劉曉文

[摘 要]以基因在染色體上的探索歷程為主線，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)發(fā)展的腳步，體會(huì)類比推理和假說演繹兩種科學(xué)方法的內(nèi)涵，體驗(yàn)科學(xué)家大膽質(zhì)疑和勤奮實(shí)踐的科學(xué)精神。

[關(guān)鍵詞]生物科學(xué)史 基因 染色體 探究 類比推理 假說演繹

《 普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》提出：“科學(xué)是一個(gè)發(fā)展的過程，學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。這對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是很有意義的?！闭n程標(biāo)準(zhǔn)也明確指出，要“注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，知道生物科學(xué)發(fā)展史上的重要事件，養(yǎng)成質(zhì)疑、求實(shí)、創(chuàng)新及勇于實(shí)踐的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度”。

《基因在染色體上》是人教版高中生物教材必修2《遺傳與進(jìn)化》第二章《基因和染色體的關(guān)系》第二節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容是“總結(jié)人類對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過程”的一部分，教學(xué)難點(diǎn)較多[1]，但知識(shí)脈絡(luò)清晰，即科學(xué)家薩頓通過類比推理得出基因在染色體上的假說，摩爾根通過假說演繹法證明基因在染色體上，最后運(yùn)用基因和染色體的知識(shí)對(duì)孟德爾遺傳規(guī)律進(jìn)行現(xiàn)代解釋。實(shí)際教學(xué)中，很多教師認(rèn)為該課題名稱已告訴學(xué)生答案，部分知識(shí)點(diǎn)可以在“伴性遺傳”中滲透，因此，本節(jié)教學(xué)一句話帶過即可，沒有必要再進(jìn)行詳細(xì)的探究教學(xué)，以便節(jié)約課時(shí)。筆者認(rèn)為此節(jié)內(nèi)容，既包含探索歷程，又滲透類比推理和假說演繹兩種科學(xué)研究方法，更有科學(xué)精神的體現(xiàn)，充分展示了科學(xué)發(fā)展史多方面的教育價(jià)值，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和思維能力的絕好素材。因此，筆者對(duì)本節(jié)課進(jìn)行了基于科學(xué)發(fā)展史的探究教學(xué)嘗試。

一、回顧歷史，引入課題

[幻燈片展示]1866年，孟德爾將研究結(jié)果整理成論文發(fā)表，遺憾的是沒有引起世人的重視;1891年，科學(xué)家描述了形成精子和卵細(xì)胞的減數(shù)分裂的全過程;1900年，孟德爾研究成果被重新發(fā)現(xiàn);1903年，美國(guó)遺傳學(xué)家薩頓用蝗蟲細(xì)胞作材料，研究精子和卵細(xì)胞的形成過程。薩頓發(fā)現(xiàn)孟德爾假設(shè)的一對(duì)遺傳因子，也就是等位基因，它們的分離與減數(shù)分裂中同源染色體的分離非常相似。

[引發(fā)思考，導(dǎo)入課題]將孟德爾分離定律中的遺傳因子換成同源染色體，這個(gè)替換有問題嗎？引導(dǎo)學(xué)生畫一對(duì)同源染色體（含一對(duì)等位基因）的精原細(xì)胞減數(shù)分裂示意圖。

二、列表比較，類比推理

根據(jù)學(xué)生所繪圖示，列表比較減數(shù)分裂過程中基因和染色體的行為。學(xué)生能夠據(jù)表推出基因與染色體存在平行關(guān)系，從而提出與薩頓假說相似的觀點(diǎn)。教師積極肯定學(xué)生的結(jié)論，使之體驗(yàn)成功的喜悅，再以此介紹類比推理法，強(qiáng)調(diào)類比推理得出的結(jié)論并不具有邏輯的必然性，其正確與否，還需要觀察和實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，從而引出基因在染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

三、大膽猜想，假說演繹

美國(guó)生物學(xué)家、遺傳學(xué)巨人摩爾根曾經(jīng)明確表示不相信孟德爾的遺傳理論，對(duì)薩頓的基因位于染色體上的學(xué)說持懷疑態(tài)度，認(rèn)為這是主觀的臆測(cè)，缺少實(shí)驗(yàn)證據(jù)。為探究遺傳和染色體的關(guān)系，摩爾根設(shè)計(jì)了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)。摩爾根敢于質(zhì)疑的態(tài)度，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望。學(xué)生們很想知道摩爾根實(shí)驗(yàn)結(jié)果是肯定還是否定了孟德爾和薩頓的結(jié)論。接下來，讓學(xué)生帶著好奇心閱讀教材“基因位于染色體的實(shí)驗(yàn)證據(jù)”，多媒體設(shè)置問題串，以層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、歸納、探究、總結(jié)。

（一）實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料的選擇，是實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ年P(guān)鍵。摩爾根選用什么材料做實(shí)驗(yàn)？原因有哪些？結(jié)合孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，總結(jié)如何選擇遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料。

（二）假說演繹

1.觀察現(xiàn)象：根據(jù)教材果蠅雜交實(shí)驗(yàn)圖解，分析紅眼和白眼這一對(duì)相對(duì)性狀顯隱性關(guān)系如何？是否符合孟德爾遺傳規(guī)律？與孟德爾一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)相比，不同之處在于什么？

2.提出問題：為什么此實(shí)驗(yàn)中白眼果蠅都是雄性？如何解釋？幻燈片呈現(xiàn)雌雄果蠅體細(xì)胞的染色體圖解，教師解釋常染色體、性染色體概念，介紹雌、雄果蠅性染色體組成。

