以學(xué)科核心素養(yǎng)觀設(shè)計“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗（二） ”

劉文勝 李亞丹

“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗（二）”是人教版高中生物必修2第一章第一節(jié)的內(nèi)容。從整個《遺傳與進(jìn)化》模塊來看，把這一節(jié)內(nèi)容編排在《減數(shù)分裂與受精作用》之前，是符合科學(xué)史發(fā)展歷程的，強(qiáng)調(diào)了科學(xué)史和科學(xué)研究方法的教育，讓學(xué)生體驗科學(xué)探索過程，對其獲取科學(xué)知識、提高學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要作用。

確定基于學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計思路

聚焦問題解決，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。問題解決是學(xué)習(xí)的本質(zhì)。在本節(jié)內(nèi)容教學(xué)過程中，教師利用教材內(nèi)容創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)計多層次的“問題串”，激發(fā)學(xué)生的思維發(fā)散意識，引導(dǎo)學(xué)生在“問題串”的解決中，逐漸將零散知識內(nèi)化為“知識串”，構(gòu)建成知識結(jié)構(gòu)，甚至形成從本學(xué)科到跨學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)，體驗科學(xué)研究方法，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

貫穿“假說—演繹”，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。教師設(shè)置層層遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生通過推理想象提出假說，再通過演繹推理對假說進(jìn)行驗證。通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以獲得遺傳基本規(guī)律的生物學(xué)知識，提升運(yùn)用生物學(xué)規(guī)律預(yù)測與解釋可能的結(jié)果或發(fā)展趨勢的科學(xué)思維，還可以進(jìn)行實(shí)驗設(shè)計與實(shí)驗實(shí)施，并能創(chuàng)造性地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗結(jié)果，提升科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。

確定基于學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，制訂培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)——

通過“問題串”引導(dǎo)學(xué)生分析和解決問題，并在解決問題中發(fā)現(xiàn)新問題，逐漸構(gòu)建知識結(jié)構(gòu);通過遺傳實(shí)驗情境素材，體驗孟德爾遺傳實(shí)驗的設(shè)計思路、創(chuàng)新點(diǎn)和所運(yùn)用的科學(xué)研究方法，并能設(shè)計、實(shí)施實(shí)驗方案，用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗結(jié)果，從而提升科學(xué)探究素養(yǎng);通過模擬實(shí)驗，了解孟德爾應(yīng)用數(shù)學(xué)方法解決問題的創(chuàng)新之處，初步養(yǎng)成運(yùn)用科學(xué)思維解決實(shí)際問題的能力，領(lǐng)悟并認(rèn)同孟德爾嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，體驗勇于實(shí)踐的科學(xué)精神。

落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)過程

創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課。教師運(yùn)用社會熱點(diǎn)創(chuàng)設(shè)問題情境，活躍學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。首先，展示問題：如果你是袁隆平科研團(tuán)隊的一員，目前有兩種品系的水稻，一種耐鹽堿能力強(qiáng)但產(chǎn)量低，另一種產(chǎn)量高但耐鹽堿能力差，你能培育出既耐鹽堿又高產(chǎn)的水稻嗎？學(xué)生思考后提出雜交方法。教師追問：兩個親本雜交能得到什么樣的后代？一定能得到我們期望的性狀組合嗎？學(xué)生進(jìn)行初步的雜交實(shí)驗設(shè)計，并交流親本性狀可以組合的設(shè)想。教師指出：這節(jié)課我們將在一對相對性狀雜交實(shí)驗的基礎(chǔ)上，探索兩對相對性狀的雜交實(shí)驗及其背后的遺傳規(guī)律。

觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題。借助多媒體，展示自然狀態(tài)下豌豆黃色圓粒和綠色皺粒的圖片，并設(shè)問：決定粒色的遺傳因子對決定粒形的遺傳因子有影響嗎？針對這一疑問，教師引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀教材，了解孟德爾是如何去探究的，以此調(diào)動學(xué)生的想象力，為理解孟德爾提出的假說做鋪墊。然后，教師出示兩對相對性狀的雜交實(shí)驗過程，依次展示以下問題串：為什么F1全為黃色圓粒？F1自交后可能出現(xiàn)幾種性狀？新的性狀組合與親本性狀有什么關(guān)系？每一對相對性狀的遺傳是否遵循分離定律？在兩對相對性狀的雜交實(shí)驗中，9：3：3：1的數(shù)量比與一對相對性狀雜交實(shí)驗中的3：1有什么關(guān)系？學(xué)生思考討論后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出：對每一對相對性狀單獨(dú)分析時遵循分離定律，但如果把兩對相對性狀聯(lián)系起來分析，會出現(xiàn)新的性狀組合及分離比，即親本的原有不同性狀進(jìn)行了重新組合。最后，再從數(shù)學(xué)的角度分析出9：3：3：1的數(shù)量比是（3：1）2的展開式，是兩對相對性狀獨(dú)立遺傳結(jié)果3：1的乘積。

