在構建重要概念中發展科學思維

姚浪平

“基因的顯性和隱性”一節是《義務教育生物學課程標準（2022年版）》所選取的七大主題中第六大主題“遺傳與進化”的重要內容。本文引導學生在構建“生物體的性狀主要由基因控制”這一重要概念中發展科學思維。

一、重返經典實驗，發現問題

資料1：奧地利植物學家孟德爾選擇“具有多種相對性狀，易于區別，同時是自花傳粉、閉花受粉，在自然狀態下是純種”的豌豆作為實驗材料，進行多次豌豆雜交實驗。1865年，孟德爾通過實驗發現了遺傳規律，解釋了性狀遺傳的現象。

分析資料1，學生發現其他科學家也做過豌豆實驗，卻沒有發現遺傳規律，為什么孟德爾能推開“遺傳學大門”呢？

資料2：孟德爾把高莖豌豆和矮莖豌豆作為親代（用P表示）播種，他通過人工授粉的方式將矮莖豌豆的花粉授給高莖豌豆（或相反），發現長出來的雜交子一代（簡稱子一代，用F1表示）全是高莖豌豆。

筆者進一步展示“黃色豌豆和綠色豌豆、圓粒豌豆和皺粒豌豆等雜交實驗”的實驗結果，學生發現雜交子一代都只出現了這些相對性狀的其中一種性狀，對這種現象產生疑問。

筆者提出問題：高莖豌豆和矮莖豌豆雜交生成的子一代為什么都是高莖的，在這個過程中傳下去的是高莖這種性狀嗎？學生提出各自的猜想，但無法證實。筆者提出孟德爾當時也對這種現象存在疑問和作出假說，但他還通過實驗來研究，引導學生繼續探索孟德爾的豌豆雜交實驗。

資料3：孟德爾繼續把F1高莖豌豆得到的種子種下，長成的植株（子二代，用F2表示）有高莖也有矮莖，矮莖的數量比高莖少得多。與此同時，查爾斯·達爾文也在做類似的金魚草實驗，他發現F2中正?；ǖ臄盗慷?，異?；ǖ臄盗可?，和孟德爾豌豆雜交實驗F2中看到高莖豌豆多、矮莖豌豆少是類似的。

學生通過F2的實驗結果得出控制矮莖性狀的基因并沒有消失，也有在親子代間傳遞，但也迎來了第二個問題：為什么子二代中又出現了矮莖性狀，而且矮莖比高莖要少得多呢？筆者引導：達爾文等科學家也發現了類似的現象，卻無法解釋原因，孟德爾是如何分析和解釋的？

資料4：孟德爾推開“遺傳學大門”的關鍵之一：用統計法分析F2高莖和矮莖的數量，發現1064株F2植株中，787株是高莖，277株是矮莖，高莖與矮莖比值接近3∶1。他還對種子的形狀等6種相對性狀進行實驗研究，發現類似現象：F2都出現了性狀分離，且比例均接近3∶1?？磥?，F2中出現3∶1的性狀分離比不是偶然。

在通過統計學分析F2結果發現比例規律后，學生明確了要進一步探究的問題：為什么遺傳性狀在子二代中會按3∶1的比例出現呢？學生帶著問題，在學案的引導下進行合作探究。

二、小組合作探究，解決問題

四人小組展開模擬實驗：每個小組提供2個紅色球、2個透明球；可用紅色球模擬控制高莖的基因，透明球模擬控制矮莖的基因，根據小組的猜想情況來確定使用球的數量。

根據學生的討論和認知情況，展示以下分析過程，請學生分析以下3種情況是否正確：（1）高莖（D）×矮莖（d）→高莖（D）；（2）高莖（Dd）×矮莖（dd）→高莖（Dd）；（3）高莖（DD）×矮莖（dd）→高莖（Dd）。

學生聯系已有知識，判斷出情況（3）是正確的。并在筆者引導下分析得出：子一代（Dd）的生殖細胞，有的含有D基因，有的含有d基因，生殖細胞隨機結合。

通過模擬實驗和表格法讓學生更加形象、清晰地理解控制相對性狀的一對基因的傳遞特點，有助于對孟德爾豌豆雜交實驗的結果進行分析，理解相對性狀與顯性基因、隱性基因的關系。結合實驗，以問題推進的方式，引導學生逐步得出結論。

隨堂進行三道經典選擇題的練習以及一道筆者改編的題目，讓學生及時地鞏固知識，查漏補缺并聯系生活，運用所學的科學方法解釋生活中的遺傳現象。

最后引導學生課后閱讀學案中“點撥發散”的科學史，并思考：孟德爾有什么品質？對你有什么啟發？以此讓學生進一步感悟科學家嚴謹求實、努力探索的科學精神。

責任編輯 李少杰