指向?qū)W科核心素養(yǎng)的“分離定律”教學(xué)設(shè)計

張麗霞

（浙江省湖州市南潯高級中學(xué) 浙江湖州 313000）

1 教材分析

“分離定律”是浙科版高中生物學(xué)教材《遺傳與進化》模塊第一章第一節(jié)的內(nèi)容。依據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準（2017年版）》，孟德爾定律是“進行有性生殖的生物體，其遺傳信息通過配子傳遞給子代”“有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表型有多種可能，并可由此預(yù)測子代的遺傳性狀”兩個次位概念中涉及的具體內(nèi)容。該內(nèi)容與“減數(shù)分裂”及其他相關(guān)重要概念一起，共同支撐“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”的大概念。本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生體驗科學(xué)家探索遺傳奧秘的過程，在與科學(xué)史情境的互動中發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)。

2 設(shè)計思路

本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)以“融合假說與顆粒假說之爭”“孟德爾發(fā)現(xiàn)3∶1性狀分離現(xiàn)象”為科學(xué)史背景和情境，以孟德爾的實驗研究過程為主線，學(xué)生通過探究學(xué)習(xí)并最終解釋“3∶1”這一分離定律的核心問題。親歷科學(xué)家發(fā)現(xiàn)知識的過程可以讓學(xué)生學(xué)會經(jīng)典遺傳學(xué)的研究方法。教師把孟德爾實驗研究的過程改造成學(xué)習(xí)材料，可以幫助學(xué)生深刻理解分離定律的實質(zhì)——等位基因分離，突破教學(xué)難點。教學(xué)流程如圖1所示。

3 教學(xué)目標(biāo)

①通過豌豆一對相對性狀雜交實驗的分析，用遺傳學(xué)術(shù)語闡述分離定律的內(nèi)容和實質(zhì)，分析基因型與表型之間內(nèi)因與外因、現(xiàn)象與本質(zhì)的辯證關(guān)系，形成遺傳的生命觀念。

②通過一對相對性狀雜交的模擬實驗，闡明分離定律的核心內(nèi)容，運用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法進行分析，發(fā)展模型與建模的科學(xué)思維素養(yǎng)。

③通過設(shè)計測交實驗，體驗經(jīng)典遺傳學(xué)研究的基本思路和方法，發(fā)展演繹與推理的科學(xué)思維素養(yǎng)。

④通過參與遺傳學(xué)有關(guān)社會議題的討論，發(fā)展社會責(zé)任素養(yǎng)。

4 教學(xué)過程

4.1 第一課時

4.1.1 利用科學(xué)史創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師利用科學(xué)史引入：19世紀下半葉，遺傳的“融合假說”和“顆粒假說”爭論不休。很多科學(xué)家希望通過植物雜交實驗來發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律，孟德爾就是其中之一。他最成功的實驗就是豌豆雜交實驗。并播放視頻，簡要介紹孟德爾生平和豌豆作為遺傳學(xué)實驗材料的特別之處。

教師組織活動：學(xué)生2人一組，每組備有紫色和白色豌豆花、毛筆、剪刀、小紙袋，標(biāo)簽等材料物品。學(xué)生以紫花豌豆和白花豌豆為親本，進行人工雜交。一組派代表上臺講解人工雜交的操作步驟，其他組點評。

設(shè)計意圖：生物活體材料進課堂，可以讓學(xué)生感悟生命，親近自然。學(xué)生通過親手操作人工雜交的過程，實現(xiàn)“做中學(xué)”，更清楚地理解人工雜交幾個步驟之間的邏輯關(guān)系。在活動中，有的學(xué)生以紫花豌豆為父本、白花豌豆為母本，有的學(xué)生則相反；這為“正交”“反交”概念的建構(gòu)提供了支撐。

4.1.2 探索一對相對性狀雜交的規(guī)律

教師講授：孟德爾的實驗結(jié)果表明，正交、反交的子一代（F1）都是紫花豌豆。F1自交得到F2發(fā)生“3∶1”的性狀分離。孟德爾對其他6對相對性狀也做了雜交實驗，都得到類似結(jié)果，即F2顯性性狀與隱性性狀的數(shù)目比例大致為3∶1。為什么？

為解釋“3∶1”，教師匿去孟德爾分離定律假設(shè)的核心內(nèi)容，向?qū)W生呈現(xiàn)以下假設(shè)：①性狀由基因控制，顯性基因（D）控制顯性性狀，隱性基因（d）控制隱性性狀，D和d互為等位基因。②基因在體細胞內(nèi)是成對的，其中一個來自母本（卵），另一個來自父本（精子）。紫花親本的基因型是DD，白花親本的基因型是dd。③F1的基因型是Dd。據(jù)此，教師組織小組討論，要求學(xué)生依據(jù)以上假設(shè)，嘗試解釋F2代性狀出現(xiàn)的“3∶1”現(xiàn)象。學(xué)生自由發(fā)言，上臺借助“D”“d”磁力貼進行板演，補充假設(shè)的核心內(nèi)容：F1（Dd）產(chǎn)生數(shù)目相等的D、d兩種配子。