3.作出假設(shè)：如果你是摩爾根，發(fā)現(xiàn)白眼的遺傳和性別相聯(lián)系，你認(rèn)為控制白眼的基因位于哪條性染色體上？課堂教學(xué)中大多數(shù)學(xué)生的假設(shè)是控制白眼的基因位于Y染色體上，因?yàn)榘籽酃壎际切坌?少數(shù)學(xué)生的假設(shè)是位于X染色體上。兩種觀點(diǎn)的學(xué)生進(jìn)行辯論，通過辯論，學(xué)生發(fā)現(xiàn)如果白眼基因位于Y染色體上，F(xiàn)1代雄性果蠅必然從親本白眼雄性果蠅中繼承Y染色體，應(yīng)為白眼，而事實(shí)卻全部為紅眼，從而得出控制白眼的基因位于X染色體上的假設(shè)比較合理。引導(dǎo)學(xué)生寫出親本中紅眼雌性果蠅和白眼雄性果蠅的基因型，并寫出完整的遺傳圖解。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對(duì)親本中紅眼雌性果蠅的基因型不確定，認(rèn)為可能是XWXW或XWXW。以此為契機(jī)，讓學(xué)生猜測(cè)摩爾根偶然在一群紅眼果蠅中 發(fā)現(xiàn)了一只白眼果蠅，此白眼果蠅是變異還是雜交導(dǎo)致？展開辯論，辯論的結(jié)果應(yīng)為變異，因?yàn)槿绻请s交產(chǎn)生的，此白眼果蠅在數(shù)量上應(yīng)該不止一只，因此原本的紅眼雌性果蠅應(yīng)都為純合體XWXW。

4.進(jìn)行驗(yàn)證：需要設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)交實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證你的假說嗎？如果需要，如何設(shè)計(jì)？引導(dǎo)學(xué)生寫出測(cè)交親本的基因型和遺傳圖解。

5.得出結(jié)論：通過測(cè)交等方法，摩爾根等人進(jìn)一步驗(yàn)證了控制果蠅紅眼白眼的基因位于X染色體上，從而用實(shí)驗(yàn)證明了基因在染色體上。

通過果蠅的紅眼、白眼這一對(duì)相對(duì)性狀的實(shí)驗(yàn)，摩爾根不但沒有推翻孟德爾的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，反而成為其堅(jiān)定的擁護(hù)者?？v觀摩爾根的整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，不難發(fā)現(xiàn)他所用的正是孟德爾的假說演繹法。當(dāng)然，摩爾根敢于懷疑、勤奮實(shí)踐的科學(xué)精神是值得肯定和贊賞的，他用果蠅繼續(xù)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，繪出了第一個(gè)果蠅各種基因在染色體上相對(duì)位置的圖，說明基因在染色體上呈線性排列，并發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)的第三定律，成為第一個(gè)以遺傳學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家。接下來，教師介紹現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)將基因定位于染色體上的研究成果，學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)同基因在染色體上呈線性排列，肯定摩爾根的研究成果。

四、動(dòng)手畫圖，嘗試解釋

在《孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋》的教學(xué)中，學(xué)生對(duì)基因分離定律實(shí)質(zhì)很容易理解，對(duì)同源染色體上的非等位基因和非同源染色體上的非等位基因在減數(shù)分裂過程中的行為區(qū)別卻不甚了解。為此，可要求學(xué)生畫出一對(duì)同源染色體（其上有兩對(duì)等位基因）、兩對(duì)同源染色體（其上各有一對(duì)等位基因）精原細(xì)胞減數(shù)分裂示意圖，思考是否所有的非等位基因都遵循孟德爾的自由組合定律。讓學(xué)生通過自己動(dòng)手畫圖，體會(huì)基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)。

很多生物教學(xué)者都有這樣的困惑：學(xué)生踏入社會(huì)，如果不再?gòu)氖屡c生物相關(guān)的工作，對(duì)于呼吸作用、減數(shù)分裂等高中生物重難點(diǎn)知識(shí)還能記住多少？踏入社會(huì)的學(xué)生也許不會(huì)再記住多少生物學(xué)知識(shí)，但是像道爾頓發(fā)現(xiàn)紅綠色盲等生物學(xué)故事或者像孟德爾、達(dá)爾文等生物學(xué)巨人的名字卻會(huì)長(zhǎng)久留存在記憶里。因此，生物教學(xué)不應(yīng)單單是知識(shí)的結(jié)論式的教學(xué)，更應(yīng)是過程的教育、情感的滲透、科學(xué)思維的內(nèi)化?；诳茖W(xué)發(fā)展史的教育功能就恰恰體現(xiàn)了過程的教育，教學(xué)的目的不僅是“基因在染色體上”這一句話，更是類比推理、假說演繹等科學(xué)方法的培養(yǎng)，也是科學(xué)家大膽質(zhì)疑和勤奮實(shí)踐的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)的世界觀的體驗(yàn)。當(dāng)然，在高中生物教學(xué)中，一方面需要我們充分挖掘和落實(shí)科學(xué)發(fā)展史的教育功能[2];另一方面，也需要我們依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點(diǎn)、學(xué)生的思維能力、教學(xué)課時(shí)等因素，設(shè)計(jì)教學(xué)過程，化解教學(xué)難點(diǎn)，做到真正行之有效地教學(xué)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物2遺傳與進(jìn)化教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2012：56-57.

[2]林祖榮.基于生物科學(xué)史的生物課堂教學(xué)[J].網(wǎng)絡(luò)科技時(shí)代·新課程實(shí)踐，2007（21）：38-41.