“孟德爾的豌豆雜交實驗(一)”一節(jié)的探究式教學設計

李 健

(南京師范大學附屬中學樹人學校 210036)

1 教材分析

“孟德爾豌豆雜交實驗(一)”是人教版高中生物學教材《遺傳與進化》第一章第一節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)的重點在于闡明基因的分離定律以及孟德爾的科學方法，難點是闡明基因的分離定律。孟德爾闡明分離定律的過程被稱為近代生命科學發(fā)展史上的“第一座智力高峰”，其演繹推理背后的思維過程是極有價值的教學素材。教學中應注重引導學生理解孟德爾提出推論的過程，體驗科學探究的方法，提高思維能力。在充分把握科學史材料的基礎上，將孟德爾在研究過程中所碰到的不能解釋的現(xiàn)象、問題逐一呈現(xiàn)給學生，引導他們以自主合作的方式順著孟德爾的思路發(fā)現(xiàn)問題、假設、演繹、提出推論，并設計實驗驗證推論。

2 教學目標

2.1 知識目標 概述基因分離定律的主要內(nèi)容。

2.2 能力目標 嘗試以假說演繹的方式解釋性狀分離現(xiàn)象；模擬性狀分離現(xiàn)象產(chǎn)生的經(jīng)過。

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標 體驗科學探究的一般過程和方法，激發(fā)尊重科學、熱愛科學的情感。

3 教學過程

3.1 問題導入，展示孟德爾時代有關(guān)遺傳的主流觀點，激發(fā)學生探究欲望 教師展現(xiàn)一家三口的照片，提出：為何子女常能兼具父母的特點呢？接著，簡要地介紹孟德爾，展現(xiàn)關(guān)于混合遺傳的資料：在孟德爾進行豌豆雜交實驗之前，普遍認為雙親的遺傳物質(zhì)會在子代體內(nèi)混合，使子代表現(xiàn)出介乎雙親之間的性質(zhì)，這樣的遺傳稱為混合遺傳。教師設疑：那么這種觀點正確嗎？

3.2 引導學生分析實驗現(xiàn)象,做出合理推論 分離定律揭示過程中最有價值之處在于孟德爾在假說演繹過程中做出推論的過程。教師課前收集孟德爾的論文和書信，按學生的認知規(guī)律，對其中相關(guān)內(nèi)容進行了處理，在課堂上引導學生循著孟德爾的思維過程做出推論，體驗孟德爾假說演繹的過程。

3.2.1 推論1：控制遺傳性狀的物質(zhì)不融合，不消失，獨立存在 教師介紹豌豆是自花傳粉和閉花授粉植物，只有進行人工處理，才能完成豌豆雜交。然后展示純種高莖和矮莖豌豆進行雜交，F(xiàn)1代出現(xiàn)的后代全是高莖。由此讓學生發(fā)現(xiàn)混合遺傳理論可能有問題。接著，展示F1自交所產(chǎn)生的F2中高莖和矮莖的數(shù)量接近3∶1。由此提出：控制性狀的遺傳物質(zhì)在由親代傳遞給子代的過程中是否融合？有沒有消失？能否用混合遺傳的理論去解釋性狀分離現(xiàn)象？ 引導學生推論：控制性狀的遺傳物質(zhì)不消失、不融合，是獨立存在的。

3.2.2 推論2:遺傳因子成對存在 教師繼續(xù)提出：孟德爾稱控制性狀的遺傳物質(zhì)為遺傳因子，他用A表示控制高莖的遺傳因子，用a表示控制矮莖的遺傳因子。接著，引導學生觀察F2中出現(xiàn)矮莖的植株，提出：既然出現(xiàn)了矮莖這樣的性狀，那么證明此豌豆中肯定含有哪一種遺傳因子？引導學生答出矮莖豌豆中含有a，F(xiàn)2高莖豌豆和F1中肯定含有A。然后設疑：F2矮莖豌豆中的a是誰傳遞給它的？引導學生得出，在F1豌豆中至少含有一個A和a。然后引出顯性性狀和隱性性狀的概念，同時得出推論：遺傳因子至少是成對存在的，那么從最簡單的組合出發(fā)，矮莖的遺傳因子組成是aa。接著，教師設疑：那么在F2的高莖豌豆中，其遺傳因子的組成是怎樣的呢？(在F2代高莖豌豆中，其遺傳因子有可能是AA或者是Aa)可以通過什么方法進行鑒別呢？(讓F2代高莖豌豆自交，看F3代中是否出現(xiàn)性狀分離)然后向?qū)W生展示F2代自交結(jié)果：在F2中，有1/3的高莖自交后代全部高莖，另外的2/3的高莖豌豆自交后代出現(xiàn)了高莖：矮莖為3∶1的分離比。由此得出：F2遺傳因子組成為AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1。教師再提出：孟德爾正是通過這樣的方法初步判斷F2代中豌豆的遺傳因子的組成(讓學生自覺想法與孟德爾的想法不謀而合，提高其學習的積極性)。

