遺傳三大定律的教學設(shè)計及其在教學中的應(yīng)用

吉前華，郭雁君

（肇慶學院 生命科學學院，廣東 肇慶 526061）

遺傳三大定律的教學設(shè)計及其在教學中的應(yīng)用

吉前華，郭雁君

（肇慶學院 生命科學學院，廣東 肇慶 526061）

討論了作為遺傳學基礎(chǔ)的遺傳三大定律教學內(nèi)容的處理及其與不同章節(jié)的邏輯聯(lián)系，給出了提高教學效果的方法．

遺傳學；教學方法；三大定律；邏輯關(guān)系

0 前言

遺傳學是生命科學領(lǐng)域中最重要的基礎(chǔ)學科之一，是大多數(shù)相關(guān)本、?？茖I(yè)的必修課程，在教學中占有重要地位．近幾十年來，遺傳學發(fā)展非常迅猛，它不僅在以分子遺傳學為代表的縱深方向發(fā)展，還圍繞不同研究方法和靶向目標發(fā)展起來眾多分支，如免疫遺傳學、毒理遺傳學、反求遺傳學、表觀遺傳學、昆蟲遺傳學、柑橘遺傳學，等等．同時，基因組學及其派生的轉(zhuǎn)錄組學、蛋白組學和代謝組學的研究，極大地開拓了遺傳學的研究領(lǐng)域和教學視野．盡管如此，以遺傳三大定律為主線的基礎(chǔ)遺傳學，仍然是現(xiàn)代遺傳學和眾多分支學科的基礎(chǔ)[1]．每年都有大量的遺傳學文獻問世，其中一些成為學者及公眾關(guān)注的熱點，有關(guān)遺傳學的進展、問題、爭論等信息通過不同渠道廣泛傳播至公眾．在這種情況下，教師在授課過程中若仍僅按遺傳學教科書的內(nèi)容向?qū)W生講授，往往會使學生產(chǎn)生不滿足感，而且由于從其他渠道獲得的概念可能會與教科書不一致，從而給學生帶來認識、理解方面的困擾．為了適應(yīng)遺傳學的發(fā)展，一些教師嘗試在教學實踐中大量介紹遺傳學的最新進展，這種做法比較受學生歡迎；但是，由此衍生出來的一個問題是：大學遺傳學的教學課時有限，如果介紹遺傳學新進展占用的課時過多，則系統(tǒng)講授遺傳學的課時就可能不足，這不利于學生對遺傳學基礎(chǔ)知識的系統(tǒng)了解．解決好這一矛盾，對提高遺傳學課堂教學的質(zhì)量具有重要意義．筆者在多年的遺傳學教學實踐中發(fā)現(xiàn)，處理好遺傳學各類講授內(nèi)容的邏輯關(guān)系，是解決上述問題的有效途徑．在人們的認知中，遺傳學是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學；其實，遺傳學作為一門科學是有其統(tǒng)一的內(nèi)在聯(lián)系的，把握好這種內(nèi)在聯(lián)系，就有可能讓學生從科學體系上正確理解遺傳學．教學實踐證明，以遺傳三大定律為主線，將其貫穿于整個遺傳學教學過程中，有助于學生系統(tǒng)掌握遺傳學知識，提高教學效果．

1 遺傳三大定律教材內(nèi)容的處理

孟德爾利用豌豆突變體為實驗材料，完成了其著名的遺傳實驗，發(fā)現(xiàn)了遺傳的2個基本定律——“分離定律”和“自由組合定律”．自由組合定律在一些教科書中又稱為獨立分配定律，但從規(guī)范教學術(shù)語角度講，稱其為“自由組合定律”更為貼切．在國內(nèi)外大多數(shù)遺傳學教科書中，都以一個章節(jié)來介紹孟德爾的研究結(jié)果，其中都要詳細介紹孟德爾的豌豆實驗．學習完畢，雖然大多數(shù)學生都能記住3:1和9:3:3:1的分離比，卻有相當一部分學生不能用簡潔的語言歸納出分離定律和自由組合定律的內(nèi)容．其原因在于教科書在介紹完實驗過程和結(jié)果后，未能用一句話描述出定律的內(nèi)容．摩爾根課題組以果蠅為材料發(fā)現(xiàn)的連鎖－互換定律，在描述上也存在同樣的問題．為此，筆者向?qū)W生講授這3個遺傳基本定律時，在完整講授孟德爾和摩爾根課題組的實驗后，著力歸納遺傳學的基本“概念”和“定律”，并強調(diào)遺傳三大定律在現(xiàn)代遺傳學發(fā)展中的重要作用．