設(shè)計意圖：教師匿去孟德爾假設(shè)的核心內(nèi)容，既讓學(xué)生置身于真實情境，像科學(xué)家一樣思考，又讓學(xué)生了解知識的發(fā)生過程，從而突破教學(xué)難點。

4.1.3 基于假設(shè)的模擬活動

教師組織學(xué)生進行基于假設(shè)的模擬活動：學(xué)生4人一組，每組兩個紙袋分別標(biāo)有“雌”“雄”字樣，每個紙袋中有若干黑色棋子和白色棋子，數(shù)量見表1。根據(jù)孟德爾和自己提出的假設(shè)，學(xué)生模擬等位基因在形成配子時相互分離的情形，認識到受精作用時雌、雄配子的結(jié)合是隨機的。其中，第10組、第11組模擬了具有正常受精能力的雄配子。教師用Excel表格將各組數(shù)據(jù)匯總，見表2。最后讓學(xué)生打開紙袋，向全班通報自己小組紙袋中的棋子數(shù)。依據(jù)第10組、第11組紙袋中的棋子數(shù)及模擬活動結(jié)果，教師進一步引導(dǎo)學(xué)生思考其模擬的情形，如D、d兩種雄配子的存活能力不同，或是受精能力不同。

表1 各組紙袋中黑白棋子數(shù)

表2 模擬F2三種基因型的個體數(shù)

設(shè)計意圖：模擬F1產(chǎn)生數(shù)目相等的兩種配子，隨機結(jié)合得到F2個體。學(xué)生通過模擬活動，容易體會到“等位基因相互分離”的概念。第10組、第11組紙袋中的棋子數(shù)及模擬活動結(jié)果，為第二課時探索F2“3∶1”的滿足條件提供了事實證據(jù)。

4.1.4 呈現(xiàn)科學(xué)軼聞，感悟科學(xué)精神

教師播放“功勛袁隆平篇”視頻：袁隆平在學(xué)校試驗田里發(fā)現(xiàn)一株穗大粒大的高產(chǎn)水稻，滿懷希望，起名叫做“鶴立雞群”。第二年，他遇到一個打破頭都想不通的問題——“鶴立雞群”的后代發(fā)生了性狀分離，即768高株、256矮株?！斑@鶴立雞群的種子沒有長成鶴立雞群，對于您來說是失敗的，但是對于它來講是成功的，因為它背后的規(guī)律非讓它長成這樣不可?！睂W(xué)生的一席話驚醒了袁隆平，袁隆平一下子就想通了。教師據(jù)此提出問題：劇中袁隆平說到“孟德爾老頭，有你的，沒騙人”是什么意思？

等位基因分離比、后代性狀分離比跟孟德爾的實驗結(jié)果一樣，學(xué)生能夠使用這一遺傳規(guī)律解釋視頻中的現(xiàn)象。但有學(xué)生質(zhì)疑：袁隆平怎么會不知道孟德爾實驗?zāi)兀吭瓉恚?0世紀50、60年代，李森科遺傳理論在前蘇聯(lián)風(fēng)靡一時，其理論基礎(chǔ)是環(huán)境決定論。李森科采用政治手段打壓異己，孟德爾學(xué)說被禁止講授，導(dǎo)致前蘇聯(lián)在遺傳學(xué)等領(lǐng)域的研究遠遠落后于西方。當(dāng)時，中國照搬了前蘇聯(lián)的李森科遺傳理論，所以，30多歲的袁隆平也陷在偽科學(xué)里沒能出來。

設(shè)計意圖：教師呈現(xiàn)袁隆平研究雜交水稻的艱辛歷程，讓學(xué)生感悟科學(xué)精神及社會責(zé)任。教師通過劇中袁隆平通過實驗和數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生領(lǐng)悟“科學(xué)知識可能隨著研究的深入而改變”“科學(xué)工作依賴觀察和推論”“科學(xué)工作采用基于實證的范式”等科學(xué)的本質(zhì)。

4.2 第二課時

4.2.1 設(shè)計方案，實驗求證

教師運用遺傳圖解回顧孟德爾的一對相對性狀雜交實驗，再次明確孟德爾的假設(shè)圓滿地解釋了“性狀分離比為3∶1”的實驗現(xiàn)象。接著，教師指出：假設(shè)只有在能夠解釋同類現(xiàn)象的時候，才能成為規(guī)律。如果孟德爾的假設(shè)能夠解釋其他雜交實驗，預(yù)期結(jié)果與實驗結(jié)果一致，它才能成為規(guī)律。教師組織學(xué)生小組合作，要求學(xué)生幫助孟德爾設(shè)計一個新的雜交實驗，利用其假說去預(yù)測新的雜交實驗的結(jié)果，從而對假說進行證實或證偽。在學(xué)生思考“如何讓F1（Dd）的隱性基因顯現(xiàn)出來”時，教師可提示“F1（Dd）與dd個體雜交”。學(xué)生設(shè)計后進行小組交流，教師最后呈現(xiàn)孟德爾的測交實驗結(jié)果。

