融入科學(xué)情懷與核心素養(yǎng)的教學(xué)探究
——以“基因在染色體上”一節(jié)教學(xué)設(shè)計為例

隆 平 鄧純臻

（1 四川省攀枝花市第七高級中學(xué)校 四川攀枝花 617005 2 東北師范大學(xué)教育學(xué)部 吉林長春 130024）

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》建議教師在教學(xué)中應(yīng)“注重生物科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻身科學(xué)的精神，繼而提升學(xué)科核心素養(yǎng)”［1］。

本文以人教版高中生物學(xué)教材必修2《遺傳與進化》（2019年版）中“基因在染色體上”一節(jié)為例，以生命科學(xué)史為載體，探究如何在教學(xué)過程中融入生命科學(xué)情懷與生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。

1 教材分析

“遺傳與進化”模塊以時間為主線呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，先后組織了對孟德爾遺傳定律、減數(shù)分裂和受精作用的學(xué)習(xí)。這2 部分內(nèi)容的發(fā)現(xiàn)在生命科學(xué)史上間隔時間較短，一個是宏觀層面的遺傳學(xué)，另一個是微觀層面的細胞學(xué)，二者之間是否存在必然的邏輯關(guān)系？ 教材在“問題探討”采用反向思維，以基因組測序引導(dǎo)學(xué)生思考基因與染色體的關(guān)系，引出科學(xué)家對“基因”與“染色體”關(guān)系的探究過程。教材簡述了“薩頓的假說”，但略去了鮑維里的研究與貢獻，“薩頓的假說”實則應(yīng)是“Boveri-Sutton 染色體遺傳學(xué)說”，故在教學(xué)中應(yīng)予以補充。教材通過“思考·討論”引導(dǎo)學(xué)生嘗試采用“推理”的方法分析基因和染色體的關(guān)系，以引出重視實驗證據(jù)的“摩爾根果蠅實驗”。以連續(xù)設(shè)問的形式，逐步呈現(xiàn)摩爾根的科學(xué)實驗過程，讓學(xué)生在體驗科學(xué)研究的過程中逐步感受科學(xué)精神、掌握一定的科學(xué)研究方法、形成一定的科學(xué)思維，提升科學(xué)素養(yǎng)與情懷。教材也介紹了摩爾根“曾經(jīng)明確表示過不相信孟德爾的遺傳理論，對薩頓的基因位于染色體上的學(xué)說更持懷疑的態(tài)度”，通過自己的科學(xué)實驗，最終，“摩爾根成為孟德爾理論的堅定支持者”。科學(xué)家科學(xué)態(tài)度轉(zhuǎn)變的過程，能幫助學(xué)生理解科學(xué)的研究與特點等。此外，教材輔以“相關(guān)信息（果蠅）”“圖片呈現(xiàn)”“科學(xué)家的故事”等科學(xué)信息，試圖從多方面、多角度培養(yǎng)學(xué)生的生命科學(xué)情懷與科學(xué)素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標

1）生命觀念。①通過對果蠅雜交實驗的分析推理，能用結(jié)構(gòu)和功能觀，分析并認識性狀的表現(xiàn)與性別相聯(lián)系；②通過對科學(xué)家科學(xué)觀點與思想的變化分析，能用事物的發(fā)展與進步觀點，認識科學(xué)研究的本質(zhì)；③能用遺傳與變異的觀點，分析果蠅眼色性狀的遺傳與傳遞。

2）科學(xué)思維。①通過對孟德爾提出的4 點假說與薩頓的假說（“Boveri-Sutton 染色體遺傳學(xué)說”）內(nèi)容的對比分析，感悟“聯(lián)想與推理”方法在科學(xué)研究中的重要性，具備采用該方法對相應(yīng)的生命現(xiàn)象作出解釋與判斷的相對能力；②通過對摩爾根果蠅雜交實驗的演繹及感受等，能嘗試采用“假說-演繹法”對生物的遺傳與性別的關(guān)系作出解釋及論證；③通過對摩爾根思想觀點的轉(zhuǎn)變的感受，學(xué)會采用尊重事實與證據(jù)、大膽質(zhì)疑、勇于改正、嚴謹細致的求知態(tài)度對生命現(xiàn)象及規(guī)律進行判斷與認識。

