遺傳選擇題的錯因分析與解決策略

廣東

人教版教材必修2 中遺傳部分的知識對學生科學思維、科學探究學科核心素養(yǎng)的要求較高。在進行教學評價時，筆者發(fā)現(xiàn)普遍存在由于學生運用科學方法解決問題的能力薄弱導致評價結(jié)果不理想的情況。參考《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》中關(guān)于教學評價結(jié)果的使用建議，教師非常有必要對評價結(jié)果進行科學分析和及時反饋，這有利于確保和提高教學評價的時效性。教師還要根據(jù)教學目標，參照相關(guān)標準，對評價結(jié)果做出合理的解釋。在此基礎上教師進一步對學生存在的主要問題提出有效的解決方法，注重發(fā)現(xiàn)和發(fā)展學生的潛能，激發(fā)學生學習的積極性和主動性，促進學生學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。下面筆者結(jié)合在教學中的幾個教學評價案例，探討解決遺傳選擇題部分教學疑難問題的方法。

案例一 建構(gòu)問題模型 培養(yǎng)科學思維

【例題1】具有兩對相對性狀的親本甲與乙雜交得到F1，F(xiàn)1自交得到F2，F(xiàn)2中各種表現(xiàn)型比例為9 ∶3 ∶3 ∶1，F(xiàn)2中與親本（甲與乙）表現(xiàn)型相同的個體占3/8，則親本甲與乙的基因型是 （ ）

A.AaBb×AaBb B.AAbb×aaBB

C.AaBb×aabb D.AABB×aabb

【參考答案】B

初評價：筆者所在學校高一全年級學生共687 人參與測試，此題的正確率為28.7%。

錯因分析：少數(shù)同學（7.2%）誤選A，其出錯原因是審題不清，看到題干信息“F2中各種表現(xiàn)型比例為9 ∶3 ∶3 ∶1”立即套用模型“4×4”知親本基因型是“AaBb×AaBb ”后直接選擇A。這一類同學直接“忽視”了“F2中與親本（甲與乙）表現(xiàn)型相同的個體占3/8”這一條件和設問對象“親本甲與乙”。調(diào)查后發(fā)現(xiàn)部分同學（18.5%）誤選C，此類學生屬于因基礎薄弱而隨意選擇，這一類同學未讀懂題目。誤選D 的同學有很多（45.6%），這一類同學在相關(guān)知識的掌握程度上屬于中等偏上，但是出錯原因與誤選A 的同學的出錯原因有些相似，即未關(guān)注題干中的“F2中與親本（甲與乙）表現(xiàn)型相同的個體占3/8”這一信息，通過談話調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分同學因為無法正確使用這一信息導致誤選。

思維訓練指導：解決這類題的關(guān)鍵是靈活使用模型。通過對遺傳基本規(guī)律的學習和豌豆雜交實驗相關(guān)案例的分析，學生需要逐漸形成答題思維架構(gòu)：（1）由自交或雜交得到的子代的表現(xiàn)型及比例可以逆推自交或雜交親本的基因型組成，例如由例題1 中F2各種表現(xiàn)型及比例為9 ∶3 ∶3 ∶1，可知F1能夠產(chǎn)生四種配子，即基因型組成包含兩對等位基因。（2）由子代基因型及種類逆推親本的基因型，例如由例題1 中F1基因型只有一種為AaBb，可知親本都只能產(chǎn)生一種配子，即甲和乙都是純合子，可能為AAbb×aaBB（B 選項），也可能為AABB×aabb（D選項）。（3）由子代表現(xiàn)型的比例、與親代表現(xiàn)型的相同或不同比例，確定具體的親本雜交組合。

結(jié)合上述思維訓練指導，可以構(gòu)建如下問題模型：

為了檢測學生對上述問題模型的使用能力，可對例題1 做如下變式：

【變式1】具有兩對相對性狀的親本甲與乙雜交得到F1，F(xiàn)1自交得到F2，F(xiàn)2中各種表現(xiàn)型比例為9 ∶3 ∶3 ∶1，F(xiàn)2中與親本（甲與乙）表現(xiàn)型不相同的個體占3/8，則親本甲與乙的基因型是 （ ）

