高中生物遺傳學(xué)教學(xué)中科學(xué)思維能力培養(yǎng)的教學(xué)策略

四川 毛洪文

科學(xué)思維即在生產(chǎn)、生活和認(rèn)識(shí)活動(dòng)中對(duì)各種感性認(rèn)識(shí)材料進(jìn)行加工處理，并運(yùn)用合乎邏輯的分析、判斷、推理、演繹、歸納等方法的一種科學(xué)的思維方式。

遺傳學(xué)具有特定的研究對(duì)象并通常采用特定的學(xué)科研究方法和邏輯思維形式，因而構(gòu)成獨(dú)特的學(xué)科思維能力要求。這些重要的學(xué)科思維能力又往往構(gòu)成遺傳學(xué)本身的科學(xué)思維能力?？茖W(xué)思維能力的培養(yǎng)在遺傳學(xué)的教學(xué)中顯得尤為重要，然而在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)觀察中，筆者發(fā)現(xiàn)部分教師在遺傳學(xué)教學(xué)中往往忽視了這個(gè)非常重要的學(xué)科能力要求，而一味追求遺傳解題方法、遺傳題型的訓(xùn)練，把遺傳學(xué)科思維能力的培養(yǎng)變成了解題方法的訓(xùn)練、遺傳題型的訓(xùn)練、解題技巧的訓(xùn)練。本文結(jié)合了筆者長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐，力圖闡明在遺傳學(xué)教學(xué)中，進(jìn)行科學(xué)思維能力培養(yǎng)的具體策略。

1.幫助學(xué)生建立正確的遺傳學(xué)科學(xué)思維認(rèn)識(shí)是學(xué)習(xí)遺傳知識(shí)的首要任務(wù)

學(xué)習(xí)遺傳學(xué)的過(guò)程中，教材中有很多教學(xué)實(shí)例，體現(xiàn)了遺傳學(xué)的學(xué)科思維或?qū)W科思想。例如，研究性狀遺傳的思維邏輯時(shí)，由于控制性狀的基因是肉眼無(wú)法見(jiàn)到的，因此很多遺傳現(xiàn)象的研究都是從性狀出發(fā)，遵循性狀——該性狀為顯性性狀/隱性性狀——該性狀受幾對(duì)基因控制——基因在染色體上的位置——控制此性狀的基因怎樣遺傳——控制該性狀的基因的來(lái)源（基因突變/染色體變異/基因重組）這一思維的路徑。通過(guò)建立這種學(xué)科思維方式，學(xué)生才能真正明白遺傳現(xiàn)象為什么是這樣；師生在進(jìn)行分析、推理時(shí)也需要按照這種思維形式，才能真正弄清楚控制該性狀的基因的來(lái)龍去脈。類似這樣的學(xué)科思維方式還有很多，比如，親代的遺傳物質(zhì)（基因）怎樣遺傳給下一代（性狀怎樣遺傳給下一代）的思維邏輯：親代的原始生殖細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)（基因）——復(fù)制一次——傳遞給有性生殖細(xì)胞（精子/卵細(xì)胞）——形成受精卵（子代）——基因在子代個(gè)體發(fā)育中表達(dá)，才表現(xiàn)出與親本相似的性狀；再如，與遺傳相關(guān)的重要概念的邏輯關(guān)系及數(shù)量邏輯關(guān)系：染色體——DNA——基因（單個(gè)基因）——遺傳信息（4 種堿基的排列順序）——密碼子（mRNA 上）——蛋白質(zhì)（氨基酸的排列順序）；又如，假說(shuō)- 演繹法的思維邏輯/孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)兩個(gè)遺傳規(guī)律的探究方法（科學(xué)探究的一般方法）：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出假說(shuō)——理論上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（運(yùn)用演繹推理來(lái)解釋、說(shuō)明假說(shuō)的正確性）——進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并得到與預(yù)期的推理結(jié)果一致的結(jié)果來(lái)證明推理的正確和假說(shuō)的正確——將假說(shuō)上升為理論/規(guī)律；還如，有性生殖過(guò)程和基因傳遞規(guī)律及生物多樣性的思維邏輯關(guān)系：親代原始生殖細(xì)胞中的成對(duì)基因——經(jīng)減數(shù)分裂（進(jìn)行基因分離/自由組合）——產(chǎn)生多樣的配子（精子/卵子）——形成多樣的受精卵——發(fā)育成多樣的個(gè)體（環(huán)境中），這就體現(xiàn)出生物的多樣性；以及，如變異和遺傳的邏輯關(guān)系，變異現(xiàn)象在遺傳過(guò)程中才能體現(xiàn)出來(lái)，而遺傳的過(guò)程中往往伴隨著變異的發(fā)生等等，以上重要的思維邏輯關(guān)系是遺傳學(xué)中重要的關(guān)系，而且這類題常見(jiàn)于高考試題中。學(xué)生只有在學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)教師的引導(dǎo)，經(jīng)過(guò)理解和分析才能真正掌握遺傳學(xué)的核心知識(shí)內(nèi)容。否則，只會(huì)成為做題的“機(jī)器”，學(xué)習(xí)遺傳學(xué)知識(shí)后除了能解題外，根本不能用這些思維邏輯關(guān)系知識(shí)來(lái)分析、解決和說(shuō)明遺傳學(xué)的一些實(shí)際問(wèn)題和現(xiàn)象。

