以，如果按教材上的內(nèi)容來(lái)給學(xué)生講解，勤于思考的學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

二、改進(jìn)后的方案

對(duì)本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)，我們要打破常規(guī)，另辟蹊徑，才能讓學(xué)生徹底弄明白這個(gè)實(shí)驗(yàn)的來(lái)龍去脈。摩爾根實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，不同的教師有不同的教法，筆者認(rèn)為用問(wèn)題探究法來(lái)貫穿這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以一舉多得。一方面，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)可以將“假說(shuō)—演繹法”體現(xiàn)得淋漓盡致；另一方面，也可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和問(wèn)題分析的能力。下面筆者簡(jiǎn)要介紹如何用問(wèn)題探究法來(lái)貫穿這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

首先展示教材上的摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，不難發(fā)現(xiàn)：不考慮性別，就果蠅的紅眼和白眼這一對(duì)相對(duì)性狀來(lái)看，上述遺傳很明顯是符合分離定律的。

問(wèn)題一：如若考慮性別，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何特別之處？（觀察實(shí)驗(yàn)，提出問(wèn)題）

學(xué)生很容易得出白眼性狀總是和性別相關(guān)聯(lián)。這個(gè)時(shí)候千萬(wàn)不要急于要學(xué)生解釋問(wèn)題。若是此時(shí)提出這個(gè)現(xiàn)象怎么解釋，學(xué)生會(huì)從教材中尋找答案，也就輕易地得出了摩爾根的假設(shè)。取而代之的是給學(xué)生展示以下圖片，并解釋X、Y染色體的同源區(qū)段和非同源區(qū)段的差異。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：

問(wèn)題二：請(qǐng)結(jié)合果蠅性染色體的圖解，判斷控制白眼的基因與性染色體的位置關(guān)系可能有幾種。可提出幾種假說(shuō)？（提出假說(shuō)）

有了前面的鋪墊之后，學(xué)生不難答出有三種假說(shuō)：

假說(shuō)一：控制白眼的基因在X染色體的非同源區(qū)段上，而Y染色體上沒(méi)有相應(yīng)的等位基因；

假說(shuō)二：控制白眼的基因在X、Y的同源區(qū)段上；

假說(shuō)三：控制白眼的基因在Y染色體的非同源區(qū)段上，而X染色體上沒(méi)有相應(yīng)的等位基因。

問(wèn)題三：三個(gè)假說(shuō)是否都合理呢？請(qǐng)說(shuō)明理由。（用假說(shuō)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）

根據(jù)摩爾根的果蠅的雜交實(shí)驗(yàn)不難判斷：假說(shuō)三明顯不成立，而假說(shuō)一和假說(shuō)二看似都是合理的。

問(wèn)題四：若假說(shuō)合理，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證假說(shuō)，并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、演繹推理）

結(jié)合前面所學(xué)過(guò)的孟德?tīng)柕膬纱蠖桑瑢W(xué)生一般會(huì)設(shè)計(jì)測(cè)交的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證假說(shuō)。加之人教版生物必修2教材第29頁(yè)中提到“從圖2-10可以看出，摩爾根等人的設(shè)想可以合理地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。后來(lái)他們又通過(guò)測(cè)交等方法，進(jìn)一步驗(yàn)證了這些解釋”。教材上的這兩句話給很多人造成一種誤解，誤認(rèn)為摩爾根是直接提出假說(shuō)一，然后通過(guò)測(cè)交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)交實(shí)驗(yàn)遺傳圖解如下：

然而，兩種假說(shuō)的測(cè)交實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有區(qū)別。測(cè)交實(shí)驗(yàn)既能驗(yàn)證假說(shuō)一，也能驗(yàn)證假說(shuō)二，但兩個(gè)假說(shuō)只有一個(gè)是成立的。所以，測(cè)交的實(shí)驗(yàn)方案在這里是不可行的。此時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考：

問(wèn)題五：通過(guò)比較假說(shuō)一和假說(shuō)二，能不能設(shè)計(jì)一個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)方案呢？（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、演繹推理）

學(xué)生在經(jīng)歷了失敗之后，思考欲會(huì)被大大地激發(fā)，思維也會(huì)變得更加活躍，最終會(huì)設(shè)計(jì)出果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的反交實(shí)驗(yàn)。圖解如下：

問(wèn)題六：以上反交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示：假說(shuō)一和假說(shuō)二會(huì)出現(xiàn)截然不同的結(jié)果。到底哪個(gè)假說(shuō)是成立的呢？（實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）

演繹推理之后，接下來(lái)我們需要做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。考慮到這個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)等條件的限制，不能在課堂上來(lái)實(shí)際操作，但根據(jù)前人所做的實(shí)驗(yàn)，反交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是紅眼∶白眼=1∶1，因此假說(shuō)一成立。

三、教學(xué)反思

學(xué)生在經(jīng)歷了這一連串的問(wèn)題之后，以假說(shuō)—演繹法為主線，通過(guò)提出假設(shè)—演繹推理—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—得出結(jié)論。特別是在推理過(guò)程中，自以為萬(wàn)能的測(cè)交實(shí)驗(yàn)在本節(jié)課中卻碰了壁，學(xué)生經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的交流合作、討論分析、推理論證之后，才得出正確結(jié)論。這樣的經(jīng)歷會(huì)給學(xué)生留下深刻的印象。在這堂課上，學(xué)生不僅體驗(yàn)了“假說(shuō)—演繹法”在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，還領(lǐng)略了科學(xué)探究的艱辛歷程，了解了科學(xué)家們勇于探索的科學(xué)精神，充分培養(yǎng)了學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。所以，教師在教學(xué)中要不斷地反思，對(duì)熟悉的知識(shí)要進(jìn)行陌生化處理，進(jìn)一步去思考、去探索所遇到的一些教學(xué)問(wèn)題。