從培養學生科學思維的視角例談遺傳學教學

王建武 張文英 費 楊

（1 長江大學農學院 湖北 荊州 434025； 2 長江大學醫學院 湖北 荊州 434023）

培養學生的科學思維是教育的核心[1]。遺傳學是生命科學最重要的分支之一，其教學內容蘊含著許多科學思維的原則和方法。本文以分離定律的教學為例，將科學思維能力的培養貫穿于整個教學過程，使之成為提升學生科學素養的有效途徑[2]。

1 科學研究思路

通過復習回顧遺傳學發展的兩大階段，即經典遺傳學與現代遺傳學，引導學生分析比較二者的研究思路，繼而總結出經典遺傳學是由表及里的正向遺傳學研究思路，即通過雜交等手段觀察表型的變化來推知基因的存在和變化。而現代遺傳學則是由里及表的反向遺傳學研究思路，即通過DNA 重組等技術精確改造基因的結構以確定這些變化對表型的直接影響。遺傳學不斷發展更新，但經典遺傳學的內容更體現研究理念，具有不可替代的方法論指導作用，能夠激發學生對經典遺傳學的學習興趣，并確立學生自主探索分離定律的科學認知路線。

2 科學研究方法

2.1 簡單原則。教師提問：豌豆植株如此繁多的性狀該如何研究？在學生積極思考的過程中，教師進一步點撥：科學研究遵從簡單原則，即把復雜的系統分解為簡單的要素來研究。面對復雜的自然界，要想認識它往往很難下手，但有了簡單性的科學準則，就可以避免復雜信息的干擾，更容易獲得自然的簡單性本質。例如，在紅花豌豆和白花豌豆的雜交試驗中，我們只注意花色這個性狀的遺傳方式，而不考慮株高等其它性狀。

2.2 差異原則。教師提問：為什么要選擇花色存在差異的紅花豌豆和白花豌豆進行雜交試驗？教師進一步啟發學生：科學研究遵從差異原則，即通過事物間的差異分析尋找其內在的聯系和規律。這也正是科學家想方設法創造各種突變體的緣由所在，通過對野生型與突變體的差異進行深入分析研究，有利于挖掘相關性狀的關鍵基因及其分子機理。

2.3 重復原則。通過圖示豌豆雜交試驗過程，引導學生對觀察到的遺傳現象進行歸納總結：紅花豌豆和白花豌豆雜交，F1只表現出紅花，F2同時表現出紅花和白花，且比例接近3∶1。教師提問：上述試驗結果真實可靠嗎？怎樣確保其真實性？教師進一步點撥：科學研究遵從重復原則，即為了確保科學事實并非偶然或巧合，進行重復實驗來確認事實的一種科學研究方法。可具體分為真重復和準重復兩種，前者是對實驗過程和統計測試進行重復，后者則通過改變物種等方式實現對于實驗假說的重復檢驗[3]。孟德爾在其他6對相對性狀的雜交試驗中都獲得同樣的試驗結果，以及利用測交法對遺傳因子假說進行驗證均是重復原則在科學研究中的具體體現。

2.4 假設—演繹原則。按照經典遺傳學由表及里的認知路線，教師提問：決定豌豆花色遺傳現象的內在本質規律是什么？教師進一步啟發學生：探索事物本質規律應遵從假設— 演繹原則，即根據一般原理，先對被研究對象的性質和規律做出推測，即假說，然后運用演繹推理的方法推導出一些具體的結論，并把這些結論應用于對具體現象的說明和解釋。教師引導學生推測豌豆花色是由體內可遺傳給后代的某種因子決定的，即遺傳因子(基因)。把控制豌豆花色的基因用符號C/c 來表示，用C 表示控制顯性性狀紅花的基因，用c 表示控制隱性性狀白花的基因。教師繼續引導學生演繹推理，雙親通過授粉受精將各自的基因C和c 遺傳給了F1，即Cc，由此可推斷出生物體內基因是成對存在的，一個來自父本，另一個來自母本。通過對F1表型和基因型的比較分析可推知，顯性基因C與隱性基因c 同時存在時，只有顯性基因C 起作用，這樣就很好地解釋了F1只表現出紅花的遺傳現象。教師繼續提問：F1消失的白花為何又在F2出現了？教師進一步引導學生演繹推理，F2白花一定是F1產生的雄配子c 和雌配子c 受精結合成cc 發育而來，由此可以推斷出F1形成配子時Cc 時要彼此分離，繼而形成C和c 兩種配子。教師進一步提問：為什么F2的紅花和白花比例是3∶1？教師鼓勵學生進行大膽的合理假設，即F1形成的C 和c 兩種配子數目相同，而且雌雄配子自由結合。由此假設即可推理出F2將會產生三種不同比例的基因型，即1CC∶2Cc∶1cc。將基因型比例轉換成表型比例即可圓滿解釋F2的紅花和白花比例是3∶1 的遺傳現象。

2.5 深入研究原則。科學研究是一個從淺層研究到相對深層研究的動態變化過程。在歸納總結分離定律內容的基礎上，教師進一步激發學生的探索欲望，提問：控制豌豆花色的基因C/c 到底是誰？它又是如何控制豌豆的花色？教師適當引入科技文獻研究成果，控制豌豆花色的基因是花青素合成酶基因ANS，其轉錄翻譯成花青素合成酶催化無色花色素產生花青素，在花瓣中積累而呈現出紅色，而白花中沒有花青素積累就是缺少該基因的表達[4]。

3 結語

本課程教學是以學生為中心、教師為主導，通過創設問題情境，激發學生的探索欲望，使學生以發現者、研究者、探索者的身份重新構建知識的理論體系，形成一次對知識和技能綜合應用的過程，為深入的專業學習和科學研究奠定基礎。據統計，筆者所在單位2018 級和2019 級學生參與課題組科研任務的人數比例高達65%。因此，為了讓學生更好的融入科研，在教學中培養學生科學思維能力顯得非常重要，需要一線教師不斷地去加強和完善。