熊 佳 殷俊才
(江蘇省泰興中學(xué) 江蘇泰州 225400)
“孟德?tīng)柕耐愣闺s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(shuō)-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(cè)交)的突破等內(nèi)容。其中,對(duì)假說(shuō)-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(cè)交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、相關(guān)概率的計(jì)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(wèn)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(duì)假說(shuō)-演繹法的研究步驟尚未接觸過(guò),但已學(xué)習(xí)過(guò)探究實(shí)驗(yàn),對(duì)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(kāi)探究,在教學(xué)探究過(guò)程中對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行分散式教學(xué),以助于學(xué)生形成知識(shí)的系統(tǒng)性,為孟德?tīng)柾愣闺s交實(shí)驗(yàn)(二)的教學(xué)打下基礎(chǔ)。
①通過(guò)對(duì)孟德?tīng)栯s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(guò)對(duì)假說(shuō)-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(guò)對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)——測(cè)交實(shí)驗(yàn)的分析與設(shè)計(jì),提升演繹與推理能力,培養(yǎng)批判性思維能力。
教師展示孟德?tīng)栒掌捌渖胶脱芯砍晒?,?chuàng)設(shè)情境:俗話說(shuō)“龍生龍,鳳生鳳,老鼠生兒打地洞”,這是幾千年來(lái)人們對(duì)遺傳現(xiàn)象的總結(jié)。遺傳定律是由一個(gè)叫孟德?tīng)柕目茖W(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(tīng)柅@得了成功?遺傳規(guī)律的具體內(nèi)容是什么呢?
設(shè)計(jì)意圖:教師提供孟德?tīng)柹揭约捌渌茖W(xué)家失敗的情景,激發(fā)學(xué)生對(duì)孟德?tīng)柍晒Φ脑蛘归_(kāi)思考。
學(xué)生對(duì)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(duì)性狀。為了引導(dǎo)學(xué)生分析出孟德?tīng)栄芯康膶?duì)象——一對(duì)相對(duì)性狀,教師可設(shè)計(jì)問(wèn)題:請(qǐng)結(jié)合孟德?tīng)栄芯繗v程,思考孟德?tīng)枌?shí)驗(yàn)研究的對(duì)象是什么?學(xué)生閱讀教材,即可得出研究高莖與矮莖這對(duì)相對(duì)性狀。此時(shí),教師介紹相對(duì)性狀的概念,舉例讓學(xué)生展開(kāi)判斷。教師追問(wèn):豌豆作為孟德?tīng)枌?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(duì)性狀。
設(shè)計(jì)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(wèn)題導(dǎo)學(xué),引導(dǎo)學(xué)生明確孟德?tīng)栄芯康膶?duì)象,進(jìn)而歸納出豌豆作為遺傳材料的優(yōu)點(diǎn)。
孟德?tīng)栐谔骄窟z傳規(guī)律的過(guò)程中,是一種向未知知識(shí)摸索的過(guò)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?tīng)柕难芯克悸放c其相似;然后,師生一起追尋孟德?tīng)柕难芯扣欅E。
3.3.1 問(wèn)題導(dǎo)學(xué),引導(dǎo)學(xué)生明確孟德?tīng)柼岢龅膯?wèn)題
學(xué)生閱讀人教版必修二教材,思考以下問(wèn)題:孟德?tīng)栯s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?tīng)柺侨绾芜M(jìn)行判定的?對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析利用了什么方法?學(xué)生帶著問(wèn)題,閱讀教材,最終明確:孟德?tīng)栂入s交得到F1,后自交得到F2;通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析,得到性狀分離比為3∶1;對(duì)其他相對(duì)性狀逐個(gè)進(jìn)行分析,也得到了3∶1的性狀分離比,說(shuō)明該數(shù)值是科學(xué)數(shù)據(jù)。在此教學(xué)過(guò)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(shuō)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?tīng)柤僬f(shuō)內(nèi)容,利用遺傳因子嘗試著寫(xiě)出孟德?tīng)栠z傳實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程,即寫(xiě)出雜交與自交的遺傳圖解。該過(guò)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(jì)問(wèn)題:①控制一對(duì)相對(duì)性狀的兩個(gè)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(jì)算?在分析上述問(wèn)題的基礎(chǔ)之上,學(xué)生即可寫(xiě)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(duì)照教材第5頁(yè)圖1-5,完善自己所寫(xiě)的遺傳圖解,從而進(jìn)一步理解孟德?tīng)柕募僬f(shuō),并可解釋其雜交實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的問(wèn)題。在F1自交過(guò)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(jì)問(wèn)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(jì)意圖:對(duì)這些問(wèn)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(guò)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(gè)方向,同時(shí)也是學(xué)生今后求解遺傳類(lèi)試題常用的簡(jiǎn)化手段。教師可借助于系列問(wèn)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(jì)問(wèn)題:①孟德?tīng)柼岢龅娜齻€(gè)問(wèn)題主要與哪些個(gè)體有關(guān)?②這些個(gè)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(duì)這兩個(gè)問(wèn)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(shuō)中的D∶d為1∶1。
教師提出進(jìn)一步探究的問(wèn)題:有哪些方法可驗(yàn)證F1產(chǎn)生配子的種類(lèi)和比例呢?水稻非糯性和糯性花粉中所含淀粉類(lèi)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(lèi)型?學(xué)生通過(guò)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(lèi)型。
為了引導(dǎo)學(xué)生分析出測(cè)交實(shí)驗(yàn),教師需要繼續(xù)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境:上述方法針對(duì)的是特殊花粉的顯色反應(yīng),而對(duì)于大多數(shù)植物的花粉而言,卻沒(méi)有這種特點(diǎn),如豌豆。那么,如何檢測(cè)呢?學(xué)生對(duì)此可能難以明晰,教師可進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生:可通過(guò)觀察子代的性狀分離比,推測(cè)出親本所產(chǎn)生配子的種類(lèi)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(gè)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(kāi)判斷、說(shuō)明緣由,從而最終確定測(cè)交實(shí)驗(yàn)。
要證明孟德?tīng)柕慕忉屖钦_的,需要將理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,教師可追問(wèn):理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分別是什么?學(xué)生通過(guò)演繹推理,可知,測(cè)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(shuō)明理論與實(shí)踐相吻合,從而證明孟德?tīng)柕募僬f(shuō)是正確的。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)孟德?tīng)査岢龅膯?wèn)題與相關(guān)個(gè)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(jì)出測(cè)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(wèn)題:請(qǐng)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?tīng)柕碾s交實(shí)驗(yàn),該定律發(fā)生于什么過(guò)程中?學(xué)生經(jīng)過(guò)思考,可明確是控制一對(duì)相對(duì)性狀的一對(duì)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(guò)程中。
設(shè)計(jì)意圖:該問(wèn)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)。
最終,教師引導(dǎo)學(xué)生歸納出假說(shuō)-演繹法的步驟——觀察實(shí)驗(yàn)、提出問(wèn)題,提出解釋問(wèn)題的假說(shuō),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(gè)步驟包含的具體內(nèi)容。
設(shè)計(jì)意圖:該環(huán)節(jié)有助于學(xué)生從整體上把握假說(shuō)-演繹法的完整步驟,提升學(xué)生邏輯思維能力。
本節(jié)教學(xué)內(nèi)容邏輯性較強(qiáng),特別對(duì)于假說(shuō)-演繹法的理論推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,學(xué)生理解起來(lái)具有一定的難度。教師借助于學(xué)生已有的知識(shí)儲(chǔ)備,引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)分析,根據(jù)假說(shuō)-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(guò)程,開(kāi)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(shuō)-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(shí)鏈。