摭談生物學(xué)科學(xué)生“理性思維”的訓(xùn)練策略
——以孟德爾遺傳定律單元復(fù)習(xí)課為例

陳衛(wèi)東

(江蘇省南通市天星湖中學(xué) 226010)

“理性思維”是人類思維的高級形式，是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標準(征求意見稿)》凝練與界定了四項生物學(xué)科核心素養(yǎng)，“理性思維”就是其中之一。借鑒“在游泳中學(xué)游泳”的思路，教師可在課堂教學(xué)中發(fā)掘思維素材進行訓(xùn)練，發(fā)展學(xué)生的理性思維能力，提升學(xué)生的理性思維核心素養(yǎng)。筆者以孟德爾遺傳定律單元復(fù)習(xí)課為例，闡述理性思維訓(xùn)練的基本策略。

1 “孟德爾遺傳定律單元復(fù)習(xí)課”課例方案

1.1 設(shè)計意圖 本課例為單元復(fù)習(xí)課，意在對孟德爾經(jīng)典實驗有個全面的梳理，在此基礎(chǔ)上深化與鞏固核心概念與主干知識，訓(xùn)練理性思維。課例設(shè)計以“基礎(chǔ)性、遞進性、拓展性”為基本指導(dǎo)思想，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容進行不同層次的理性思維訓(xùn)練?！盎顒右弧睆娬{(diào)基礎(chǔ)性，圍繞“梳理實驗數(shù)據(jù)、歸納實驗設(shè)計科學(xué)思想”來訓(xùn)練理性思維；“活動二”關(guān)注遞進性，緊扣兩個定律的異同點展開，在提煉“拆分組合法”及應(yīng)用“拆分組合法”中訓(xùn)練理性的時間和空間，讓學(xué)生在議錯中分析、反駁，引發(fā)思維碰撞，在爭論中深化拓展，內(nèi)化知識。

例如，在學(xué)習(xí)“食物鏈和食物網(wǎng)”時，教師讓學(xué)生寫出“螳螂捕蟬，黃雀在后”和“大魚吃小魚，小魚吃蝦米，蝦米吃‘泥巴’”的食物鏈。在巡視過程中根據(jù)觀察到的出錯情況，找了兩名學(xué)生到黑板上寫出他們的結(jié)果： 一個是“蟬→螳螂→黃雀”，另一個是“泥巴→蝦米→小魚→大魚”。然后讓大家評議兩位同學(xué)的寫法： 有無錯誤？錯在何處？產(chǎn)生錯誤的原因是什么？通過評議，總結(jié)出書寫食物鏈要注意的一個問題，就是第一營養(yǎng)級必須是生產(chǎn)者,并且認識到“泥巴”應(yīng)該是藻類，屬于生產(chǎn)者。在此基礎(chǔ)上，趁熱打鐵深化拓展，又展示了另一類錯誤“大樹←蟬←螳螂←黃雀”讓學(xué)生評議。有些學(xué)生認為該寫法是正確，因為它表示了“大樹被蟬所食，蟬又被螳螂所食，螳螂又被黃雀所食”的過程。更多學(xué)生認為是錯誤的，但說不出所以然來。這時教師可進行引導(dǎo)啟發(fā)： 箭頭僅僅是表示誰吃誰的問題嗎？沒有別的含義嗎？黃雀捕食螳螂，能量能流入到螳螂的體內(nèi)嗎？在教師的啟發(fā)下學(xué)生恍然大悟，又總結(jié)出書寫食物鏈要注意的另一個問題： 就是箭頭應(yīng)該由被捕食者指向捕食者。

思維；“活動三”重視拓展性，提供“陌生性”的問題情景，引導(dǎo)學(xué)生架設(shè)“陌生情景”與“已知方法”的橋梁，遷移解決實際問題，在較高層次上進行理性思維訓(xùn)練。

1.2 學(xué)習(xí)目標 回顧孟德爾經(jīng)典實驗，梳理實驗中的典型數(shù)據(jù)；體驗孟德爾的實驗設(shè)計思路及科學(xué)思想；理解兩個定律的內(nèi)在聯(lián)系；采用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等理性思維方法解決遺傳學(xué)問題。