3）科學(xué)探究。①能根據(jù)基因與染色體的關(guān)系等知識，采用“假說-演繹法”等設(shè)計科學(xué)探究方案、構(gòu)建遺傳圖解的解釋模型等，對遺傳學(xué)雜交實驗作出判斷與論證。

4）社會責(zé)任。①形成科學(xué)意識，能結(jié)合基因在染色體上的相關(guān)知識，對現(xiàn)實生活中的一些遺傳學(xué)現(xiàn)象進行分析，為他人解釋相關(guān)現(xiàn)象及原理，拒絕迷信和偽科學(xué)；②體驗科學(xué)家的科學(xué)研究過程及思想等，認同科學(xué)研究的艱辛與貢獻，學(xué)會向他人傳遞科研精神等；③通過對詳實全面的科學(xué)史資料的搜集與分析，客觀評價科學(xué)家的工作與貢獻，主動承擔(dān)傳承科學(xué)精神與意志的責(zé)任。

3 課堂教學(xué)思路與流程設(shè)計

以“科學(xué)史料的搜集”還原科學(xué)史實，讓學(xué)生在實踐操作與模擬過程中體驗科學(xué)探究過程，感受科學(xué)精神、養(yǎng)成科學(xué)思維、提升科學(xué)素養(yǎng)（圖1）。

圖1 教學(xué)思路與流程設(shè)計

4 教學(xué)過程

4.1 生命科學(xué)史料的搜集與討論

教師準備：①提前搜集整理相關(guān)資料，為學(xué)生提供資料搜集的途徑與方式等；②提前下發(fā)小組活動任務(wù)（學(xué)生搜集并整理生命科學(xué)史資料）。

學(xué)生活動：①學(xué)生以小組為單位，搜集“基因在染色體上”一節(jié)內(nèi)容的相關(guān)科學(xué)家及科學(xué)研究史的資料信息，包括科學(xué)家的生平事跡、作出的科學(xué)貢獻、科學(xué)家的科學(xué)思想及觀點、科學(xué)家成功的原因等，并于小組內(nèi)討論、整理，形成共識性資料；②學(xué)生在課堂上對各小組搜集的資料進行分享、討論，達成統(tǒng)一認識。

建議：關(guān)于薩頓、鮑維里、摩爾根、布里吉斯等科學(xué)家的相關(guān)資料信息，可從以下資料文獻中獲取。

①《科學(xué)家的故事：染色體遺傳理論的奠基人——摩爾根》（人教版必修2 第32 頁）。

②恩斯特·邁爾.生物學(xué)思想發(fā)展的歷史．徐長晟,譯．成都：四川教育出版社，2010．

③F.Baltzer.Theodor Boveri.Science,1964,144（3620）:809.

④諾貝爾獎官網(wǎng)人物介紹 （摩爾根）http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1933/morgan-bio.html.

⑤李思孟．摩爾根傳．長春：長春出版社，1999．

⑥夏因，羅伯爾．遺傳學(xué)的先驅(qū)摩爾根評傳．王一民，王仲民，譯．北京：商務(wù)印書館，1993．

⑦劉祖洞，喬守怡,吳燕華等．遺傳學(xué).3 版．北京：高等教育出版社，2013．

⑧王永勝,楊瑞林，何敬榮等．生物學(xué)核心概念的發(fā)展．北京：人民教育出版社，2007．

⑨饒毅．摩爾根與遺傳學(xué)：研究與教育．中國科學(xué)，2013，43（5）：440．

4.2 科學(xué)探究過程的體驗及感受

4.2.1 薩頓-鮑維里假說——遺傳因子很可能位于染色體上 利用“問題探討”“人類基因組測序與染色體關(guān)系”進行課堂引入，引導(dǎo)學(xué)生思考：“基因和染色體有什么關(guān)系？ ”

