基于探究實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）的教學(xué)設(shè)計

熊 佳 殷俊才

（江蘇省泰興中學(xué) 江蘇泰州 225400）

1 教材分析

“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）”是人教版高中生物學(xué)教材《必修2·遺傳與進(jìn)化》第一章第一節(jié)的內(nèi)容，包括遺傳材料選擇原因的分析、假說-演繹法實(shí)驗(yàn)步驟的歸納、核心概念（自交、雜交、性狀分離、純合子、雜合子、遺傳因子組成、測交）的突破等內(nèi)容。其中，對假說-演繹法各步驟進(jìn)行研究的具體內(nèi)容是教學(xué)的重點(diǎn)，測交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計、相關(guān)概率的計算是教學(xué)難點(diǎn)，如何引導(dǎo)學(xué)生利用探究思維思考問題的實(shí)質(zhì)，是提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的手段之一。學(xué)生對假說-演繹法的研究步驟尚未接觸過，但已學(xué)習(xí)過探究實(shí)驗(yàn)，對其研究步驟較為熟知。教師可以此作為教學(xué)線索，借以引導(dǎo)學(xué)生展開探究，在教學(xué)探究過程中對相關(guān)概念進(jìn)行分散式教學(xué)，以助于學(xué)生形成知識的系統(tǒng)性，為孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（二）的教學(xué)打下基礎(chǔ)。

2 教學(xué)目標(biāo)

①通過對孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，培養(yǎng)基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納與概括，發(fā)展科學(xué)思維能力。

②通過對假說-演繹法邏輯性較強(qiáng)步驟的分析，逐步增強(qiáng)科學(xué)探究能力。

③通過對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)——測交實(shí)驗(yàn)的分析與設(shè)計，提升演繹與推理能力，培養(yǎng)批判性思維能力。

3 教學(xué)過程

3.1 從諺語、孟德爾故事導(dǎo)入

教師展示孟德爾照片及其生平和研究成果，創(chuàng)設(shè)情境：俗話說“龍生龍，鳳生鳳，老鼠生兒打地洞”，這是幾千年來人們對遺傳現(xiàn)象的總結(jié)。遺傳定律是由一個叫孟德爾的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。他利用豌豆、山柳菊、玉米等多種植物進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，并以此發(fā)現(xiàn)了生物的遺傳規(guī)律。在此之前，有些科學(xué)家也進(jìn)行了多種植物的雜交實(shí)驗(yàn)，但卻未成功，是什么原因?qū)е旅系聽柅@得了成功？遺傳規(guī)律的具體內(nèi)容是什么呢？

設(shè)計意圖：教師提供孟德爾生平以及其他科學(xué)家失敗的情景，激發(fā)學(xué)生對孟德爾成功的原因展開思考。

3.2 呈現(xiàn)圖片，問題導(dǎo)學(xué)

學(xué)生對豌豆、玉米較為熟悉，教材中該章節(jié)標(biāo)題也明確了豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料的關(guān)鍵詞，教師可利用多媒體呈現(xiàn)出豌豆植株并呈現(xiàn)出其花的結(jié)構(gòu)以及各種區(qū)分明顯的相對性狀。為了引導(dǎo)學(xué)生分析出孟德爾研究的對象——一對相對性狀，教師可設(shè)計問題：請結(jié)合孟德爾研究歷程，思考孟德爾實(shí)驗(yàn)研究的對象是什么？學(xué)生閱讀教材，即可得出研究高莖與矮莖這對相對性狀。此時，教師介紹相對性狀的概念，舉例讓學(xué)生展開判斷。教師追問：豌豆作為孟德爾實(shí)驗(yàn)成功的遺傳材料具有什么優(yōu)點(diǎn)？學(xué)生歸納出豌豆作為遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)：具有自花、閉花授粉；自然狀態(tài)下為純種，具有區(qū)分明顯的相對性狀。

設(shè)計意圖：教師展示相關(guān)圖片，促進(jìn)學(xué)生形成感官認(rèn)知，以問題導(dǎo)學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生明確孟德爾研究的對象，進(jìn)而歸納出豌豆作為遺傳材料的優(yōu)點(diǎn)。