1.3 師生活動 編制活動單，以活動單為統(tǒng)攬，推進復(fù)習(xí)流程。課前發(fā)放給學(xué)生，基礎(chǔ)內(nèi)容由學(xué)生課前完成，拓展內(nèi)容由師生在課堂上交互完成，計劃安排2課時。

1.3.1 活動一： 梳理孟德爾豌豆雜交實驗 回顧孟德爾經(jīng)典實驗過程，請學(xué)生寫出實驗過程簡圖，寫出解釋實驗現(xiàn)象的遺傳圖解，并依據(jù)遺傳圖解,完成表1填空。填表后，請學(xué)生體驗孟德爾實驗設(shè)計的思想方法： 總結(jié)孟德爾取得成功的原因，并分析孟德爾實驗設(shè)計思路及其中蘊含的科學(xué)思想。

表1 一對相對性狀雜交實驗與兩對相對性狀雜交實驗的異同

1.3.2 活動二： 對照分析孟德爾分離定律與自由組合定律 比較孟德爾兩個定律的主要區(qū)別聯(lián)系。請學(xué)生完成表2，并思考： 在解決“多對等位基因”控制的“多對相對性狀”的遺傳問題時，可以 拆分開來觀察，再 回答問題(“拆分組合法”)。

教師繼續(xù)追問： 多對等位基因的遺傳問題，都可以這樣來解決嗎？

隨后請學(xué)生運用“拆分組合法”，用簡圖寫出孟德爾兩對相對性狀經(jīng)典實驗中“F2的基因型”，并求證孟德爾兩對相對性狀經(jīng)典實驗中，F(xiàn)2中基因型為“YYRr”個體占比為2/16；歸納求解后代基因型(表現(xiàn)型)比例的幾種常見方法。

表2 孟德爾兩個定律的異同

比較項目分離定律自由組合定律研究對象豌豆的一對相對性狀親本類型純種高莖豌豆、純種矮莖豌豆實驗步驟親本雜交得F1,F1自交得F2F2表現(xiàn)型及比例高莖∶矮莖=3∶1黃色圓粒∶黃色皺?！镁G色圓?！镁G色皺粒=9∶3∶3∶1F2表現(xiàn)型拆分觀察/黃色籽?！镁G色籽粒=圓形籽?！冒櫩s籽粒=聯(lián)系在孟德爾經(jīng)典實驗中,若把“兩對”相對性狀的遺傳現(xiàn)象拆分為“兩個一對”去觀察,也符合分離定律

例1：豌豆四個雜交組合的實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下表，請據(jù)表回答：

親本組合后代的表現(xiàn)型及其株數(shù)組別表現(xiàn)型高莖紅花高莖白花矮莖紅花矮莖白花甲高莖紅花×矮莖紅花627203617212乙高莖紅花×高莖白花724750243262丙高莖紅花×矮莖紅花95331700丁高莖白花×矮莖紅花517523499507

(1) 從 組別中，可以推知株高性狀中，顯性性狀為 ；從 組別中，可以推知花色性狀中，顯性性狀為 。

(2) 把各雜交組合親本的基因型寫在表格中。(株高用A、a表示；花色用B、b表示。)

(3) 從甲～丁組中選擇一組簡要說明推導(dǎo)過程。

1.3.3 活動三： 拓展分析非典型性遺傳問題 教師選擇3道非典型性遺傳問題，拓展學(xué)生的理性思維

例2： 已知A與a、B與b、C與c 3對等位基因獨立遺傳，基因型分別為AaBbCc、AabbCc的兩個體進行雜交。下列關(guān)于雜交后代的推測，正確的是( )