師生共同呈現(xiàn)資料1～4，為學(xué)習(xí)“薩頓的假說”提供背景鋪墊。

資料1［2］：孟德爾的遺傳定律在1900年被3 位科學(xué)家再發(fā)現(xiàn)后的10年間，還沒有證據(jù)證明孟德爾的“遺傳因子”與染色體之類的物質(zhì)實體有直接關(guān)系，因此孟德爾的學(xué)說仍受到一些人的強烈批評。當(dāng)時的人們信奉實證哲學(xué)，反對任何猜測、臆想。只有找到孟德爾假設(shè)的“遺傳因子”與某種物質(zhì)之間的聯(lián)系，該遺傳法則才能被人們接受。

資料2：【薩頓的假說】1902年，美國哥倫比亞大學(xué)的研究生薩頓（W.S.Sutton）在用蝗蟲細胞研究精子和卵細胞的形成過程中發(fā)現(xiàn)，在細胞有絲分裂和減數(shù)分裂期，遺傳因子的分離和組合與染色體的分離、重組極為相似，繼而認為“遺傳因子很有可能就位于染色體上”［2］。1902年，薩頓在《生物學(xué)報》上發(fā)表的一篇題為《螞蚱染色體組的形態(tài)學(xué)分析》［3］的論文中描述了蝗蟲的染色體形態(tài)，證實了同源染色體一半來自父本，另一半來自母本，且大膽預(yù)言：“父本和母本的染色體聯(lián)合成對以及它們后來在減數(shù)分裂中的分離，將成為孟德爾遺傳定律的物質(zhì)基礎(chǔ)。”1年以后，他在《遺傳中的染色體》［4］一文中詳細闡述了他對染色體與遺傳關(guān)系的構(gòu)想（資料2 是對教材材料信息的補充與細化）。

資料3［5］：【鮑維里的觀點】在孟德爾論文被重新發(fā)現(xiàn)2年后的1902年，德國動物學(xué)家鮑維里（T.H.Boveri）用胚胎學(xué)和細胞學(xué)實驗方法研究一種具有36 個染色體的海膽染色體的行為，通過適當(dāng)處理（例如多種受精等）在頭4 個子細胞中得到含有各種不同數(shù)目染色體的胚胎。然而，在所有這些胚胎中只有子細胞含36 個染色體的能正常發(fā)育。鮑維里根據(jù)這一事實得出結(jié)論：每個染色體具有不同“性質(zhì)”，只有當(dāng)所有這些性質(zhì)恰當(dāng)組合時才能正常發(fā)育 （凡是染色體有缺失的胚胎，發(fā)育便不正常，這意味著每一個染色體都有可能攜帶了決定生長和發(fā)育的遺傳因子）。鮑維里認識到孟德爾的分離和分類概念可在細胞水平上解釋。1903年鮑維里寫道，孟德爾實驗中處理的性狀確實與特定染色體有關(guān)的概率“非常高”。1928年，薩頓的老師、細胞生物學(xué)家威爾遜（E.B.Wilson，1856—1939）將他們的學(xué)說命名為“薩頓—鮑維里染色體遺傳學(xué)說”。雖然他們的名字并列在一起，但也有人認為，鮑維里直到1904年才真正闡明這個理論。

資料4：1909年，丹麥生物學(xué)家約翰遜 （W.L.Johannsen）給“遺傳因子”一詞起了一個新名字，叫做“基因”。

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)幾則資料，結(jié)合教材正文信息，分析“減數(shù)分裂過程中染色體的行為變化規(guī)律”與“孟德爾提出的4 點假說”之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，以完善表格（表1）的形式逐步理清“遺傳因子與染色體的平行關(guān)系”的實質(zhì)。并提出2 點推論：①遺傳因子等同于染色體，二者可能是一種物質(zhì)；②二者可能是一種攜帶關(guān)系，即遺傳因子可能位于染色體上。再將2 點推論與薩頓得出的推論進行比較，引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么遺傳因子與染色體不是同一種物質(zhì)？ 繼而否定推論①。