A.AaBb×AaBb B.AAbb×aaBB

C.AaBb×aabb D.AABB×aabb

【參考答案】D

變式目的：檢測學生是否真正掌握了問題模型，同時檢測學生的審題能力。

【變式2】具有兩對相對性狀的親本AAbb 與aaBB雜交得到F1，F(xiàn)1自交得到F2。F2中與親本表現(xiàn)型相同的個體占 （ ）

A.3/8 B.9/16 C.5/8 D.3/4

【參考答案】A

變式目的：檢測學生對問題模型的逆向應用能力，培養(yǎng)學生的科學思維。

【變式3】具有兩對相對性狀的親本甲與乙雜交得到F1，F(xiàn)1中各種表現(xiàn)型比例為1 ∶3 ∶3 ∶1。則親本的基因型可能是 （ ）

A.AaBb×AaBb B.AAbb×aaBB

C.AaBb×Aabb D.AABB×aabb

【參考答案】C

變式目的：檢測學生能否通過對子代表現(xiàn)型比例這一信息采用棋盤法逆推親本的基因型。

再評價：對以上三個變式得分率統(tǒng)計（52.6%、75.4%、78.1%）后發(fā)現(xiàn)，學生對該題型的解決能力有了明顯的提升。

案例二 簡圖模擬實驗 提升探究能力

【例題2】赫爾希與蔡斯用32P 標記的T2噬菌體與無標記的細菌培養(yǎng)液混合，保溫一段時間后經(jīng)過攪拌、離心得到了上清液和沉淀物。與此有關(guān)的敘述不正確的是 （ ）

A.32P 主要集中在沉淀物中，但上清液中也不排除有少量放射性

B.如果離心前混合時間過長，會導致上清液中放射性降低

C.本實驗的目的是單獨研究DNA 在遺傳中的作用

D.本實驗說明了DNA 在親子代之間傳遞具有連續(xù)性

【參考答案】B

【例題3】下列有關(guān)人類對遺傳物質(zhì)探索歷程的敘述正確的是 （ ）

A.格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA 是遺傳物質(zhì)

B.艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗采用了物質(zhì)提純、鑒定與細菌體外培養(yǎng)等技術(shù)

C.赫爾希和蔡斯的實驗證明了DNA 是生物界中主要的遺傳物質(zhì)

D.煙草花葉病毒侵染煙草的實驗證明了蛋白質(zhì)和RNA 是遺傳物質(zhì)

【參考答案】B

初評價：參與評價對象為高三學生，共375 人，正確率為25.7%。

錯因分析：關(guān)于“遺傳物質(zhì)是什么”的科學探究實驗，人教版教材必修2 第3 章第一節(jié)“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”選擇了格里菲思的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗（1928 年）、艾弗里的肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗（1944 年）、赫爾希和蔡斯的T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗（1952 年）、弗倫克爾-庫蘭特的煙草花葉病毒侵染實驗（1956 年）等作為主要教學內(nèi)容。關(guān)于這些經(jīng)典遺傳學實驗的考查，在選擇題部分一般有兩個命題方向：對四個實驗（或前面三個）進行全面考查，或僅考查其中一個（通常選擇考查第三個實驗）。前者側(cè)重考查知識廣度，難度相對較低（如例題3）；后者側(cè)重考查知識深度，通常會像例題2 考查T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗，由于此實驗較為復雜，試題難度較大。