3.3 回顧探究實(shí)驗(yàn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生分析孟德爾研究步驟

孟德爾在探究遺傳規(guī)律的過程中，是一種向未知知識摸索的過程，其探究步驟與其所學(xué)的探究實(shí)驗(yàn)思路基本一致。教師首先引導(dǎo)學(xué)生回顧探究實(shí)驗(yàn)步驟；接著，指出孟德爾的研究思路與其相似；然后，師生一起追尋孟德爾的研究蹤跡。

3.3.1 問題導(dǎo)學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生明確孟德爾提出的問題

學(xué)生閱讀人教版必修二教材，思考以下問題：孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)中包含哪幾步，得出哪些意外結(jié)果？這些意外是不是具有一定的偶然性？孟德爾是如何進(jìn)行判定的？對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析利用了什么方法？學(xué)生帶著問題，閱讀教材，最終明確：孟德爾先雜交得到F1，后自交得到F2；通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計分析，得到性狀分離比為3∶1；對其他相對性狀逐個進(jìn)行分析，也得到了3∶1的性狀分離比，說明該數(shù)值是科學(xué)數(shù)據(jù)。在此教學(xué)過程中，教師向?qū)W生介紹雜交與自交、性狀分離、顯隱性的概念。

3.3.2 引導(dǎo)學(xué)生分析出假說步驟

學(xué)生根據(jù)探究性實(shí)驗(yàn)思路，閱讀教材，根據(jù)孟德爾假說內(nèi)容，利用遺傳因子嘗試著寫出孟德爾遺傳實(shí)驗(yàn)整個過程，即寫出雜交與自交的遺傳圖解。該過程是本節(jié)教學(xué)的核心，也是今后求解遺傳試題的工具。教師可設(shè)計問題：①控制一對相對性狀的兩個遺傳因子有何特征？控制高莖與矮莖的遺傳因子是什么？②純合子與雜合子的遺傳因子組成有何不同？③純合子與雜合子產(chǎn)生的配子分別具有什么特點(diǎn)？④雌雄配子隨機(jī)結(jié)合之后，形成子代的各種遺傳因子組成的比例如何計算？在分析上述問題的基礎(chǔ)之上，學(xué)生即可寫出親代高莖與矮莖的遺傳因子組成，并求出F1的遺傳因子組成，進(jìn)而求出F2的遺傳因子組成及比例。為了完善遺傳圖解，教師可引導(dǎo)學(xué)生對照教材第5頁圖1-5，完善自己所寫的遺傳圖解，從而進(jìn)一步理解孟德爾的假說，并可解釋其雜交實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的問題。在F1自交過程中，學(xué)生容易出現(xiàn)雌雄配子數(shù)比例為1∶1的理解誤區(qū)。鑒于此，教師可設(shè)計問題：能否認(rèn)為遺傳因子組成為D（或d）的雌雄配子數(shù)量相同呢？

設(shè)計意圖：對這些問題的分析能有效降低學(xué)生理解的難度。因?yàn)閺奈淖謹(jǐn)⑹龅搅鞒虉D的形成需要文圖轉(zhuǎn)化的過程，該部分教學(xué)內(nèi)容的關(guān)鍵是輔助學(xué)生構(gòu)建出完整的遺傳圖解。該內(nèi)容是命題考查的一個方向，同時也是學(xué)生今后求解遺傳類試題常用的簡化手段。教師可借助于系列問題，引導(dǎo)學(xué)生分析，使學(xué)生最終構(gòu)建出正確的遺傳圖解。

3.3.3 引導(dǎo)學(xué)生分析出驗(yàn)證步驟

首先，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析出驗(yàn)證的方向，可設(shè)計問題：①孟德爾提出的三個問題主要與哪些個體有關(guān)？②這些個體之間聯(lián)系的紐帶是什么細(xì)胞？③要驗(yàn)證解釋是否正確，驗(yàn)證的關(guān)鍵是什么？學(xué)生可得出：F1與F2聯(lián)系的紐帶是F1所產(chǎn)生的配子，要驗(yàn)證針對這兩個問題的解釋是否正確，驗(yàn)證的關(guān)鍵是F1產(chǎn)生的配子是否是假說中的D∶d為1∶1。

