HPS教學(xué)理論下的教學(xué)設(shè)計(jì)

李建平+鄒瑜

摘 要 嘗試以HPS教學(xué)理論為指導(dǎo)，進(jìn)行《孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）》的教學(xué)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中，以“融合遺傳”理論、“遺傳因子”理論的歷史變遷為主線，以“假設(shè)—演繹”法為組織學(xué)習(xí)材料的框架，以建構(gòu)主義心理學(xué)作為選擇學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)置問題的依據(jù)。

關(guān)鍵詞 HPS教學(xué)理論 分離定律 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 理論依據(jù)

教學(xué)理論：HPS教學(xué)理論強(qiáng)調(diào)將科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)引入到科學(xué)教育中，可以有效地提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從而達(dá)到科學(xué)教育的核心目的。

學(xué)習(xí)理論：建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識是學(xué)生在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上主動(dòng)建構(gòu)起來的，而不是教師強(qiáng)加給學(xué)生的。因此，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師應(yīng)思考：為使學(xué)生達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)，應(yīng)該選擇什么樣的已有經(jīng)驗(yàn)作為學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。

2 教材分析

從知識與技能的角度看，本節(jié)內(nèi)容初次提出遺傳因子的概念，而后繼章節(jié)分別介紹了遺傳因子的傳遞（第一、二章）、本質(zhì)（第三章）、功能（第四章）、變異（第五、六章）、進(jìn)化（第七章），因此，扎實(shí)掌握本節(jié)內(nèi)容對必修2的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。從過程與方法的角度看，本節(jié)內(nèi)容正式提出了“假設(shè)—演繹”法的概念，而且遺傳因子理論的形成過程就是反復(fù)使用“假設(shè)—演繹”法解決問題的過程，因此，學(xué)好本節(jié)內(nèi)容能幫學(xué)生扎實(shí)地掌握“假設(shè)—演繹”法。

3 學(xué)情分析

本節(jié)要求記憶的知識不多，但是涉及的問題、理論都非常抽象，學(xué)生難于理解，為此，筆者從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，舉例子、作類比，從而促進(jìn)學(xué)生的理解。在進(jìn)行探究的過程中，對提出問題的能力、分析解決問題的能力、邏輯推理能力、提出創(chuàng)造性假設(shè)的能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力都有較高的要求，而高一年級的學(xué)生，這些能力有所欠缺。因此，筆者將問題分解為多個(gè)具體的子問題，從而建立起學(xué)習(xí)的支架，引導(dǎo)學(xué)生一步步解決這些子問題，最終完成探究活動(dòng)。

4 教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)：

能描述出一對相對性狀雜交實(shí)驗(yàn)的過程；能陳述出孟德爾分離定律的主要內(nèi)容；能利用分離定律解釋分離現(xiàn)象。

能力目標(biāo)：針對新的現(xiàn)象和對已有理論的矛盾提出新的問題；利用“假設(shè)—演繹”法解決提出的問題。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：養(yǎng)成批判懷疑、求實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。

5 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：孟德爾“遺傳因子理論”的建立、驗(yàn)證。

難點(diǎn)：“胚芽”控制性狀的學(xué)說、對F2分離比的分析與解釋

6 教學(xué)策略分析

教學(xué)策略分析見表1。

7 教學(xué)過程

7.1 創(chuàng)設(shè)問題情境

教師提出問題：從前有一枝紅花紫茉莉與一支白花紫茉莉“結(jié)婚”后不久“懷孕”了，請你們猜猜他們的“小孩”是什么顏色呢？

學(xué)生活動(dòng)：思考、討論，進(jìn)入學(xué)習(xí)情境。

教師講解：正確的結(jié)果是粉色。這類似于美術(shù)中的紅色顏料+白色顏料→粉色顏料。

7.2 達(dá)爾文“融合遺傳理論”的建立

教師：古希臘醫(yī)生希波克拉底認(rèn)為生物體是由一種叫“胚芽”的物質(zhì)發(fā)育而來，不同“胚芽”可以發(fā)育為不同結(jié)構(gòu)。例如，紅花的“胚芽”可以發(fā)育為紅花，綠葉的“胚芽”可以發(fā)育為綠葉。因此，可以把“胚芽”理解為微縮的身體部件，即種子（受精卵）中含有所有的部件。生長發(fā)育僅僅是部件變大。親代的“胚芽”可以通過生殖細(xì)胞傳遞給子代，因此子代有著與親代相似的性狀。請根據(jù)上述資料，解釋為什么紅花和白花的后代是粉花？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)用胚芽說、顏料融合現(xiàn)象解釋粉花形成時(shí)，對胚芽說進(jìn)行發(fā)展，形成達(dá)爾文的融合遺傳理論。

學(xué)生回答后，教師補(bǔ)充：達(dá)爾文也對此類現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。他認(rèn)為來自親代的“紅胚芽”與“白胚芽”就像顏料一樣發(fā)生融合，形成中間特征的“粉胚芽”，最終發(fā)育為粉色花。