科學探究指導：T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗應用到的技術(shù)和操作包括放射性同位素標記、細菌培養(yǎng)、病毒培養(yǎng)、保溫、攪拌、離心等；實驗步驟繁雜，包括配制分別含32P、35S 的細菌培養(yǎng)液、培養(yǎng)大腸桿菌、培養(yǎng)T2噬菌體、攪拌、離心、上清液和沉淀物的放射性檢測、細菌裂解后對子代噬菌體放射性檢測等。此實驗無法在實驗室完成，即便播放相關(guān)實驗動畫視頻，學生的掌握程度也不夠理想。為了解決這一現(xiàn)狀，可以考慮讓學生以簡圖的形式在紙上“做實驗”，教師對學生畫圖過程中出現(xiàn)的錯誤進行收集并集中在課堂上加以評價修正，最后獲得如圖所示的實驗圖解。

結(jié)合例題2 中的具體問題進行分析，大多數(shù)學生能獲得正確答案。

為了檢測上述教學處理的效果，可以對例題2 進行變式。

【變式1】赫爾希與蔡斯用35S 標記的T2噬菌體與無標記的細菌培養(yǎng)液混合，保溫一段時間后經(jīng)過攪拌、離心得到了上清液和沉淀物。與此有關(guān)的敘述不正確的是 （ ）

A.35S 主要集中在上清液中，但沉淀物中也不排除有少量放射性

B.如果離心前混合時間過長，會導致上清液中放射性降低

C.本實驗的目的是單獨研究DNA 在遺傳中的作用

D.本實驗說明了DNA 在親子代之間傳遞具有連續(xù)性

【參考答案】B

變式目的：檢測學生對35S 標記的對象以及細菌裂解后（離心前混合時間過長）是否影響上清液的放射性強弱掌握情況。

【變式2】赫爾希與蔡斯用分別被32P、35S 標記的T2噬菌體與無標記的細菌培養(yǎng)液混合，保溫一段時間后經(jīng)過攪拌、離心得到了上清液和沉淀物。與此有關(guān)的敘述不正確的是 （ ）

A.兩組的32P、35S 分別主要集中在沉淀物和上清液中

B.如果攪拌不充分，兩組都會導致上清液中放射性降低

C.本實驗的目的是單獨研究DNA 在遺傳中的作用

D.本實驗說明了DNA 在親子代之間傳遞具有連續(xù)性

【參考答案】B

變式目的：檢測學生對兩組實驗的比較分析能力。

【變式3】赫爾希與蔡斯用32P 標記的T2噬菌體與無標記的細菌培養(yǎng)液混合，保溫一段時間后經(jīng)過攪拌、離心得到了上清液和沉淀物。與此有關(guān)的敘述正確的是 （ ）

A.保溫（侵染）時間過長或過短都會導致上清液帶有放射性

B.32P 標記T2噬菌體DNA 在細菌體內(nèi)復制時，需要的酶是由噬菌體攜帶到細菌體內(nèi)的

C.在此實驗中最后獲得的子代噬菌體大部分含有放射性

D.離心時間過長或攪拌不充分是上清液帶有放射性的重要原因之一

【參考答案】A

變式目的：檢測學生對適時保溫、離心、攪拌目的的理解能力，培養(yǎng)其批判性思維能力；聯(lián)系考查DNA 復制的條件和特點。

再評價：對以上三個變式進行得分率統(tǒng)計（72.5%、55.3%、63.5%）后發(fā)現(xiàn)，學生對該類型的問題解決能力也有了明顯的提升。

案例三 一題多解 提升思維能力

【例題4】豌豆的紫花與白花受一對等位基因控制。一批開紫花的豌豆，在自然狀態(tài)產(chǎn)生的F1中紫花與白花的數(shù)量之比為17 ∶1。則這批紫花豌豆中雜種的比例為 （ ）

A.1/2 B.1/4 C.2/7 D.2/9

【參考答案】D

初評價：檢測對象為高三年級一個班級，共54 人，得分率為61%。調(diào)查發(fā)現(xiàn)部分同學雖然做對了但是并不懂其中原由；有的同學則是耍了“小聰明”，看到F1的總份數(shù)為17+1=18，觀察到只有A、D 兩個選項的分母是18 的公約數(shù)，觀察比較后選擇了D 選項（這種做法有一定的科學思維含量，但并未真正理解掌握）；還有的同學花費大量時間采用試錯法，通過計算排除了前三個選項后選擇了D 選項，調(diào)查后真正得分率不到30%。