表1 “基因和染色體的行為存在的平行關(guān)系”與“孟德爾假說”的對應(yīng)關(guān)系

學(xué)生完成教材活動“思考·討論”，感受薩頓將“遺傳因子”與“染色體”進行聯(lián)想并作出推論的巧妙之處。

4.2.2 基因位于染色體上的實驗（間接）證據(jù)——摩爾根果蠅雜交實驗 科學(xué)研究以實證為本，科學(xué)觀點的正確與否，還需要觀察和實驗的檢驗。薩頓-鮑維里的假說雖然在當(dāng)時引起了科學(xué)界的極大轟動，但由于其缺乏實證依據(jù)，仍不能被科學(xué)家廣泛接受。摩爾根曾經(jīng)明確表示不相信孟德爾的遺傳理論，也對薩頓和鮑維里提出的“染色體假說”持懷疑態(tài)度，認為這二者都缺少實驗證據(jù)。因此，他期望找到一個完美的實驗對自己的觀點進行驗證，他的具體工作是什么？

師生共同呈現(xiàn)資料5～10，為“摩爾根果蠅雜交實驗”提供學(xué)習(xí)背景。

資料5：【科學(xué)家的故事】 染色體遺傳理論的奠基人——摩爾根（教材資料）。

資料6［6］：【摩爾根生平簡介】……

資料7［6］：【摩爾根的早期思想觀點】摩爾根具有廣泛的研究興趣，他用過魚類、兩棲類等研究分類、比較、發(fā)育和再生等問題。在開始果蠅實驗研究之前，他對幾項正確的生物學(xué)觀點都持否定態(tài)度：①對達爾文的自然選擇學(xué)說持懷疑態(tài)度：雖然不反對進化論，但他相信決定性狀的基因是以分離而恒定的單位遺傳的，在世代傳遞中不會發(fā)生變化，也就是反對達爾文的“生存競爭”和“漸變”；②反對孟德爾的遺傳理論：他在自己的文章（1909年）中“譏笑”孟德爾用“遺傳因子”解釋生物的性狀，也“挖苦”孟德爾通過對數(shù)字進行推理分析的方法為“高級雜?！保╯uperior jugglery）；③反對威爾遜支持的染色體遺傳學(xué)說；④否定薩頓等人的“遺傳因子”位于染色體上的學(xué)說。

資料8［7］：【摩爾根成功的原因】……

資料9：【果蠅】……

資料10：1905年，美國細胞學(xué)家、胚胎學(xué)家、遺傳學(xué)家威爾遜（E.B.Wilson，1856—1938）和史蒂文斯（N.M.Stevens，1861—1912），各自獨立地以細胞學(xué)上的事實確定染色體（“副染色體”）同性別的關(guān)系，并指出XX 為雌性，XY 或XO 為雄性。他們還發(fā)現(xiàn)，在某些生物類群中，情況剛好相反（即今天人們所認識的ZW 型性別決定）。

摩爾根最初使用的實驗材料有鼠、鴿、虱等，但都不太成功，后來他接受了美國遺傳學(xué)家皮斯特爾（W.E.Castle，1867—1962）的建議，以果蠅為實驗材料，并于1908年在哥倫比亞的研究室培養(yǎng)果蠅。在1910年初，他在一個培養(yǎng)瓶中偶然發(fā)現(xiàn)一只奇特的白眼雄果蠅。他將這只白眼果蠅與多只野生型處女雌果蠅交配，產(chǎn)生了1 237 只紅眼子代（F1）（實際上其中還有3 只白眼雄果蠅，但摩爾根認為它們發(fā)生了進一步的突變，不在文章中討論），再將這些紅眼雌、雄果蠅相互交配，得到的F2中有2 459 只紅眼雌果蠅，1 011 只紅眼雄果蠅，787 只白眼雄果蠅，沒有白眼的雌果蠅出現(xiàn)［8］（教材圖2-8）。也就是說，果蠅白眼性狀的表現(xiàn)總與果蠅的性別相聯(lián)系。

引導(dǎo)思考：如果你是摩爾根，該如何對上述實驗數(shù)據(jù)進行分析解釋？學(xué)生能根據(jù)“與性別相聯(lián)系”這個信息，得出“決定果蠅顏色的基因位于性染色體上”。具體在染色體的什么位置？ 如何證明？

