基于論證教學(xué)的習(xí)題課教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“判斷基因在染色體上的位置”為例

（河北省武安市第一中學(xué) 河北邯鄲 056300）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）對(duì)課程目標(biāo)的要求提及“形成科學(xué)思維的習(xí)慣，能夠運(yùn)用已有的生物學(xué)知識(shí)、證據(jù)和邏輯對(duì)生物學(xué)議題進(jìn)行思考或展開(kāi)論證”。對(duì)生物學(xué)議題進(jìn)行論證是科學(xué)思維核心素養(yǎng)的具體表現(xiàn)。在高中生物教學(xué)中開(kāi)展論證教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證核心素養(yǎng)的重要途徑。

1 論證教學(xué)在習(xí)題課中的模式

科學(xué)論證是科學(xué)研究的重要方法，論證通過(guò)一個(gè)或者一些真實(shí)的命題來(lái)得出另一個(gè)命題的真實(shí)性。論證教學(xué)是模擬科學(xué)論證的過(guò)程開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)，包括論題、觀點(diǎn)、論據(jù)、論證方式等，通過(guò)不斷反復(fù)的推論，完善論題。論證教學(xué)的過(guò)程如圖1所示。

圖1 論證教學(xué)的過(guò)程示意圖

習(xí)題課是高中生物教學(xué)過(guò)程中一種重要的課型，學(xué)生學(xué)習(xí)了基本的生物學(xué)知識(shí)后，在習(xí)題課中對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行論證，更容易培養(yǎng)科學(xué)思維。在習(xí)題課中開(kāi)展論證教學(xué)，教師往往從學(xué)生的錯(cuò)誤觀點(diǎn)出發(fā)，過(guò)程包括：針對(duì)教學(xué)目標(biāo)，精選相關(guān)習(xí)題并印刷成試卷；自習(xí)課上發(fā)給學(xué)生做題，收集批改學(xué)生的試卷了解學(xué)生的錯(cuò)誤觀點(diǎn)；針對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)習(xí)題課的教學(xué)過(guò)程；實(shí)施教學(xué)設(shè)計(jì)組織課堂論證教學(xué)；課后反思等。在習(xí)題課中開(kāi)展論證教學(xué)的過(guò)程如圖2所示。

圖2 在習(xí)題課中開(kāi)展論證教學(xué)的過(guò)程示意圖

2 論證教學(xué)在習(xí)題課“判斷基因在染色體上的位置”中的應(yīng)用

2.1 議題分析

學(xué)習(xí)了“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”和“基因和染色體的關(guān)系”兩章內(nèi)容之后，《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生能夠根據(jù)題目中描述的實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等信息判斷基因在染色體上的位置，包括2個(gè)生物學(xué)議題：①判斷基因是否位于非同源染色體上，論證不同基因是否遵循基因的自由組合定律；②判斷基因位于常染色體上、X染色體上、XY同源區(qū)段上，論證相關(guān)性狀的遺傳方式。以上兩項(xiàng)內(nèi)容在高考中是常考的重點(diǎn)知識(shí)，尤其是在非選擇題中經(jīng)常出現(xiàn)判斷基因是否符合自由組合定律，即判斷兩對(duì)及以上基因是否位于非同源染色體上和判斷基因在常染色體上、X染色體上、XY同源區(qū)段上。這兩項(xiàng)內(nèi)容也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。

2.2 教學(xué)過(guò)程

2.2.1 導(dǎo)入新課

教師展示自由組合定律實(shí)質(zhì)圖解，提出問(wèn)題：基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)是什么？

學(xué)生回答：在減數(shù)分裂過(guò)程中，同源染色體上的等位基因彼此分離的同時(shí)，非同源染色體上的非等位基因自由組合。

教師展示人類的染色體組成，追問(wèn)：什么叫伴性遺傳？學(xué)生思考后，得出：基因位于性染色體上，遺傳總是和性別相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象叫做伴性遺傳。

教師評(píng)價(jià)學(xué)生的回答，引導(dǎo)學(xué)生討論前次所做的試卷中錯(cuò)誤較多的兩個(gè)問(wèn)題。

2.2.2 問(wèn)題一：判斷基因是否位于非同源染色體上

教師根據(jù)試卷中學(xué)生對(duì)于通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷基因是否遵循自由組合定律出現(xiàn)的誤差，要求學(xué)生小組內(nèi)討論說(shuō)明兩對(duì)基因遵循自由組合定律的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位開(kāi)展探究活動(dòng)，教師巡視指導(dǎo)。然后，教師組織學(xué)生展示討論結(jié)果。