教師提出進(jìn)一步探究的問題：有哪些方法可驗(yàn)證F1產(chǎn)生配子的種類和比例呢？水稻非糯性和糯性花粉中所含淀粉類型以及遇碘液后分別被染為藍(lán)黑色和橙紅色。現(xiàn)在用純種的非糯性水稻和糯性水稻雜交，如何證明F1產(chǎn)生的花粉為1∶1的兩種類型？學(xué)生通過分析，可得出：取F1的花粉加碘染色，在顯微鏡下觀察，可觀察到半數(shù)花粉呈藍(lán)黑色，半數(shù)呈橙紅色，從而得出F1產(chǎn)生的花粉為1∶1的兩種類型。

為了引導(dǎo)學(xué)生分析出測交實(shí)驗(yàn)，教師需要繼續(xù)創(chuàng)設(shè)問題情境：上述方法針對的是特殊花粉的顯色反應(yīng)，而對于大多數(shù)植物的花粉而言，卻沒有這種特點(diǎn)，如豌豆。那么，如何檢測呢？學(xué)生對此可能難以明晰，教師可進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生：可通過觀察子代的性狀分離比，推測出親本所產(chǎn)生配子的種類和比例。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生很難直接分析出與F1雜交個體的基因型，教師可提供Dd×Dd、Dd×DD、Dd×dd3種雜交方式，以供學(xué)生展開判斷、說明緣由，從而最終確定測交實(shí)驗(yàn)。

要證明孟德爾的解釋是正確的，需要將理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，教師可追問：理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分別是什么？學(xué)生通過演繹推理，可知，測交實(shí)驗(yàn)結(jié)果理論上應(yīng)該是高莖∶矮莖為1∶1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)際值為高莖∶矮莖為30∶34，約為1∶1，說明理論與實(shí)踐相吻合，從而證明孟德爾的假說是正確的。

設(shè)計意圖：通過孟德爾所提出的問題與相關(guān)個體的關(guān)聯(lián)，教師引導(dǎo)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方向，進(jìn)而組織學(xué)生設(shè)計出測交實(shí)驗(yàn)。

3.3.4 在演繹推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論

教師提出問題：請閱讀分離定律的內(nèi)容，該定律是研究什么分離的規(guī)律？根據(jù)孟德爾的雜交實(shí)驗(yàn)，該定律發(fā)生于什么過程中？學(xué)生經(jīng)過思考，可明確是控制一對相對性狀的一對遺傳因子分離的規(guī)律，發(fā)生在雜合子F1產(chǎn)生配子的過程中。

設(shè)計意圖：該問題的解決有利于消除學(xué)生誤認(rèn)為分離定律即為性狀分離的規(guī)律，為進(jìn)行分離定律的適用范圍及本質(zhì)的教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

3.4 假說—演繹法的各步驟所包含的內(nèi)容的歸納

最終，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納出假說-演繹法的步驟——觀察實(shí)驗(yàn)、提出問題，提出解釋問題的假說，演繹推理、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論，并要求學(xué)生歸納出每個步驟包含的具體內(nèi)容。

設(shè)計意圖：該環(huán)節(jié)有助于學(xué)生從整體上把握假說-演繹法的完整步驟，提升學(xué)生邏輯思維能力。

4 教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)內(nèi)容邏輯性較強(qiáng)，特別對于假說-演繹法的理論推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生理解起來具有一定的難度。教師借助于學(xué)生已有的知識儲備，引導(dǎo)學(xué)生展開分析，根據(jù)假說-演繹法的研究思路，借助于學(xué)生已掌握的探究實(shí)驗(yàn)的研究過程，開展教學(xué)。在完成教學(xué)流程之后，教師再引導(dǎo)學(xué)生分析假說-演繹法研究步驟及相關(guān)內(nèi)容的歸納，從而有利于學(xué)生形成完整的知識鏈。