3.2.3 推論3：形成配子時，遺傳因子分開，分別進入不同配子中，雌雄配子隨機結(jié)合 教師結(jié)合前面的推論提出：在F2代的豌豆中為什么會出現(xiàn)AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1這樣的結(jié)果呢？然后指出：根據(jù)推論，在F2代中具有遺傳因子為AA和aa的豌豆，那么大家想一想，雜合子F1在形成配子時，組成其的遺傳因子能否全部帶入配子中？引導學生根據(jù)豌豆須經(jīng)過精子和卵細胞的結(jié)合形成受精卵，再由受精卵發(fā)育成個體這一事實推論：在形成配子的時候只有A和a分開進入不同的配子，然后同時與含有A或a的配子結(jié)合，才能產(chǎn)生AA和aa這樣的遺傳因子組成。教師繼續(xù)設疑：雌雄配子通過什么方式的組合，才有可能出現(xiàn)推論2中出現(xiàn)的AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1的結(jié)果？引導學生獨立思考，并列出可能的組合方式(①隨機結(jié)合；②A和A結(jié)合、a和a結(jié)合)，通過演繹法推出按每一種配子結(jié)合的方式，F(xiàn)2代可能出現(xiàn)的遺傳因子組成，自主總結(jié)并得出推論3：形成配子時，遺傳因子分開，分別進入不同配子中，雌雄配子隨機結(jié)合。

3.3 模擬實驗，體驗推論 教師將全班分為10個小組，每組發(fā)2只不透明的布袋子，每只布袋子中裝有黑白圍棋子各50顆，以此模擬可以產(chǎn)生兩種配子的雌雄生殖器官。并規(guī)定白棋子代表A，黑棋子代表a，每組派1位組員分別從2只袋子中隨機抓取1只棋子組合在一起，由另一位組員統(tǒng)計每次遺傳因子組合類型。第1組進行10次這樣的模擬，從第2組到第10組依次遞增5次增加模擬次數(shù)，這樣第10組的模擬次數(shù)為55次。然后讓小組分別匯報本組統(tǒng)計的結(jié)果，并將10組的數(shù)據(jù)匯總。正常情況下，模擬的次數(shù)越多，其結(jié)果越接近理論值。設置此環(huán)節(jié)的目的是讓學生體會準確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計是建立在足夠多的樣本容量基礎上的。

3.4 設計實驗，驗證推論 教師提出：如何用實驗證明推論是正確的呢？想一想，所做的推論中哪一個推論能直接解釋性狀分離現(xiàn)象？(推論3即“形成配子時，遺傳因子分開，分別進入不同配子中，雌雄配子隨機結(jié)合”可以直接解釋分離現(xiàn)象)然后提出：怎么通過實驗去驗證這一推論呢？讓學生認識驗證推論3的關(guān)鍵在于驗證F1產(chǎn)生了A和a兩種配子，并給出 F1代高莖豌豆、純合高莖豌豆和純合矮莖豌豆實驗材料，提出：你能否從所給材料中選取一株與F1雜交，利用其后代出現(xiàn)的表現(xiàn)型及其數(shù)量比來判斷F1產(chǎn)生了幾種配子？(即選取F1和純合矮莖雜交，通過看其后代高莖和矮莖是否為1∶1來判斷F1是否產(chǎn)生了兩種配子)展示測交的結(jié)果：F1和純合矮莖雜交，其后代高莖：矮莖為1∶1。由此使學生認識測交實驗驗證F1為雜合子，從而證明推論。最后，讓學生歸納總結(jié)出分離定律。

4 教學反思

在教學實踐中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)很多學生很難把握孟德爾對性狀分離現(xiàn)象的解釋，進而影響其對分離定律的理解。究其原因，主要是在教學環(huán)節(jié)中缺乏對孟德爾提出推論背后思考過程的挖掘。因此，本節(jié)教學嘗試應用科學史的材料，著重引導學生以探究的方式，通過分析實驗現(xiàn)象、演繹和推理，以及模擬和設計實驗等方式，在充分理解推論提出過程的基礎上把握分離定律的含義和實質(zhì)。由于孟德爾的思維方式的獨特性和創(chuàng)造性，本節(jié)教學中需要特別注意的是，將科學史材料進行符合中學生物學教學規(guī)律的處理，引導學生循著孟德爾的思維方式做出符合當時歷史認知水平的推論。