學(xué)生觀點(diǎn)一：在學(xué)習(xí)孟德?tīng)杻蓪?duì)性狀的遺傳實(shí)驗(yàn)時(shí)，豌豆的綠色和黃色、圓粒和皺粒兩對(duì)相對(duì)性狀在F1雜交時(shí)，雜交結(jié)果出現(xiàn)9∶3∶3∶1的比例及其變式，就可以說(shuō)明兩對(duì)基因遵循自由組合定律。

學(xué)生觀點(diǎn)二：在F1測(cè)交時(shí)，測(cè)交結(jié)果為1∶1∶1∶1的比例及其變式，也能說(shuō)明。

學(xué)生觀點(diǎn)三：我們組不同意結(jié)果為1∶1∶1∶1的比例及其變式能說(shuō)明這一結(jié)論。論據(jù)：因?yàn)閮蓪?duì)基因位于兩對(duì)同源染色體上才遵循自由組合定律，YyRr和yyrr測(cè)交結(jié)果出現(xiàn)1∶1∶1∶1的比例。但是，如果兩對(duì)基因位于一對(duì)同源染色體上時(shí)，雜交結(jié)果也可能出現(xiàn)1∶1∶1∶1的比例，如yyRr和Yyrr雜交（圖3）也出現(xiàn)了1∶1∶1∶1的比例，但是兩對(duì)基因卻不遵循自由組合定律。

圖3 yyRr和Yyrr雜交結(jié)果

教師總結(jié)：出現(xiàn)9∶3∶3∶1的比例及其變式，就可以說(shuō)明兩對(duì)基因遵循自由組合定律。但是出現(xiàn)1∶1∶1∶1的比例及其變式，要看雜交個(gè)體的基因型，如果是基因型為YyRr和yyrr個(gè)體測(cè)交，可以說(shuō)明；如果是基因型為yyRr和Yyrr個(gè)體雜交，則不一定說(shuō)明。

2.2.3 問(wèn)題二：判斷基因在常染色體上、X染色體上、XY同源區(qū)段上

教師提出問(wèn)題：剛才復(fù)習(xí)到伴性遺傳的特點(diǎn)常常和性別相關(guān)聯(lián)，是不是伴性遺傳就一定和性別相關(guān)聯(lián)，雜交子代沒(méi)有性別差異就可以判定不是伴性遺傳了嗎？

學(xué)生觀點(diǎn)一：伴性遺傳一定和性別相關(guān)。

論據(jù)一：伴性遺傳的概念，基因位于性染色體上，和性別相關(guān)聯(lián)。

學(xué)生觀點(diǎn)二：伴性遺傳不一定和性別相關(guān)。

論據(jù)二：例如基因型為XWXw紅眼雌果蠅和基因型為XwY白眼雄果蠅雜交，結(jié)果紅眼和白眼兩種性狀在雌雄中的比例是相等的，但卻是伴性遺傳，如圖4所示。

圖4 XWXw紅眼雌果蠅和XwY白眼雄果蠅雜交后代

教師總結(jié)：伴性遺傳不一定都和性別相關(guān)聯(lián)。如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)判斷基因位于常染色體上、X染色體上、XY同源區(qū)段上，請(qǐng)結(jié)合以下兩個(gè)問(wèn)題思考討論。

【例1】已知果蠅的灰身（A）與黃身（a）是一對(duì)相對(duì)性狀?，F(xiàn)偶然發(fā)現(xiàn)的一只黃身雌果蠅，為了確定A、a在染色體上的位置，科學(xué)家進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：現(xiàn)將這只雌果蠅和純合的灰身雄果蠅雜交，得到子一代（F1）。如果F1的表現(xiàn)型為_(kāi)_______________，則說(shuō)明基因位于X染色體上的非同源區(qū)段；如果根據(jù)F1的表現(xiàn)型及比例不能作出判斷，則將F1雌雄果蠅相互交配得到子二代（F2）：

①若F2__________________________________________________________________，則基因位于常染色體上。

②若F2_______________________________________________________________，則基因位于X、Y染色體上的同源區(qū)段。

【例2】果蠅是常用的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料，腿部有斑紋和無(wú)斑紋是受核基因控制的一對(duì)相對(duì)性狀；請(qǐng)利用上述果蠅為實(shí)驗(yàn)材料，探究控制腿部有、無(wú)斑紋這對(duì)相對(duì)性狀的基因是位于常染色體上還是X染色體上？（不考慮X、Y同源區(qū)段，要求：寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論）