2.梳理相關(guān)的核心知識(shí)點(diǎn)，形成系統(tǒng)的遺傳學(xué)知識(shí)體系

高中生物遺傳學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，除了建立以上一些重要的思維邏輯關(guān)系外，還有一個(gè)重要的內(nèi)容，就是遺傳學(xué)的核心知識(shí)內(nèi)容體系。由于遺傳學(xué)內(nèi)容比較多，其核心知識(shí)內(nèi)容體系又比較復(fù)雜，因此，如果在教學(xué)中教師不引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)、歸納的話，則很可能會(huì)讓學(xué)生感覺(jué)遺傳學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)既難懂、難理解，又煩瑣。這樣會(huì)給學(xué)生造成遺傳學(xué)是很難的學(xué)習(xí)內(nèi)容的印象，甚至有的學(xué)生學(xué)習(xí)到后期就干脆放棄了。

筆者對(duì)有關(guān)遺傳部分的知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行了梳理，如圖1、圖2 所示。

圖1

圖2

3.歸納分析解決遺傳雜交實(shí)驗(yàn)的一些重要方法技巧

3.1 從單對(duì)基因（相對(duì)性狀）的分析到兩對(duì)基因（相對(duì)性狀）的綜合分析再到多對(duì)基因（相對(duì)性狀）的綜合分析方法

將兩對(duì)或兩對(duì)以上相對(duì)性狀的遺傳問(wèn)題分解為兩個(gè)或兩個(gè)以上的一對(duì)相對(duì)性狀遺傳問(wèn)題，遵循基因的分離定律方法，逐一解決每一對(duì)相對(duì)性狀的遺傳問(wèn)題。最后，再把多對(duì)相對(duì)性狀綜合起來(lái)。

這種方法，既是一種運(yùn)用孟德?tīng)柕目茖W(xué)思維方法進(jìn)行邏輯分析和推理的方式，同時(shí)又是一種很好的化繁為簡(jiǎn)的思維分析方法。

【例題】小麥高稈（D）對(duì)矮稈（d）是顯性，抗銹?。═）對(duì)不抗銹病（t）是顯性?，F(xiàn)有兩個(gè)親本雜交，后代表現(xiàn)型及比例如下，則親本的基因型是____________。___________

【答案】DdTt 和ddTt

【方法演示】將兩對(duì)性狀拆開(kāi)分別分析:

高稈（180+60）∶矮稈（179+62）=1∶1，則雙親基因型分別是Dd 和dd；

抗銹?。?80+179）∶不抗銹?。?0+62）=3∶1，則雙親基因型分別是Tt 和Tt。

綜上所述，雙親的基因型分別是DdTt 和ddTt。

3.2 基因位于染色體上的問(wèn)題（雜交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：親（父）本（表現(xiàn)型）與親（母）本（表現(xiàn)型）雜交、測(cè)交或自交，觀察子代的表現(xiàn)型及（雌雄）比例。