作出假說，模擬構(gòu)建。教師和學(xué)生共同回顧孟德爾一對相對性狀遺傳實(shí)驗的設(shè)計思路及“假說―演繹”的科學(xué)研究方法，再引導(dǎo)學(xué)生嘗試對“為什么會出現(xiàn)性狀的新組合？為什么F2數(shù)量比例接近于9：3：3：1？”等新的實(shí)驗現(xiàn)象作出假說和解釋。由于內(nèi)容比較抽象，教師要指導(dǎo)學(xué)生解釋的關(guān)鍵是F1產(chǎn)生了四種類型的配子。再通過模擬實(shí)驗，使學(xué)生親身體驗配子形成過程中遺傳因子的自由組合，將抽象內(nèi)容具體直觀化。

假設(shè)1：粒色的黃色和綠色的遺傳因子用Y與y表示，粒形圓粒和皺粒的遺傳因子用R與r表示，學(xué)生思考：親本的遺傳因子該如何表示？產(chǎn)生的F1的遺傳因子組成是什么？根據(jù)假設(shè)，學(xué)生可以寫出雙親的遺傳因子分別為YYRR和yyrr，進(jìn)而推出F1的遺傳因子組合為YyRr。

假設(shè)2：針對為什么會形成新的性狀組合，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析后，推測出決定不同性狀的遺傳因子之間進(jìn)行了自由組合。那么，YyRr會產(chǎn)生什么類型的配子呢？請學(xué)生根據(jù)孟德爾的假說推測YyRr產(chǎn)生的配子種類和比例，即YR、Yr、yR、yr四種類型的配子，比例為1：1：1：1，再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行以下模擬實(shí)驗。

模擬實(shí)驗：假設(shè)某原始生殖細(xì)胞中含有控制兩對相對性狀的遺傳因子，同組的四位學(xué)生分別代表4個遺傳因子Y、y、R、r。教師將教具（分別貼有Y、y、R、r的4頂帽子）分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生通過移動，可以展示在形成配子時，Y和y分開，R和r也分開，當(dāng)一邊顯示YR組合時，另一邊為yr組合，而當(dāng)一邊顯示Yr組合時，另一邊則為yR組合。學(xué)生陳述：在形成配子時，Y和y必須分開，R和r也必須分開，但Y是與R組合還是與r組合，則是隨機(jī)的。

假設(shè)3：豌豆受精時，F(xiàn)1產(chǎn)生四種類型的配子，受精時雌雄配子之間是隨機(jī)結(jié)合的，那么可能出現(xiàn)多少種類型的結(jié)合方式？F2中的性狀表現(xiàn)有多少種組合類型？遺傳因子的組成又有多少種？為了解決這些問題，教師引導(dǎo)學(xué)生繪制棋盤式的遺傳圖解。

構(gòu)建F2類型棋盤圖：學(xué)生在學(xué)案上構(gòu)建F1雌雄配子結(jié)合產(chǎn)生 F2的組合類型棋盤圖，并在教師的引導(dǎo)下找出規(guī)律。學(xué)生對F1的基因型和表現(xiàn)型進(jìn)行歸納，統(tǒng)計性狀分離比 9：3：3：1與孟德爾實(shí)驗結(jié)果一致，師生共同得出孟德爾的假說具有一定合理性。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生將棋盤圖中相同性狀表現(xiàn)的相關(guān)基因連接起來，得出趣味“三角形”，結(jié)果見下圖。

最后，師生共同總結(jié)出：配子結(jié)合的方式有16種，遺傳因子組成有9種，表現(xiàn)型有4種。

演繹推理，實(shí)驗驗證。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：孟德爾的解釋與自由組合現(xiàn)象的分離比一致，但孟德爾的解釋一定準(zhǔn)確嗎？你能通過“演繹—推理”預(yù)測實(shí)驗結(jié)果嗎？應(yīng)該選擇什么親本來進(jìn)行測交實(shí)驗？學(xué)生討論、合作設(shè)計驗證實(shí)驗—測交，在學(xué)案上繪制遺傳圖解，得出預(yù)期和實(shí)驗的結(jié)果相同，說明孟德爾對自由組合現(xiàn)象的解釋是正確的。本環(huán)節(jié)的目的是使學(xué)生進(jìn)一步體驗“假說—演繹”這一科學(xué)研究方法，學(xué)會用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗結(jié)果，體驗科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。

歸納總結(jié)，得出規(guī)律。教師和學(xué)生一起歸納總結(jié)兩對相對性狀的遺傳實(shí)驗，得出自由組合定律的實(shí)質(zhì)。繼而，教師引導(dǎo)學(xué)生分組討論分離定律和自由定律的區(qū)別與聯(lián)系，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生概括和表達(dá)的能力，并加強(qiáng)對核心概念的理解。最后，留給學(xué)生兩個思考問題：孟德爾實(shí)驗取得成功的原因是什么？對你有什么啟示？

（作者單位：福建省廈門市海滄中學(xué)）

責(zé)任編輯：李香玉