◎福建省莆田第十中學(xué) 鄭春粦

應(yīng)用5E教學(xué)模式開展摩爾根果蠅雜交實驗教學(xué)

◎福建省莆田第十中學(xué) 鄭春粦

在充分挖掘教材的基礎(chǔ)上，嘗試運用5E教學(xué)模式進行探究教學(xué)，讓學(xué)生參與科學(xué)論證推理的過程，體驗?zāi)柛目茖W(xué)探究歷程，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和科學(xué)探究能力，提升學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

5E教學(xué)模式；假說-演繹法；科學(xué)探究；生物科學(xué)素養(yǎng)

5E教學(xué)模式是美國生物學(xué)課程研究(BSCS)開發(fā)的基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的一種探究性教學(xué)模式，這種教學(xué)模式適用于包括生物學(xué)科在內(nèi)的理科教學(xué)。該模式強調(diào)通過小組合作學(xué)習(xí)促進學(xué)生對科學(xué)概念的建構(gòu)和理解；強調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是引導(dǎo)者和幫助者，教師的作用是促進學(xué)生更好地探究而獲取科學(xué)的概念，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。5E教學(xué)模式一般包括吸引、探究、解釋、精致和評價等五個教學(xué)環(huán)節(jié)。

建構(gòu)主義認為學(xué)習(xí)不是學(xué)生簡單地接收信息，而是學(xué)生根據(jù)自己的知識經(jīng)驗，對外部信息進行選擇、加工以及處理，從而獲得知識。摩爾根果蠅雜交實驗是遺傳學(xué)中的經(jīng)典實驗，人教版高中生物學(xué)教科書對此實驗的遺傳學(xué)解釋及演繹推理過程沒有進行全面闡述。并且一般對“摩爾根果蠅雜交實驗”的教學(xué)是在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)果蠅眼色的遺傳符合孟德爾定律、與性別有關(guān)之后，介紹摩爾根的假設(shè)并用假設(shè)來解釋果蠅雜交實驗。這種教學(xué)處理是向?qū)W生“灌輸”實驗結(jié)論，不利于學(xué)生主動建構(gòu)知識。本文嘗試運用5E教學(xué)模式進行探究教學(xué)，讓學(xué)生參與科學(xué)論證推理的過程，體驗科學(xué)研究的過程與方法。

一、創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)探究欲望

本環(huán)節(jié)一般通過創(chuàng)設(shè)問題情境引起認知沖突，從而激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)的探究欲望。

先讓學(xué)生閱讀教科書中的果蠅雜交實驗圖解：

比例3:1

并思考摩爾根為什么用果蠅進行實驗？摩爾根的實驗與孟德爾的實驗有哪些共同的地方？用孟德爾的方法分析摩爾根的實驗，有哪些現(xiàn)象是解釋不了的？

摩爾根用果蠅作為實驗材料是因為果蠅個體小、易飼養(yǎng)、繁殖快、后代個體多、染色體數(shù)目少等優(yōu)點。從實驗中不難看出，果蠅的紅眼和白眼由一對等位基因控制，紅眼對白眼為顯性，而且F2中紅眼和白眼數(shù)量之比為3:1，這是符合分離規(guī)律的。所不同的是F2中的白眼全為雄果蠅。對此學(xué)生不禁產(chǎn)生疑問：為什么實驗F2中的白眼全是雄果蠅？果蠅的眼色遺傳是否遵循孟德爾遺傳規(guī)律？果蠅眼色性狀的遺傳與性別到底有何聯(lián)系？

二、搭建思維“支架”，開展科學(xué)探究

本環(huán)節(jié)是5E教學(xué)的中心環(huán)節(jié)，教師可以根據(jù)前面產(chǎn)生的認知沖突提供一些必要的背景知識，引導(dǎo)學(xué)生進行探究活動。

首先展示雌雄果蠅的染色體組成圖解，讓學(xué)生識別雌雄果蠅的染色體組成，進一步分析比較并得出性染色體和常染色體的概念。

接著引導(dǎo)學(xué)生按照薩頓基因在染色體上的假說，根據(jù)雌雄果蠅的染色體組成圖解和果蠅雜交實驗，設(shè)問：控制果蠅白眼的基因是在常染色體上還是在性染色體上呢？如果在性染色體上又有哪些可能？提示學(xué)生應(yīng)用假說一演繹法進行探究。

通過小組討論，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，提出以下三種假說:假說一，控制果蠅眼色的基因位于常染色體上；假說二，控制果蠅眼色的基因位于Y染色體上；假說三，控制果蠅眼色的基因位于X染色體上。

引導(dǎo)學(xué)生利用書寫遺傳圖解的方式探究控制果蠅白眼的基因位于什么染色體上。但是性染色體上的基因型寫法是學(xué)生以前從未接觸過的，所以先教學(xué)生如何書寫性染色體上的基因型，然后讓學(xué)生嘗試用遺傳圖解演繹推理實驗現(xiàn)象。

