在構(gòu)建重要概念中發(fā)展科學(xué)思維

姚浪平

“基因的顯性和隱性”一節(jié)是《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》所選取的七大主題中第六大主題“遺傳與進(jìn)化”的重要內(nèi)容。本文引導(dǎo)學(xué)生在構(gòu)建“生物體的性狀主要由基因控制”這一重要概念中發(fā)展科學(xué)思維。

一、重返經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

資料1：奧地利植物學(xué)家孟德?tīng)栠x擇“具有多種相對(duì)性狀，易于區(qū)別，同時(shí)是自花傳粉、閉花受粉，在自然狀態(tài)下是純種”的豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行多次豌豆雜交實(shí)驗(yàn)。1865年，孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了遺傳規(guī)律，解釋了性狀遺傳的現(xiàn)象。

分析資料1，學(xué)生發(fā)現(xiàn)其他科學(xué)家也做過(guò)豌豆實(shí)驗(yàn)，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律，為什么孟德?tīng)柲芡崎_(kāi)“遺傳學(xué)大門(mén)”呢？

資料2：孟德?tīng)柊迅咔o豌豆和矮莖豌豆作為親代（用P表示）播種，他通過(guò)人工授粉的方式將矮莖豌豆的花粉授給高莖豌豆（或相反），發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)出來(lái)的雜交子一代（簡(jiǎn)稱子一代，用F1表示）全是高莖豌豆。

筆者進(jìn)一步展示“黃色豌豆和綠色豌豆、圓粒豌豆和皺粒豌豆等雜交實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生發(fā)現(xiàn)雜交子一代都只出現(xiàn)了這些相對(duì)性狀的其中一種性狀，對(duì)這種現(xiàn)象產(chǎn)生疑問(wèn)。

筆者提出問(wèn)題：高莖豌豆和矮莖豌豆雜交生成的子一代為什么都是高莖的，在這個(gè)過(guò)程中傳下去的是高莖這種性狀嗎？學(xué)生提出各自的猜想，但無(wú)法證實(shí)。筆者提出孟德?tīng)柈?dāng)時(shí)也對(duì)這種現(xiàn)象存在疑問(wèn)和作出假說(shuō)，但他還通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探索孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)。

資料3：孟德?tīng)柪^續(xù)把F1高莖豌豆得到的種子種下，長(zhǎng)成的植株（子二代，用F2表示）有高莖也有矮莖，矮莖的數(shù)量比高莖少得多。與此同時(shí)，查爾斯·達(dá)爾文也在做類似的金魚(yú)草實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)F2中正?；ǖ臄?shù)量多，異?；ǖ臄?shù)量少，和孟德?tīng)柾愣闺s交實(shí)驗(yàn)F2中看到高莖豌豆多、矮莖豌豆少是類似的。

學(xué)生通過(guò)F2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出控制矮莖性狀的基因并沒(méi)有消失，也有在親子代間傳遞，但也迎來(lái)了第二個(gè)問(wèn)題：為什么子二代中又出現(xiàn)了矮莖性狀，而且矮莖比高莖要少得多呢？筆者引導(dǎo)：達(dá)爾文等科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，卻無(wú)法解釋原因，孟德?tīng)柺侨绾畏治龊徒忉尩模?/p>

資料4：孟德?tīng)柾崎_(kāi)“遺傳學(xué)大門(mén)”的關(guān)鍵之一：用統(tǒng)計(jì)法分析F2高莖和矮莖的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)1064株F2植株中，787株是高莖，277株是矮莖，高莖與矮莖比值接近3∶1。他還對(duì)種子的形狀等6種相對(duì)性狀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象：F2都出現(xiàn)了性狀分離，且比例均接近3∶1?？磥?lái)，F(xiàn)2中出現(xiàn)3∶1的性狀分離比不是偶然。

在通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析F2結(jié)果發(fā)現(xiàn)比例規(guī)律后，學(xué)生明確了要進(jìn)一步探究的問(wèn)題：為什么遺傳性狀在子二代中會(huì)按3∶1的比例出現(xiàn)呢？學(xué)生帶著問(wèn)題，在學(xué)案的引導(dǎo)下進(jìn)行合作探究。

二、小組合作探究，解決問(wèn)題

四人小組展開(kāi)模擬實(shí)驗(yàn)：每個(gè)小組提供2個(gè)紅色球、2個(gè)透明球；可用紅色球模擬控制高莖的基因，透明球模擬控制矮莖的基因，根據(jù)小組的猜想情況來(lái)確定使用球的數(shù)量。

根據(jù)學(xué)生的討論和認(rèn)知情況，展示以下分析過(guò)程，請(qǐng)學(xué)生分析以下3種情況是否正確：（1）高莖（D）×矮莖（d）→高莖（D）；（2）高莖（Dd）×矮莖（dd）→高莖（Dd）；（3）高莖（DD）×矮莖（dd）→高莖（Dd）。

學(xué)生聯(lián)系已有知識(shí)，判斷出情況（3）是正確的。并在筆者引導(dǎo)下分析得出：子一代（Dd）的生殖細(xì)胞，有的含有D基因，有的含有d基因，生殖細(xì)胞隨機(jī)結(jié)合。

通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和表格法讓學(xué)生更加形象、清晰地理解控制相對(duì)性狀的一對(duì)基因的傳遞特點(diǎn)，有助于對(duì)孟德?tīng)柾愣闺s交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，理解相對(duì)性狀與顯性基因、隱性基因的關(guān)系。結(jié)合實(shí)驗(yàn)，以問(wèn)題推進(jìn)的方式，引導(dǎo)學(xué)生逐步得出結(jié)論。

隨堂進(jìn)行三道經(jīng)典選擇題的練習(xí)以及一道筆者改編的題目，讓學(xué)生及時(shí)地鞏固知識(shí)，查漏補(bǔ)缺并聯(lián)系生活，運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)方法解釋生活中的遺傳現(xiàn)象。

最后引導(dǎo)學(xué)生課后閱讀學(xué)案中“點(diǎn)撥發(fā)散”的科學(xué)史，并思考：孟德?tīng)栍惺裁雌焚|(zhì)？對(duì)你有什么啟發(fā)？以此讓學(xué)生進(jìn)一步感悟科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、努力探索的科學(xué)精神。

責(zé)任編輯 李少杰