基因是遺傳學的核心概念．遺傳學發(fā)展到今天，基因已經(jīng)是家喻戶曉的名詞，所以在遺傳學教學中盡早引入基因概念有很多敘述上的便利．在講授遺傳三大定律時，基因概念僅限于孟德爾的“遺傳因子”；但是，教師應(yīng)該讓學生認識到基因研究是遺傳學的核心問題，其后還將不斷探討它們的物質(zhì)基礎(chǔ)和重新定義它的概念，但是它們在本質(zhì)上是一致的．

有關(guān)基因性質(zhì)的概念，如基因成對存在、顯性和隱性、等位基因等，也需重點強調(diào)，然后根據(jù)這些概念就可以簡潔地描述遺傳三大定律的內(nèi)容．

分離定律：在形成配子時成對基因彼此分離，分別進入不同的配子中．

自由組合定律：在形成配子時獨立存在的2對基因，以自由組合形式進入不同的配子中．

連鎖－互換定律：某些基因連鎖存在，在形成配子時成對基因以一定頻率發(fā)生互換．

在遺傳三大定律的講授中，若能安排幾個簡單的實驗，則對學生理解遺傳現(xiàn)象極有助益．最簡單的實驗?zāi)^于直接觀察豌豆的相對性狀，比如豌豆種子的“黃圓綠皺”；也可以將不同種皮顏色的玉米（示胚乳直感現(xiàn)象）制成標本．這些教具可以在上課時直接發(fā)給學生，讓學生自己統(tǒng)計、計算和解釋，從而強化講授效果．豌豆或玉米材料很容易獲取，制備這些教具難度不大，而且，學生通過參加這些教學道具的制作，有利于提高學習興趣[2－3]．如果教師能夠結(jié)合自己在遺傳學研究中的新發(fā)現(xiàn)、新成果進行講授，會使學生的學習興趣更濃．在講完孟德爾實驗和摩爾根實驗后，教師應(yīng)對遺傳三大定律予以小結(jié)，并強調(diào)其簡潔的描述，為學生學習遺傳學后續(xù)內(nèi)容奠定堅實的基礎(chǔ)．

2 用遺傳三大定律解釋不同的遺傳現(xiàn)象

為了加深學生對三大定律的理解，教師應(yīng)進一步講授基因的不同表達方式導致產(chǎn)生的各種遺傳現(xiàn)象．近幾年，一些遺傳學教材為了節(jié)省篇幅，大量削減了這部分內(nèi)容．筆者認為這種做法欠妥．因為這部分內(nèi)容不僅可以直觀地引起學生對遺傳學的興趣，引導學生觀察自然界和實驗的遺傳現(xiàn)象，還可以為教師以后的講授埋下伏筆，形成遺傳學不同章節(jié)的邏輯聯(lián)系，對教學十分有益．

教師可以通過引入“不完全顯性”的概念和由此形成的1:2:1分離比，說明分離定律的實質(zhì)．之后進一步講解重復(fù)基因、互補基因、抑制基因、致死基因、鑲嵌遺傳、共顯性等基因表達的多樣化方式及相互關(guān)系，以及由此產(chǎn)生多樣化的遺傳現(xiàn)象，指出遺傳現(xiàn)象的復(fù)雜性和規(guī)律性．教師若能在此時不失時機地引入“分子標記”概念印證遺傳三大定律，將是十分有益的．一般人認為分子標記是屬于分子遺傳學章節(jié)的內(nèi)容，其實，隨著公眾對遺傳學關(guān)注程度的提高，分子標記已經(jīng)是傳媒中的常見詞，此時教師提出這一概念，并指出其“遺傳”符合三大定律，不僅可以加深學生對科學研究方法的理解，也有利于他們在頭腦中建立起遺傳學的內(nèi)在邏輯關(guān)系[4]．