本題的命題意圖為已知親代表現(xiàn)型（紫花A_）、自交子代表現(xiàn)型的種類及比例（紫花與白花的數(shù)量之比為17 ∶1），求親代的組成情況。

解題思路：由紫花自交子代中出現(xiàn)白花，即發(fā)生了性狀分離現(xiàn)象可知，（1）假設花色受A/a 控制，紫花（A）對白花（a）為顯性；（2）開紫花的親代中有雜合子。在此基礎上可以有兩個解題方向：①設這批紫花豌豆中雜種的比例為x，代入已知條件求解；②由“自然狀態(tài)產(chǎn)生的F1中紫花與白花的數(shù)量之比為17 ∶1”這一條件入手逆推親代的組成情況。

解法一：設這批紫花豌豆中雜種（Aa）的比例為x，則AA 的比例為1-x；

∴ 自交結(jié)果分別為x（1/4AA+1/2Aa+1/4aa）=

3x/4（A_）+x/4（aa）；1-x（AA）。

∴ 紫花∶白花=（3x/4+1-x）∶x/4=17 ∶1

即x=4/18=2/9，選擇D 選項。

解法二：在自然狀態(tài)產(chǎn)生的F1中紫花與白花的數(shù)量統(tǒng)計比為17 ∶1，即F1總份數(shù)為18。

由親本中1 份Aa 自交產(chǎn)生白花子代的份數(shù)為1，產(chǎn)生紫花子代的份數(shù)為3 可知，AA 自交可產(chǎn)生18-4=14 份子代，即親代中AA 份數(shù)為14/4=7/2；比較可知親代中Aa ∶AA=1 ∶7/2=2 ∶7，Aa 占2/9，選擇D 選項。

解法三：在自然狀態(tài)產(chǎn)生的F1中紫花與白花的數(shù)量之比17 ∶1，即F1總份數(shù)為18。

由親代中1 份Aa 自交產(chǎn)生白花子代的份數(shù)為1，產(chǎn)生紫花子代的份數(shù)為3 可知，這批紫花豌豆中雜種（Aa）自交子代在F1中所占比例為（3+1）∶（17+1）=2/9；即這批紫花豌豆中雜種的比例為2/9。

對比三種解法，解法一較易理解和使用，其實質(zhì)為設定未知，代入條件獲得等式，直接求解即可，但計算量較大；解法三由白花占比份數(shù)為1、總份數(shù)為18 入手，計算量小，但雜種（Aa）自交子代在F1中所占比例即為雜種在親代中所占比例這一思維關(guān)聯(lián)的建立有一定的難度；解法二思路方向與解法三相同，但教學中筆者發(fā)現(xiàn)解法二更易于被學生理解掌握。

【變式訓練】豌豆的紫花與白花受一對等位基因控制。一批開紫花的豌豆，這批紫花豌豆中雜種的比例為2/7，則在自然狀態(tài)產(chǎn)生的F1中紫花與白花的數(shù)量之比為 （ ）

A.8 ∶1 B.15 ∶1 C.13 ∶1 D.17 ∶1

【參考答案】C

再評價：變式訓練的得分率高達85%，說明多數(shù)同學在理解上述不同解法的基礎上，已經(jīng)掌握該題型的解題方法了。

通過以上三個案例的教學評價和設計可以看出，找準學生在學科核心素養(yǎng)方面的短板，結(jié)合針對性的案例，通過教學評價發(fā)現(xiàn)問題，認真分析原因后提出和采用科學的教學方法，確實可以提升學生的科學思維、科學探究等學科核心素養(yǎng)，提升學生的解決實際問題的能力。