以學科核心素養觀設計“孟德爾的豌豆雜交實驗（二） ”

劉文勝 李亞丹

“孟德爾的豌豆雜交實驗（二）”是人教版高中生物必修2第一章第一節的內容。從整個《遺傳與進化》模塊來看，把這一節內容編排在《減數分裂與受精作用》之前，是符合科學史發展歷程的，強調了科學史和科學研究方法的教育，讓學生體驗科學探索過程，對其獲取科學知識、提高學科核心素養具有重要作用。

確定基于學科核心素養的教學設計思路

聚焦問題解決，培養學生發現問題、解決問題的能力。問題解決是學習的本質。在本節內容教學過程中，教師利用教材內容創設問題情境，設計多層次的“問題串”，激發學生的思維發散意識，引導學生在“問題串”的解決中，逐漸將零散知識內化為“知識串”，構建成知識結構，甚至形成從本學科到跨學科的知識結構，體驗科學研究方法，提升學科核心素養。

貫穿“假說—演繹”，培養學生的科學思維和科學探究素養。教師設置層層遞進的問題，引導學生通過推理想象提出假說，再通過演繹推理對假說進行驗證。通過本節內容的學習，學生可以獲得遺傳基本規律的生物學知識，提升運用生物學規律預測與解釋可能的結果或發展趨勢的科學思維，還可以進行實驗設計與實驗實施，并能創造性地運用數學方法分析實驗結果，提升科學思維和科學探究素養。

確定基于學科核心素養的教學目標

依據普通高中生物學課程標準，制訂培養學生生物學學科核心素養的目標——

通過“問題串”引導學生分析和解決問題，并在解決問題中發現新問題，逐漸構建知識結構;通過遺傳實驗情境素材，體驗孟德爾遺傳實驗的設計思路、創新點和所運用的科學研究方法，并能設計、實施實驗方案，用數學方法分析實驗結果，從而提升科學探究素養;通過模擬實驗，了解孟德爾應用數學方法解決問題的創新之處，初步養成運用科學思維解決實際問題的能力，領悟并認同孟德爾嚴謹求實的科學態度，體驗勇于實踐的科學精神。

落實學科核心素養的教學過程

創設情境，導入新課。教師運用社會熱點創設問題情境，活躍學生的思維，激發學生學習興趣。首先，展示問題：如果你是袁隆平科研團隊的一員，目前有兩種品系的水稻，一種耐鹽堿能力強但產量低，另一種產量高但耐鹽堿能力差，你能培育出既耐鹽堿又高產的水稻嗎？學生思考后提出雜交方法。教師追問：兩個親本雜交能得到什么樣的后代？一定能得到我們期望的性狀組合嗎？學生進行初步的雜交實驗設計，并交流親本性狀可以組合的設想。教師指出：這節課我們將在一對相對性狀雜交實驗的基礎上，探索兩對相對性狀的雜交實驗及其背后的遺傳規律。

觀察現象，發現問題。借助多媒體，展示自然狀態下豌豆黃色圓粒和綠色皺粒的圖片，并設問：決定粒色的遺傳因子對決定粒形的遺傳因子有影響嗎？針對這一疑問，教師引導學生通過閱讀教材，了解孟德爾是如何去探究的，以此調動學生的想象力，為理解孟德爾提出的假說做鋪墊。然后，教師出示兩對相對性狀的雜交實驗過程，依次展示以下問題串：為什么F1全為黃色圓粒？F1自交后可能出現幾種性狀？新的性狀組合與親本性狀有什么關系？每一對相對性狀的遺傳是否遵循分離定律？在兩對相對性狀的雜交實驗中，9：3：3：1的數量比與一對相對性狀雜交實驗中的3：1有什么關系？學生思考討論后，教師引導學生分析得出：對每一對相對性狀單獨分析時遵循分離定律，但如果把兩對相對性狀聯系起來分析，會出現新的性狀組合及分離比，即親本的原有不同性狀進行了重新組合。最后，再從數學的角度分析出9：3：3：1的數量比是（3：1）2的展開式，是兩對相對性狀獨立遺傳結果3：1的乘積。