實(shí)驗(yàn)思路：______________________________；

預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：

A：若_____________________，則該等位基因位于常染色體上。

B：若_____________________，則該等位基因位于X染色體上。

學(xué)生分小組合作探究，教師巡視指導(dǎo)。

例1的論據(jù)一：因?yàn)辄S身是隱性性狀，如果基因位于X染色體上的非同源區(qū)段，其基因型應(yīng)為XaXa，和灰身雄果蠅基因型為XAY雜交，后代中雌性基因型全部為XAXa，表現(xiàn)型為灰身，雄性的基因型全部為XaY，表現(xiàn)型為黃身。

學(xué)生觀點(diǎn)一：選擇純合隱性雌性個(gè)體和顯性純合雄性個(gè)體雜交，F(xiàn)1的表現(xiàn)型為雌性為灰身，雄性為黃身，則說(shuō)明基因位于X染色體上的非同源區(qū)段。

論據(jù)二：如果基因是位于常染色體上，純合隱性雌性個(gè)體和顯性純合雄性個(gè)體雜交結(jié)果和F1雌雄果蠅相互交配得到子二代（F2）結(jié)果如圖5所示。

圖5 雜交結(jié)果示意圖

學(xué)生觀點(diǎn)二：純合隱性雌性個(gè)體和顯性純合雄性個(gè)體雜交得到F1。F1雌雄果蠅相互交配得到F2?；疑砉壟c黃身果蠅比例為3∶1，且與性別無(wú)關(guān)，則該等位基因位于常染色體上。

論據(jù)三：如果基因是位于X、Y染色體上的同源區(qū)段，純合隱性雌性個(gè)體和顯性純合雄性個(gè)體雜交結(jié)果和F1雌雄果蠅相互交配得到子二代（F2）結(jié)果如圖6所示。

圖6 雜交結(jié)果示意圖

學(xué)生觀點(diǎn)三：F2雄果蠅只有灰身性狀，雌果蠅既有灰身也有黃身（且比例為1∶1），則基因位于X、Y染色體上的同源區(qū)段。

教師總結(jié)：通過(guò)大家的討論分析，親本選擇隱性性狀的雌性和顯性性狀的雄性雜交，如果F1雌雄表現(xiàn)型不一致，則可以判定基因位于X染色體上的非同源區(qū)段。如果F1雌雄表現(xiàn)型相同，F(xiàn)1雌雄果蠅相互交配得到F2。若F2雌雄表現(xiàn)型不一致，則基因位于X、Y染色體上的同源區(qū)段；若F2雌雄表現(xiàn)型一致，則基因位于常染色體上。

例2的論據(jù)一：該題目描述的性狀顯隱性未知，而且題目要求不必考慮X、Y同源區(qū)段，所以只需假設(shè)基因位于常染色體和X染色體上兩種情況。按照題意并不知道性狀的顯隱性，可以先通過(guò)一次雜交實(shí)驗(yàn)確定顯隱性，然后再選取隱性性狀的雌性和顯性性狀的雄性雜交。

學(xué)生觀點(diǎn)一：若F1雌雄表現(xiàn)型不一致，則可以判定基因位于X染色體上，F(xiàn)1雌雄表現(xiàn)型相同，基因位于常染色體上。

論據(jù)二：未知顯隱性性狀可以進(jìn)行正反交實(shí)驗(yàn)，觀察正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否相同，如圖7和圖8所示。

圖7 正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖

圖8 正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖

學(xué)生觀點(diǎn)二：正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同，基因位于常染色體上；若不同，基因位于X染色體上。

教師總結(jié)：如果不知道相對(duì)性狀的顯隱性，可以先通過(guò)雜交實(shí)驗(yàn)確定顯隱性，然后再按照問(wèn)題一的方法確定基因的位置。也可以直接采用正反交的實(shí)驗(yàn)，如果正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同，則基因位于位于X染色體上；若正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同，則基因位于常染色體上。答題時(shí)注意題干的要求，再確定采用哪種方法。

3 論證教學(xué)應(yīng)用于高中生物習(xí)題課的反思

論證教學(xué)適于在高中生物習(xí)題課中開(kāi)展，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)思維有著積極的作用。但是，在高中習(xí)題課中開(kāi)展論證教學(xué)需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：論證議題的選擇應(yīng)該是一個(gè)高階概念，否則沒(méi)有開(kāi)展論證的價(jià)值；在論證過(guò)程中，教師要給學(xué)生充足的論證時(shí)間，否則達(dá)不到深度學(xué)習(xí)的目的；教師在指導(dǎo)過(guò)程中不要過(guò)早發(fā)表支持或者否定的觀點(diǎn)，要讓學(xué)生充分論證。