A. 表現(xiàn)型8種，AaBbCc個體比例為1/16

B. 表現(xiàn)型4種，aaBbcc個體的比例1/16

C. 表現(xiàn)型8種，Aabbcc個體比例為1/8

D. 表現(xiàn)型8種，aaBbCc個體比例為1/16

例3： 某水稻的A基因控制一種優(yōu)良性狀的表達，對不良性狀a為顯性。用該水稻雜合子(Aa)自交，子一代中淘汰aa個體，然后再自交，再淘汰aa個體……的方法育種，問子三代(此代已淘汰aa)中雜合子的概率和顯性純合子的概率為多少？

A. 1/8、1/16 B. 1/8、7/8

C. 2/9、7/9 D. 1/8、7/16

例4： 老鼠皮毛顏色受兩對獨立遺傳的等位基因B、b和D、d控制，B為黑色皮毛基因，b為棕色皮毛基因，當(dāng)基因d純合時抑制毛色基因的表達，小鼠皮毛顏色表現(xiàn)為白色?，F(xiàn)有棕色鼠與白色鼠雜交，F(xiàn)1均為黑色鼠，F(xiàn)1雌雄個體自由交配得F2，F(xiàn)2表現(xiàn)型及比例為黑色 ∶棕色 ∶白色=9 ∶3 ∶4。請回答：

(1) 親本棕色鼠和白色鼠的基因型分別為 、 。

(2) F2黑色鼠中，雜合子所占的比例為 ，F(xiàn)2白色鼠中，純合子所占的比例為 。

(3) 若F2中的棕色鼠雌雄個體間隨機交配，后代表現(xiàn)型及比例為 。

2 學(xué)生“理性思維”的訓(xùn)練策略

2.1 在“歸納與概括”中訓(xùn)練學(xué)生的理性思維 “歸納”的基本釋義是歸攏并使有條理；由一系列具體的事實概括出一般原理?！案爬ā笔切纬筛拍畹囊环N思維過程和方法，即從思想中把某些具有一些相同屬性的事物中抽取出來的本質(zhì)屬性，推廣到具有這些屬性的一切事物，從而形成關(guān)于這類事物的普遍概念。

在本節(jié)復(fù)習(xí)課中，教師預(yù)設(shè)一些“歸納點”“概括點”，讓學(xué)生進行梳理，使主干知識條理化、系統(tǒng)化。例如，課例“活動一”中，“寫出實驗過程簡圖、寫出遺傳圖解”是對實驗步驟的一個“歸攏”；“依據(jù)遺傳圖解，完成相關(guān)填空”是對實驗數(shù)據(jù)的一個“歸類”；“總結(jié)孟德爾獲得成功的原因”是對實驗設(shè)計的一個“歸納”；“分析孟德爾實驗設(shè)計思路及其中蘊含的科學(xué)思想”是對思想方法的一種“概括”。歸類數(shù)據(jù)看似一種簡單的思維，但后續(xù)的“再思考”，則訓(xùn)練了理性思維。其實關(guān)于孟德爾經(jīng)典實驗的梳理，重點應(yīng)落在“假說演繹法”的概括上。教師要引導(dǎo)學(xué)生從實驗的操作方法入手，概括出科學(xué)研究的一般思想方法。即總攬系列實驗的過程： 豌豆雜交實驗—解釋實驗現(xiàn)象—設(shè)計測交實驗—得出實驗結(jié)論。由此抽象出“假說演繹法”的本質(zhì)： 根據(jù)觀察到的生物學(xué)現(xiàn)象或事實—提出假說，演繹推理—設(shè)計實驗進行驗證—證實或證偽假說。

2.2 在“演繹與推理”中訓(xùn)練學(xué)生的理性思維 “推理”是由一個或幾個已知的判斷(前提)推出新判斷(結(jié)論)的過程?！把堇[”是從一般性的前提出發(fā)，通過推導(dǎo)得出具體陳述或個別結(jié)論的過程。演繹推理的邏輯形式對于理性思維的重要意義在于，它對思維保持嚴密性、一貫性有著不可替代的校正作用。