學(xué)生活動：根據(jù)已有的關(guān)于性染色體的知識，提出2 種假設(shè)：

①假說1：控制白眼的基因僅在Y 染色體上（非同源區(qū)），X 染色體上沒有等位基因；

②假說2：控制白眼的基因僅在X 染色體上（非同源區(qū)），Y 染色體上沒有等位基因。

學(xué)生活動：思考并討論摩爾根解釋的驗證。

學(xué)生以構(gòu)建遺傳圖解的解釋模型的形式，對上述假設(shè)進行演示分析，初步檢驗其正確性。學(xué)生通過分析，能否定假說1，得出“控制白眼的基因位于X 染色體”的假說。

根據(jù)“假說-演繹法”的方法思想：一種正確的假說，除了能解釋已有的實驗結(jié)果外，還應(yīng)該能預(yù)測另一些實驗的結(jié)果。學(xué)生可模仿孟德爾的科學(xué)研究過程，設(shè)計測交實驗對假說進行演繹推理、并進行實驗檢驗。預(yù)測采用F1中的紅眼雌果蠅（X+Xw）與白眼雄果蠅（XwY）雜交，后代應(yīng)該是紅眼雌果蠅∶白眼雌果蠅∶紅眼雄果蠅∶白眼雄果蠅=1∶1∶1∶1。

摩爾根是如何對實驗數(shù)據(jù)進行解釋的？ 呈現(xiàn)資料11。

資料11［8］：【摩爾根的假說演繹過程】摩爾根基于上述實驗現(xiàn)象，通過自己的深入思考，對上述現(xiàn)象作出了這樣的假說：①假設(shè)白眼雄果蠅的精子中帶有決定白眼性狀的因子（雖然1909年丹麥生物學(xué)家W.L.Johannsen 就已經(jīng)將“遺傳因子”命名為“基因”，但摩爾根仍采用了因子這一說法）“w”；其中有一半的精子帶有X 染色體，一半沒有。②所有紅眼雌果蠅的卵細胞都攜帶有紅眼因子“+”，表示為X+（摩爾根原文中是用R 表示紅眼性狀）。摩爾根對自己的假說進行了分析，能解釋上述現(xiàn)象。為了驗證假設(shè)的正確性，摩爾根又重新設(shè)計了4 個驗證實驗，并演繹推理這4 個實驗應(yīng)得到的結(jié)果，如下：

第1 個驗證：選擇白眼雌果蠅與白眼雄果蠅雜交，即：XwXw×XwY，后代應(yīng)該是50% XwXw和50% XwY，全為白眼。

第2 個驗證：F2中紅眼雌果蠅應(yīng)該有2 種類型，與白眼雄果蠅雜交，即：X+X+×XwY，后代應(yīng)該是50% X+Xw和50% X+Y，全為紅眼；或X+Xw×XwY，后代應(yīng)該是25%X+Xw、25%XwXw、25%X+Y 和25%XwY。

第3 個驗證：F1中紅眼雌果蠅應(yīng)全部是雜合類型，與白眼雄果蠅雜交，即：X+Xw×XwY，后代應(yīng)該是25%X+Xw、25%XwXw、25%X+Y 和25%XwY。

第4 個驗證：F1中紅眼雄果蠅也應(yīng)是雜合的，與白眼雌果蠅雜交，即：XwXw×X+Y，后代應(yīng)該是50% X+Xw和50% XwY，雌性全為紅眼，雄性為白眼。

摩爾根在預(yù)期上述實驗結(jié)果之后，完成了相應(yīng)實驗，他寫道“this in fact is the case”。

然而，摩爾根并沒有在其論文中明確表示“白眼基因位于X 染色體上”，只是將二者建立了一種聯(lián)系，在他之后的研究中才逐漸形成了“基因位于染色體上”的觀點。摩爾根等人的工作，將一個特定的基因和一條特定的染色體相聯(lián)系，用實驗證明基因位于染色體上。自此，摩爾根成為孟德爾理論的堅定支持者。