三、分析探究結(jié)果，鼓勵表達交流

解釋環(huán)節(jié)是在探究完成后，讓學(xué)生用自己的語言對探究的過程和結(jié)果進行推理解釋,如果學(xué)生推理有困難，教師可以直接借助于學(xué)生的探究過程和結(jié)果來分析推理，幫助學(xué)生正確地理解新概念。

經(jīng)過探究，學(xué)生發(fā)現(xiàn)假說一和假說二顯然不能解釋該實驗，而假說三“控制果蠅眼色的基因位于X染色體上”可以解釋摩爾根果蠅雜交實驗。讓學(xué)生代表在黑板上寫出假說三的遺傳圖解，并用自己的語言解釋，教師適時指導(dǎo)全體學(xué)生進行點評。

四、解釋類似問題，提升探究能力

本環(huán)節(jié)主要是讓學(xué)生運用新知識、技能來解決新問題，進行拓展性探究和實踐，使學(xué)生加深或擴展對新概念的理解。

進一步介紹果蠅的性染色體，果蠅的Y染色體比X染色體長一些。X和Y染色體有一部分是同源的，如圖中Ⅱ區(qū)段，該部分基因互為等位基因；X染色體上的非同源區(qū)段，即圖中Ⅰ區(qū)段、Y染色體上的非同源區(qū)段，即圖中Ⅲ區(qū)段，該部分基因不互為等位基因。

假說二和假說三其實是假設(shè)控制果蠅眼色的基因位于Y染色體的非同源區(qū)段和控制果蠅眼色的基因位于X染色體的非同源區(qū)段。于是有些學(xué)生就提出了第四種假說：控制果蠅眼色的基因位于X、Y染色體的同源區(qū)段。

假說四演繹推理的結(jié)果和摩爾根果蠅雜交實驗結(jié)果也相符，難道這兩種假說都對？而摩爾根只提出假說三，摩爾根錯了嗎？我們是不是有科學(xué)新發(fā)現(xiàn)？

在學(xué)生憤悱之際，教師適當點撥，提示學(xué)生孟德爾在假說一演繹過程中用測交實驗驗證假說。假如你是摩爾根，那么你應(yīng)該怎樣設(shè)計測交實驗?zāi)?學(xué)生自然而然想到將果蠅雜交實驗中所得的F1中的紅眼雌蠅和白眼雄蠅進行雜交，過程如表1所示。

表1 兩種假說的F1紅眼雌蠅和白眼雄蠅雜交實驗

通過演繹推理發(fā)現(xiàn)兩個測交實驗的結(jié)果還是相同。怎么辦呢?學(xué)生通過小組討論發(fā)現(xiàn):X、Y染色體同源區(qū)段Ⅱ和X染色體非同源區(qū)段Ⅰ的差異表現(xiàn)在雄性個體的基因型上。如果控制果蠅眼色的基因在X、Y染色體同源區(qū)段Ⅱ上，那么純合紅眼雄蠅基因型為XBYB，如果控制果蠅眼色的基因在X染色體非同源區(qū)段上，則紅眼雄基因型為XBY，那么如何顯現(xiàn)這兩種差異呢?學(xué)生小組討論決定用剛才測交所得的白眼雌蠅和野生型的紅眼雄果蠅進行雜交，過程如表2所示。

表2 兩種假說的白眼雌蠅和野生型紅眼雄果蠅雜交實驗

至此，學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩種假說出現(xiàn)了差異，證明了假說三控制果蠅眼色的基因位于X染色體上的非同源區(qū)段是正確的。

五、立足過程性評價，促進學(xué)生發(fā)展

該環(huán)節(jié)是對前四個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)活動進行評價。可通過小測或練習(xí)評價學(xué)生的知識體系構(gòu)建狀況，也可通過觀察學(xué)生的探究活動評價學(xué)生的探究技能，或者提出開放性問題評價學(xué)生對所學(xué)知識的理解和應(yīng)用情況。

在學(xué)生小組探究過程中，教師適時做出點評，進行過程性評價。如對于學(xué)生在小組探究活動中出色的表現(xiàn)給于肯定和表揚，對于存在的問題要明確指出，并幫助學(xué)生分析原因、指引正確的思維方向。引導(dǎo)學(xué)生進行小結(jié)，如何判斷基因位于常染色體上，還是X染色體上？如何判斷基因位于X、Y染色體的同源區(qū)段還是位于X染色體上的非同源區(qū)段？

總之，通過5E教學(xué)模式這一現(xiàn)代科學(xué)教育課程倡導(dǎo)的探究性教學(xué)，創(chuàng)設(shè)問題情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、產(chǎn)生認知沖突而導(dǎo)入教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生以小組合作學(xué)習(xí)方式進行探究性學(xué)習(xí)，應(yīng)用探究習(xí)得的新概念、規(guī)律、方法來解釋現(xiàn)象，并對新概念、規(guī)律、方法進一步拓展和應(yīng)用，使之內(nèi)化為學(xué)生認知結(jié)構(gòu)，從而提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

（責(zé)任編輯：陳欣）