3 在后續(xù)內(nèi)容的教學中回應(yīng)三大定律

如果認真研讀教材，可以發(fā)現(xiàn)教科書其他章節(jié)與三大定律也有十分密切的內(nèi)在聯(lián)系．因為在講授連鎖－互換定律時，已經(jīng)講授了摩爾根的“基因線性地存在于染色體上”這一劃時代的發(fā)現(xiàn)，所以在遺傳的“細胞學基礎(chǔ)”這一章節(jié)，從減數(shù)分裂的行為可以令人信服地解釋遺傳三大定律．基因成對存在對應(yīng)于染色體成對存在，基因分離對應(yīng)于同源染色體在減數(shù)分裂時分開；形成配子時基因自由組合對應(yīng)于同源染色體的隨機組合，基因連鎖對應(yīng)于基因存在于同一染色體上；連鎖基因間的互換對應(yīng)于染色體在減數(shù)分裂時的互換．這種精確的對應(yīng)不僅有力地解釋了遺傳的細胞學基礎(chǔ)，同時指出了遺傳三大定律與細胞學之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系．

在講授“分子遺傳學”這一章節(jié)時，也可以強調(diào)基因的分子基礎(chǔ)和遺傳三大定律的邏輯聯(lián)系．基因成對存在和雙螺旋的對應(yīng)；基因分離和DNA復(fù)制的對應(yīng)；基因的自由組合與不同DNA分子在配子形成時的隨機組合的對應(yīng)；基因連鎖－互換與基因本質(zhì)上是DNA大分子中一個片段的對應(yīng)．這種精確的對應(yīng)不僅有力地解釋了遺傳的分子基礎(chǔ)，同時指出了遺傳三大定律與分子遺傳學之間的邏輯聯(lián)系．

在講授“數(shù)量遺傳學”（QTL）這一章節(jié)時，教師可以強調(diào)數(shù)量遺傳學的基礎(chǔ)是從遺傳三大定律出發(fā)使用統(tǒng)計學計算的數(shù)學推論．可以從最簡單的2對基因的情況，根據(jù)完全顯性、不完全顯性和沒有顯性的情況推演基因表達的最終結(jié)果，即基因效應(yīng)．有興趣的學生由此可以舉一反三，自行進行更復(fù)雜的推論．同時，教師還可以不失時機地導入QTL概念，提高學生的學習興趣．群體遺傳學，本質(zhì)是某一基因在群體中占有1個份額（即基因頻率）時，按照遺傳三大定律進行的統(tǒng)計學推演并隨之建立的數(shù)學模型[5－6]．

其他不同章節(jié)也可以找到和遺傳三大定律的聯(lián)系，教師在講授時應(yīng)該予以強調(diào)．

4 結(jié)論

根據(jù)筆者講授遺傳學的教學經(jīng)驗，在授課時教師應(yīng)力求避免照本宣科式的講解，以提高學生的學習興趣．教學中除了根據(jù)條件選擇實驗課內(nèi)容并做好實驗外，還應(yīng)將遺傳三大定律作為一條主線，以此把握遺傳學的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，使學生對遺傳學能有整體性的認識．控制一個特定性狀基因的成對存在，形成配子時等位基因的分離和非等位基因的自由組合，以及同在一個DNA分子上的基因的連鎖－互換，這些內(nèi)容形成整個遺傳學的邏輯基礎(chǔ)．

[1] 劉祖洞.遺傳學[M].2版.北京:高等教育出版社,1990：5-47，149-203.

[2] 楊大翔.遺傳學實驗[M].北京:科學出版社,2004:11-27.

[3] 劉祖洞,江紹慧.遺傳學實驗[M].2版.北京:高等教育出版社,1990:242-256.

[4] WINTER P C,HICHEY G I,FLETCHER H L.遺傳學[M].影印版.北京：科學出版社,1999:159-169.

[5] 浙江農(nóng)業(yè)大學.遺傳學 [M].2版.北京:農(nóng)業(yè)出版社,1996:87-112.

[6] 賀竹梅.現(xiàn)代遺傳學教程[M].廣州:中山大學出版社,2002:289-316.

Instruction Design of the Three Foundational Laws of Genetics and Application in the Genetics Textbooks

JI Qianhua,GUO Yanjun

(College of Life Sciences,Zhaoqing University,Zhaoqing,Guangdong 526061,China)

The three foundational laws of Genetics would be a logistic implication in the textbooks.The methods of lecture about the three foundational laws of Genetics,logical analysis in different chapters,and enhancing interest of students are discussed in the present paper.

genetics;teaching method;laws of genetics;logistic implication

G42

A

1009－8445（2011）02－0064－03

(責任編輯：陳 靜)

2010－09－05

肇慶學院重點學科建設(shè)基金資助項目

吉前華(1972－),女,山西太原人,肇慶學院生命科學學院副教授,博士．