教師提供科學(xué)史資料及摩爾根發(fā)表的論文原文，讓學(xué)生在真實研究背景下了解科學(xué)家的思想觀點，在對摩爾根研究實驗進行分析審視的過程中逐漸形成自己的科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度，具備一定的生命科學(xué)素養(yǎng)與情懷。在提供部分資料的前提下，引導(dǎo)學(xué)生先于科學(xué)家對實驗現(xiàn)象進行分析解釋，感受科學(xué)探究的不易，體驗科學(xué)探究的嚴謹性、邏輯性；在學(xué)生體驗科學(xué)探究過程之后，還原科學(xué)家的真實探究過程，能幫助學(xué)生對自己初步形成的科學(xué)思維進行校正，認同科學(xué)探究需要有尊重事實與證據(jù)、大膽質(zhì)疑、勇于改正、嚴謹細致的求知態(tài)度，認同科學(xué)探究是一個不斷開拓、繼承、修正及發(fā)展的過程。

4.2.3 遺傳的染色體學(xué)說的直接證明——布里吉斯果蠅雜交實驗（減數(shù)異常分裂）

師生共同呈現(xiàn)資料12～14。

資料12［9］：摩爾根在1910年在果蠅中發(fā)現(xiàn)的白眼性狀的遺傳方式，是第1 次將一個特定基因（w）與一特定染色體（X 染色體）相聯(lián)系，再加上其他伴性遺傳的發(fā)現(xiàn)，尤其是ZW 型性別決定方式和它的伴性遺傳的發(fā)現(xiàn)，使一些對遺傳的染色體學(xué)說持懷疑態(tài)度的人接受了這個學(xué)說。伴性遺傳基因的行為和性染色體的行為完全平行，而且XY 型生物和ZW 型生物在細胞學(xué)上情況相反，在遺傳學(xué)上情況也完全平行地相反，這對當(dāng)時絕大多數(shù)生物學(xué)家來講是足夠可靠的證明了。但仍有少數(shù)科學(xué)家認為二者的平行只是偶然的巧合而已。直至摩爾根的學(xué)生Bridges 在1916年發(fā)現(xiàn)的果蠅染色體不分開現(xiàn)象，才無可辯駁地證明了遺傳的染色學(xué)說（chromosome theory of inheritance）。

資料13［6］：布里吉斯（Bridges C.B.，1889—1938）簡介。

資料14：布里吉斯發(fā)表的論文《染色體遺傳理論的不分離證據(jù)》［10］及果蠅雜交實驗。他用白眼雌蠅（XwXw）與紅眼雄蠅（X+Y）交配，子代中有少數(shù)例外情況（圖2［11］），這些例外子代的表型跟它們的同一性別的親代一樣，所以雌性是偏母的（matroclinous），雄蠅是偏父的（patroclinous），這些子代叫作初級例外子代（primary exceptional progeny）；同樣，這些初級例外子代的后代叫作次級例外子裔（secondary exceptional progeny）。布里吉斯對上述現(xiàn)象的解釋是：母本在減數(shù)分裂時2 個X 染色體的不分開，結(jié)果產(chǎn)生有2 個X 的卵和無X 的卵，且通過觀察果蠅成蟲的性原細胞驗證了他的解釋。因此直接證明，“基因在染色體上”的結(jié)論在學(xué)術(shù)界逐步得到廣泛認同。

圖2 Bridges 實驗：白眼雌蠅與紅眼雄蠅交配中的例外子裔［12］

借助布里吉斯的果蠅雜交實驗，完成2 個方面的教學(xué)任務(wù)，一是提供在遺傳學(xué)史上被廣泛認同的“基因在染色體上”的直接證據(jù)；二是將減數(shù)分裂過程中染色體的異常分離情況作為拓展教學(xué)內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生演繹分析并解釋“例外子代”，輔助學(xué)生更好地理解。

補充布里吉斯的果蠅雜交實驗，一方面通過完整的“基因在染色體上”的科學(xué)探究與實證歷程的呈現(xiàn)，在教學(xué)中逐步融入對學(xué)生科學(xué)情懷與科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)；另一方面，通過對例外子代形成的原因（異常分裂）的分析，幫助學(xué)生更好地理解減數(shù)分裂過程與孟德爾定律的實質(zhì)，以深度學(xué)習(xí)的形式切實落實核心素養(yǎng)。