7.3 達(dá)爾文“融合遺傳理論”的反駁

教師提出問題：你認(rèn)為達(dá)爾文的觀點(diǎn)正確嗎？你作出這個(gè)判斷的依據(jù)是什么？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生以批判性的眼光來看待理論，找出生活中的反例，并引出孟德爾的實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生回答問題后，教師補(bǔ)充：孟德爾也對達(dá)爾文的觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑，因此他決定通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行判斷，他選擇了豌豆來進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)。通過豌豆雜交實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)：P：高×矮→F1：高。這明顯不符合達(dá)爾文的觀點(diǎn)。

7.4 孟德爾“遺傳因子理論”的建立

教師：由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，親代將胚芽傳遞給子代時(shí)沒有發(fā)生融合。而F1全為高莖，請你針對這個(gè)矛盾提出問題并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決提出的問題。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生針對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論的矛盾提出科學(xué)的問題。

學(xué)生回答后，教師講解：F1全為高莖，是否說明發(fā)育為F1的受精卵中沒有“矮胚芽”呢？假設(shè)F1中沒有“矮胚芽”，如果讓F1自交，則其后代應(yīng)該全部為高。孟德爾也進(jìn)行了相同的思考，他讓F1自交得到F2，結(jié)果發(fā)現(xiàn)F2中既有高又有矮，且比例為3：1（這一現(xiàn)象稱為性狀分離）。

教師要求學(xué)生根據(jù)上述思考及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對融合遺傳理論進(jìn)行修正。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)批判原有理論的合理性、并能根據(jù)新的證據(jù)修正原有理論形成新的理論。

學(xué)生陳述自己對達(dá)爾文理論的修正后，教師補(bǔ)充：這說明F1中既有“高胚芽”又有“矮胚芽”，兩者并沒有融合，而是獨(dú)立存在的，形成生殖細(xì)胞時(shí)，可以相互分離。又因F1全為高莖，因此兩種胚芽同時(shí)存在時(shí)只有“高胚芽”起作用。孟德爾將“胚芽”稱為“遺傳因子”（后人稱其為“基因”）；將高莖稱為顯性性狀、其“胚芽”稱為“顯性遺傳因子”，矮莖稱為隱性性狀、其“胚芽”稱為“隱性遺傳因子”。

教師繼續(xù)提出問題：為什么F2中高∶矮=3∶1？

為了解決這個(gè)問題，教師繼續(xù)追問：F1能形成幾種花粉、幾種胚珠，它們結(jié)合后能形成幾種后代、比例是多少？

設(shè)計(jì)意圖：將復(fù)雜的問題分解為具體的子問題，為學(xué)生的思維提供腳手架，從而順利地解決問題。

學(xué)生回答后，教師補(bǔ)充：如果F1形成生殖細(xì)胞時(shí)，含顯性遺傳因子的配子與含隱性遺傳因子的配子的比例為1∶1，那么F2中高∶矮應(yīng)該為3∶1，具體分析如表2所示。

因此，孟德爾認(rèn)為：“遺傳因子”可以控制生物的性狀；當(dāng)顯性與隱性因子同時(shí)存在時(shí)，只有顯性遺傳因子起作用；雜種F1形成配子時(shí)，其體內(nèi)的兩種遺傳因子等比例地分離，并且進(jìn)入到不同生殖細(xì)胞中；當(dāng)受精時(shí)，不同生殖細(xì)胞中的遺傳因子再匯合到受精卵中。

7.5 孟德爾“遺傳因子理論”的驗(yàn)證

教師：雖然孟德爾提出的理論能成功地解釋分離現(xiàn)象，但是基于科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，我們得思考：他的理論確實(shí)是正確的，還是碰巧只能解釋分離現(xiàn)象呢？請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)予以證明。

設(shè)計(jì)意圖：通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度來審視理論的可靠性，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到成功的理論不光能解釋已有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還能預(yù)測新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生討論，陳述自己的觀點(diǎn)及設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。教師補(bǔ)充：如果他的觀點(diǎn)正確，讓F1高×矮，則F2為高∶矮=1∶1。孟德爾也進(jìn)行了相同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出的結(jié)果與預(yù)期一致，因此，他的理論是可以被接受的，這種雜交方式叫測交。

教師繼續(xù)提出問題：豌豆其他的性狀（舉例介紹其他幾對相對性狀）的遺傳是否也與莖高矮的遺傳遵循一樣的規(guī)律呢？請大家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決這個(gè)問題并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論。

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，由代表在黑板上展示其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。

7.6 孟德爾“遺傳因子理論”的修正與拓展

教師：通過上面的探究，我們有充分的理由相信孟德爾的理論的正確性。但是，我們又知道紫茉莉花色遺傳實(shí)驗(yàn)中P：紅花×白花→F1粉花，這一結(jié)果能否說明孟德爾的理論是錯(cuò)誤的呢？進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)F1粉花自交→F2紅花∶粉花∶白花=1∶2∶1。請對這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋、并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的假設(shè)。請大家利用課余時(shí)間思考這個(gè)問題。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生在面對新現(xiàn)象時(shí)，對原有理論進(jìn)行修正和發(fā)展，使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)理論的真理性不是絕對的。在面對新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或證據(jù)時(shí)，科學(xué)家往往是對已有的理論進(jìn)行局部修正來解釋新的現(xiàn)象，或者發(fā)展出一套完全不同的理論對已有現(xiàn)象進(jìn)行全新的解釋。