作出假說，模擬構建。教師和學生共同回顧孟德爾一對相對性狀遺傳實驗的設計思路及“假說―演繹”的科學研究方法，再引導學生嘗試對“為什么會出現性狀的新組合？為什么F2數量比例接近于9：3：3：1？”等新的實驗現象作出假說和解釋。由于內容比較抽象，教師要指導學生解釋的關鍵是F1產生了四種類型的配子。再通過模擬實驗，使學生親身體驗配子形成過程中遺傳因子的自由組合，將抽象內容具體直觀化。

假設1：粒色的黃色和綠色的遺傳因子用Y與y表示，粒形圓粒和皺粒的遺傳因子用R與r表示，學生思考：親本的遺傳因子該如何表示？產生的F1的遺傳因子組成是什么？根據假設，學生可以寫出雙親的遺傳因子分別為YYRR和yyrr，進而推出F1的遺傳因子組合為YyRr。

假設2：針對為什么會形成新的性狀組合，教師引導學生進行分析后，推測出決定不同性狀的遺傳因子之間進行了自由組合。那么，YyRr會產生什么類型的配子呢？請學生根據孟德爾的假說推測YyRr產生的配子種類和比例，即YR、Yr、yR、yr四種類型的配子，比例為1：1：1：1，再引導學生進行以下模擬實驗。

模擬實驗：假設某原始生殖細胞中含有控制兩對相對性狀的遺傳因子，同組的四位學生分別代表4個遺傳因子Y、y、R、r。教師將教具（分別貼有Y、y、R、r的4頂帽子）分發給學生，學生通過移動，可以展示在形成配子時，Y和y分開，R和r也分開，當一邊顯示YR組合時，另一邊為yr組合，而當一邊顯示Yr組合時，另一邊則為yR組合。學生陳述：在形成配子時，Y和y必須分開，R和r也必須分開，但Y是與R組合還是與r組合，則是隨機的。

假設3：豌豆受精時，F1產生四種類型的配子，受精時雌雄配子之間是隨機結合的，那么可能出現多少種類型的結合方式？F2中的性狀表現有多少種組合類型？遺傳因子的組成又有多少種？為了解決這些問題，教師引導學生繪制棋盤式的遺傳圖解。

構建F2類型棋盤圖：學生在學案上構建F1雌雄配子結合產生 F2的組合類型棋盤圖，并在教師的引導下找出規律。學生對F1的基因型和表現型進行歸納，統計性狀分離比 9：3：3：1與孟德爾實驗結果一致，師生共同得出孟德爾的假說具有一定合理性。在教師的引導下，學生將棋盤圖中相同性狀表現的相關基因連接起來，得出趣味“三角形”，結果見下圖。

最后，師生共同總結出：配子結合的方式有16種，遺傳因子組成有9種，表現型有4種。

演繹推理，實驗驗證。教師引導學生思考：孟德爾的解釋與自由組合現象的分離比一致，但孟德爾的解釋一定準確嗎？你能通過“演繹—推理”預測實驗結果嗎？應該選擇什么親本來進行測交實驗？學生討論、合作設計驗證實驗—測交，在學案上繪制遺傳圖解，得出預期和實驗的結果相同，說明孟德爾對自由組合現象的解釋是正確的。本環節的目的是使學生進一步體驗“假說—演繹”這一科學研究方法，學會用數學方法分析實驗結果，體驗科學家嚴謹的科學作風。

歸納總結，得出規律。教師和學生一起歸納總結兩對相對性狀的遺傳實驗，得出自由組合定律的實質。繼而，教師引導學生分組討論分離定律和自由定律的區別與聯系，進一步培養學生概括和表達的能力，并加強對核心概念的理解。最后，留給學生兩個思考問題：孟德爾實驗取得成功的原因是什么？對你有什么啟示？

（作者單位：福建省廈門市海滄中學）

責任編輯：李香玉