4.2.4 基因與染色體的關(guān)系

資料12［12］：果蠅體細胞內(nèi)有4 對染色體，其基因組中編碼蛋白質(zhì)的基因大約有13 600 多個，被人們研究過的基因就達數(shù)百個。

資料13：人類的體細胞中有23 對染色體，攜帶的基因大約有幾萬個。

學(xué)生根據(jù)上述資料提出假設(shè)：一條染色體上應(yīng)該有許多個基因。

資料14：現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)。

資料15：人類基因組計劃。

現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)能實現(xiàn)對特定基因進行熒光標記，直觀地證實了基因與染色體的數(shù)量關(guān)系、位置分布關(guān)系。

學(xué)生根據(jù)資料提出“基因與染色體在數(shù)量和位置上的關(guān)系”的假說，體驗“假說-演繹法”中提出假說、證據(jù)檢驗的重要性，從而更好地認識科學(xué)方法。

4.2.5 孟德爾遺傳定律的現(xiàn)代解釋 細胞遺傳學(xué)的研究結(jié)果表明，孟德爾所說的一對遺傳因子就是位于一對同源染色體上的等位基因，不同對的遺傳因子是位于非同源染色體上的非等位基因。

組織學(xué)生以小組為單位，結(jié)合減數(shù)分裂過程中染色體的變化規(guī)律，構(gòu)建過程模型，模擬細胞分裂過程中所發(fā)生的分離定律和自由組合定律，深刻認識孟德爾定律的細胞學(xué)實質(zhì)。

材料用具：各小組準備中性筆、鉛筆各4 支，橡皮筋4 條，草稿紙若干。

4.3 核心素養(yǎng)情懷的達成與提升 引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合資料對科學(xué)家的生平、科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)觀點、科學(xué)貢獻等進行評述，總結(jié)科學(xué)家的科學(xué)精神、科學(xué)品質(zhì)和人格魅力。在討論評述、總結(jié)交流的過程中，以“潤物無聲”的形式逐步達成生命科學(xué)情懷與學(xué)科核心素養(yǎng)。例如，學(xué)生還可在感受摩爾根思想觀點的轉(zhuǎn)變（早期反對孟德爾遺傳定律，到后期堅定支持）過程中，認同“科學(xué)是一個發(fā)展的過程”“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”和“科學(xué)工作要關(guān)注主觀因素的影響”等科學(xué)本質(zhì)。又如，學(xué)生可從摩爾根等在研究上的高起點 （充分結(jié)合當(dāng)時已有的科學(xué)研究成果、總結(jié)前人的研究經(jīng)驗與教訓(xùn)）出發(fā)，明悟科學(xué)研究是一個不斷繼承、創(chuàng)新、探索的過程；認同科學(xué)研究需要博采眾長、團隊合作等精神。再如，可從摩爾根研究的遺憾（摩爾根實驗F1中被忽略的3 只白眼雄果蠅，或許也可讓摩爾根成為一名變異與進化論專家）出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生重視科學(xué)研究的偶然與必然、培養(yǎng)學(xué)生抓住機遇與挑戰(zhàn)的科學(xué)意識。

5 教學(xué)體會與總結(jié)

問題的發(fā)現(xiàn)、資料的搜集、假說的提出、假說的驗證與修訂等都是科學(xué)研究的重要環(huán)節(jié)［13］，因此，本節(jié)課的總體架構(gòu)即是學(xué)生模擬的一個科學(xué)探究過程，讓學(xué)生通過過程的體驗實現(xiàn)對科學(xué)思維、科學(xué)觀點、科學(xué)精神與科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)化與達成。同時，在理解類比推理法、假說-演繹法涵義的過程中，讓學(xué)生先于科學(xué)家對實驗現(xiàn)象進行分析解釋，更能幫助學(xué)生感受科學(xué)探究的不易，體驗科學(xué)探究的嚴謹性、邏輯性，也能幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)的本質(zhì)、掌握科學(xué)研究的方法與思維。

生命科學(xué)史資料除了具有見證歷史、反映事實的功能之外，更重要的是作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)品質(zhì)與科學(xué)精神的教學(xué)素材，其教育功能遠不止是對科學(xué)知識的呈現(xiàn)，更是對學(xué)生情感態(tài)度價值觀的升華。用好生命科學(xué)史，是實現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)和課程目標的重要途徑。