設(shè)計意圖：設(shè)計測交試驗方案是一個學(xué)科思維外顯的任務(wù)，其演繹推理的過程清晰可見。這樣一方面加深了學(xué)生對分離定律實質(zhì)的理解，另一方面有助于學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，使學(xué)生認同經(jīng)典遺傳學(xué)的研究思路和方法，即假說―演繹法。

4.2.2 探索F2“3∶1”的滿足條件

教師提問：F1（Aa）產(chǎn)生數(shù)目相等的A、a兩種配子，F(xiàn)2性狀分離比例一定是3∶1嗎？在學(xué)生思考后，教師呈現(xiàn)3個事實材料：①金魚草花色遺傳（不完全顯性）；②人類ABO血型遺傳（完全顯性、共顯性）；③男性中年禿頂?shù)碾s合子為禿頂，女性則不禿頂。據(jù)此，教師引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：顯性性狀的表現(xiàn)既是等位基因相互作用的結(jié)果，又是基因與生物體內(nèi)外環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。接著，教師要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識，歸納F1（Aa）自交得到F2中“3∶1”的滿足條件。學(xué)生討論并分享交流，據(jù)此總結(jié)出5個條件：①完全顯性；②環(huán)境影響；③雌雄配子隨機結(jié)合；④A、a配子的存活率相同；⑤A、a配子的受精能力相同。

設(shè)計意圖：新課程倡導(dǎo)依據(jù)事實和證據(jù)，通過科學(xué)思維形成概念。本環(huán)節(jié)通過3個事實材料，引導(dǎo)學(xué)生歸納概括“基因型與表型的關(guān)系”。在此基礎(chǔ)上，基于第一課時模擬活動及第10組、第11組紙袋中的棋子數(shù)和模擬活動結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生聚合思維，把模擬活動中的體驗轉(zhuǎn)換成為對“等位基因相互分離”概念的理解，進一步完善概念。學(xué)生甚至還可能進行發(fā)散思維，認識到AA、Aa、aa不同基因型合子的個體發(fā)育能力也必須相同。

4.2.3 評價任務(wù)，知識遷移

教師提問：對袁隆平的“鶴立雞群”后代發(fā)生分離，你能幫院士解決這個問題嗎？學(xué)生運用F1自交和測交的概念，經(jīng)過充分討論和交流，最終提出種植“鶴立雞群”后代中768高株的種子并連續(xù)自交、不斷篩選的解決方案。

設(shè)計意圖：該問題轉(zhuǎn)變成學(xué)科任務(wù)，就是從雜合子后代中選育純合子。2個課時都使用了“功勛袁隆平篇”視頻素材，但提出問題的深度不同，前者依據(jù)事實形成概念，后者運用概念解決復(fù)雜問題，以進階的方式促進學(xué)生發(fā)展學(xué)科思維。

4.2.4 參與社會議題的討論

教師呈現(xiàn)現(xiàn)實生活中的兩個案例，學(xué)生嘗試作出合理解釋。

案例①：李雷一直喜歡她，明知道她喜歡的人不是他，也愿意默默地當(dāng)個備胎。4年后，在她前男友和另一個女人結(jié)婚的前一天，李雷在街頭給了酩酊大醉的她一個耳光，然后用力抱住她……9個多月后，他們的孩子出生了，虛弱的她抱著兒子一臉幸福地說：“看，寶寶多像你啊。”坐在床邊削蘋果的李雷愣了一下，下意識地又看了一眼兒子的眼睛——他和她都是雙眼皮，但寶寶是單眼皮，和她前男友一樣。“嗯，是挺像我的?！崩罾桌^續(xù)低下頭削蘋果，不讓她看到自己眼角有淚滑過。

案例②：韓美美的父母都是單眼皮，自己卻是雙眼皮，自從學(xué)習(xí)“分離定律”后，一下子感覺整個人都不好了。

學(xué)生應(yīng)用遺傳規(guī)律解釋生活中的現(xiàn)象，了解到雙眼皮對單眼皮完全顯性，環(huán)境對基因型表現(xiàn)會產(chǎn)生影響。

設(shè)計意圖：教師提供現(xiàn)實生活案例，引導(dǎo)學(xué)生運用遺傳規(guī)律解決現(xiàn)實生活問題。

5 教學(xué)反思

以上兩節(jié)課是作為一個學(xué)習(xí)單元進行整體教學(xué)的。教師利用科學(xué)史創(chuàng)設(shè)情境，把經(jīng)典實驗改造成學(xué)習(xí)材料，注重為學(xué)生提供事實和證據(jù)，凸顯自主合作探究的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考。教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生積極參與動手和動腦的活動，加深學(xué)生對概念的理解。從歸納概括到假說演繹，從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題，從活動體驗到概念理解，從形成概念到運用概念，本單元的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計不僅實現(xiàn)了從低級到高級的進階，也同時關(guān)注了學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。