本課例“活動二”中，從F2表現(xiàn)型比為“9 ∶3 ∶3 ∶1”入手，進行推理。若只觀察種子的顏色一對相對性狀，“黃色籽粒 ∶綠色籽?！?(9+3) ∶(3+1)=3 ∶1，符合分離定律；另一對粒形相對性狀同理可得。通過演繹推理，可以找到兩個定律的內(nèi)在聯(lián)系： 兩對(獨立)相對性狀的遺傳符合自由組合定律，若單獨觀察其中的“每一對”相對性狀的遺傳仍然符合分離定律。隨后引導(dǎo)學(xué)生進行類比推理： 既然兩對相對性狀的遺傳問題，可以拆成兩個“一對”來觀察，那么，解答“多對等位基因”控制“多對相對性狀”的遺傳問題時，同樣可以把多對等位基因拆分開來觀察，再組合起來回答問題，這就提煉出了“拆分組合法”解題思路。

2.3 在“模型與建?！敝杏?xùn)練學(xué)生的理性思維 人教版生物學(xué)教材給“模型”下了這樣的定義: 人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對認識對象所做的一種簡化的、概括性的描述，是認識和闡明生命活動規(guī)律、原理的重要方法之一，其形式主要包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型?！敖！本褪墙⒛Ｐ?，是為了理解事物而對事物做出的一種抽象，是對事物的一種無歧義的書面描述。

本課例主要是建立一些解決問題的模式、范式，提高解題熟練程度，同時在“建?！钡倪^程中訓(xùn)練理性思維。本課例中包括四組模式、范式： ①數(shù)據(jù)模型。主要是指F2基因型、表現(xiàn)型種類及比例、F2中不同類型個體占比等。②自交、測交模式。③經(jīng)典實驗中F2基因型的推導(dǎo)范式。④求解親本基因型的步驟范式。第①組模型可以歸為數(shù)學(xué)模型，第②③④組模式、范式可以歸為概念模型。例如，第④組范式的建立可與“活動二”例1的解答結(jié)合起來，先解題再歸納步驟。針對“已知子代表現(xiàn)型及其比例，求解親本基因型”的問題，形成“四部曲”步驟范式： 第一步是判別顯隱性關(guān)系。從乙組和丙組可以分別推知高莖和紅花為顯性性狀；第二步是給出基因型通式。比如甲組“高莖紅花×矮莖紅花”，依據(jù)顯隱性關(guān)系給出親本基因型通式“A_B_×aaB_”；第三步是補全通式中的基因。甲組子代中，高莖 ∶矮莖=1 ∶1，符合測交模式，紅花 ∶白花=3 ∶1，符合自交模式，補全甲組親本基因型為“AaBb×aaBb”；第四步是對照題意進行驗證。依據(jù)推導(dǎo)得出的基因型，寫出子代的基因型、表現(xiàn)型，看是否與子代數(shù)據(jù)相吻合。

2． 4 在“遷移與拓展”中訓(xùn)練學(xué)生的理性思維“遷移”指的是一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響，指在一種情境中獲得的技能、知識或態(tài)度對另一種情境中技能、知識的獲得或態(tài)度的形成的影響?！巴卣箤W(xué)習(xí)”是指教育教學(xué)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)形式、學(xué)習(xí)方法的擴容增加和優(yōu)化發(fā)展。

本課例“活動三”將兩對以上等位基因的遺傳問題、將非典型實驗步驟的遺傳問題、將非典型比例的遺傳問題編制進入練習(xí)題，是對學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的擴容增加，意在遷移前述學(xué)習(xí)活動中總結(jié)的規(guī)則規(guī)律及方式方法，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯推理能力。練習(xí)題的設(shè)計難度為中等，但對于對初學(xué)者來說，問題情境是陌生的，思維訓(xùn)練的跨度較大、強度較高。例2 意在遷移應(yīng)用“拆分組合法”，只要學(xué)生掌握要領(lǐng)，不難得出正確答案為“D”。例3給出的是一個雜交育種的問題情境，雜合子多代自交，提高純合比例。但這一題有它的“不尋常性”，即每一代都要淘汰具有不良性狀的個體aa，再來計算概率。例4 是一種“9 ∶ 3 ∶ 3 ∶ 1”典型比例的變式問題，解題的突破口在如何判定不同體色鼠的基因型。