3.3 親子代有關(guān)基因型的推斷問(wèn)題

3.3.1 常染色體遺傳現(xiàn)象中的隱性純合突破法

例如，人類遺傳問(wèn)題中，若子代中有隱性個(gè)體出現(xiàn)，由于隱性個(gè)體是純合體（aa），子代基因來(lái)自于父母雙方，則親代基因型中必然都有一個(gè)隱性a 基因，由此根據(jù)親代的表現(xiàn)型做進(jìn)一步判斷。

3.3.2 利用后代性狀分離比進(jìn)行推理的方法

例如，一對(duì)等位基因控制的相對(duì)性狀的遺傳，在子一代的表現(xiàn)型中：

①子代顯性（A_）∶隱性（aa）=3∶1，則親本一定為雜合體（Aa），即親本Aa 與親本Aa 雜交，則子代為顯性∶隱性=3∶1；

②子代顯性（A_）∶隱性（aa）=1∶1，則雙親為測(cè)交類型，即Aa×aa →1Aa∶1aa；

③若子代全為顯性（A_），則雙親至少一方為顯性純合，即AA×（Aa、aa）雜交，子代全為全為顯性（A_）。

3.3.3 人類遺傳系譜圖中的推理中常用假設(shè)、演繹、推理等方法

以上方法或技巧是在學(xué)習(xí)遺傳學(xué)中經(jīng)常用到的一些方法，掌握和應(yīng)用這些方法，有助于幫助學(xué)生理解基因在親、子代間的遺傳過(guò)程和發(fā)生的遺傳現(xiàn)象，從而更好地掌握遺傳學(xué)的相關(guān)知識(shí)。

4.認(rèn)真分析和歸納教材中一些重要的經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn)的推理方法或建模思想

例如，教材中關(guān)于論證DNA 是主要遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，其中的四個(gè)實(shí)驗(yàn)及遞進(jìn)推理過(guò)程，如果教師認(rèn)真引導(dǎo)學(xué)生分析其實(shí)驗(yàn)過(guò)程，是非常有助于學(xué)生理解科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和思維邏輯推理的嚴(yán)密性的。教材首先是從發(fā)現(xiàn)可能存在“轉(zhuǎn)化因子”的推理，到真正發(fā)現(xiàn)了“轉(zhuǎn)化因子”，再到對(duì)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性提出質(zhì)疑，再到噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，無(wú)可辯駁的證據(jù)證明DNA 是遺傳物質(zhì)。但還沒(méi)有說(shuō)明DNA 是主要的遺傳物質(zhì)，最后又找到了RNA 可以作為遺傳物質(zhì)的證據(jù)。經(jīng)過(guò)這樣一系列的實(shí)驗(yàn)證據(jù)及思維推理過(guò)程才真正得出DNA 是主要的遺傳物質(zhì)的科學(xué)結(jié)論。

4.1 孟德?tīng)柊l(fā)現(xiàn)了兩個(gè)規(guī)律，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)探究揭示的科學(xué)探究的一般方法：假說(shuō)-演繹法

歸納、總結(jié)出分離定律和自由組合定律。

其中，對(duì)兩對(duì)基因的雜交實(shí)驗(yàn)分析，采用先分析單對(duì)基因的雜交結(jié)果，再分析兩對(duì)基因的雜交結(jié)果的方法。此方法在遺傳學(xué)中的廣泛應(yīng)用要引起重視。

4.2 摩爾根的白眼果蠅的發(fā)現(xiàn)及雜交實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)控制紅眼和白眼性狀的基因位于X 染色體上的實(shí)驗(yàn)方法。（同上）

4.3 DNA 空間結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，所采用的建立物理模型的方法：運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算方法來(lái)建立物理模型并對(duì)觀察到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析、比較。

4.4 DNA 半保留復(fù)制理論的提出，同樣運(yùn)用了假說(shuō)-演繹法的研究方法，并采用了同位素標(biāo)記和密度梯度離心的物理方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)以上四種不同的方式或方法的學(xué)習(xí)，能加深學(xué)生對(duì)遺傳學(xué)核心知識(shí)的理解，同時(shí)也是一種有效的、培養(yǎng)學(xué)生遺傳學(xué)科學(xué)思維能力的、具有可操作性的教學(xué)策略，對(duì)整體提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。