殷曉悅 嚴(yán)重威

(上海市天山中學(xué) 200336)

隨著上海市二期課改的深入發(fā)展，科學(xué)思維方法的教學(xué)顯得越來(lái)越重要。實(shí)踐表明加強(qiáng)科學(xué)思維方法在課堂教學(xué)中的比重，能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，減輕學(xué)生的過(guò)重負(fù)擔(dān)，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。現(xiàn)以上?？萍及娓咧猩茖W(xué)教材“基因的分離定律”一節(jié)的教學(xué)為例，說(shuō)明深入挖掘科學(xué)思維方法的教學(xué)。本節(jié)課是學(xué)生初次接觸遺傳學(xué)研究，新概念多，研究方法新，故而多數(shù)教師采用“講解說(shuō)明”的教學(xué)方法。學(xué)生邊聽(tīng)、邊讀、邊思考。學(xué)生的表現(xiàn)仍是比較被動(dòng)的接受。如果要促進(jìn)學(xué)生的自主思維，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生擺脫對(duì)教材的依賴，然后組織學(xué)生像孟德?tīng)柲菢铀伎挤蛛x現(xiàn)象，探究其規(guī)律，讓學(xué)生在自己的思維與科學(xué)事實(shí)、孟德?tīng)査季S的碰撞對(duì)比中，學(xué)習(xí)科學(xué)思維方法，感悟科學(xué)家的思維品質(zhì)，更好地理解分離規(guī)律的實(shí)質(zhì)。具體課堂教學(xué)可以從以下幾個(gè)方面深入：

1 重視操作性知識(shí)的介紹，體會(huì)科學(xué)研究的一絲不茍

只有學(xué)生堅(jiān)信實(shí)驗(yàn)操作嚴(yán)謹(jǐn)可靠，才能在此感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行理性的思考。由于學(xué)生缺少雜交操作的常識(shí)，故而有兩點(diǎn)必須講清：一是所選相對(duì)性狀均能用肉眼明顯地加以區(qū)分。例如，高莖豌豆的株高為1.2 m～1.6 m，而矮莖豌豆的株高在0.5 m以下，沒(méi)有中間性狀，便于簡(jiǎn)易判斷與記錄。這是孟德?tīng)枌?4個(gè)豌豆品種試種兩年后精選出來(lái)的。二是孟德?tīng)栠x用豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料。當(dāng)時(shí)豌豆的培育和人工選擇在歐洲成為熱點(diǎn)，許多科研工作者做了大量的雜交實(shí)驗(yàn)，因此豌豆是一種被了解得非常清楚的實(shí)驗(yàn)材料。從可操作性的角度來(lái)說(shuō)，豌豆有三大好處：首先，豌豆花大，便于操作。在花未成熟時(shí)去雄，套袋，按選擇的親本進(jìn)行授粉操作，再套袋并做記錄，使學(xué)生深信產(chǎn)生的F1是雜交的結(jié)果；其次，豌豆結(jié)實(shí)率高，產(chǎn)生種子多，便于統(tǒng)計(jì)；再次，豌豆是嚴(yán)格的自花傳粉植物，因此有性繁殖容易受到控制，又省去了F1自交的操作。從經(jīng)典的遺傳研究考慮，親本必須是純種，而只有長(zhǎng)期自交而不發(fā)生分離的個(gè)體才符合這個(gè)條件。生物學(xué)研究史證明實(shí)驗(yàn)材料的選取是遺傳研究成功的關(guān)鍵之一[1]。憑著敏銳的直覺(jué)，孟德?tīng)栠x對(duì)了材料。

2 大膽猜想，在猜想與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的碰撞中激發(fā)興趣，理解概念

思考后的猜想是一種直覺(jué)思維，是建立在原有知識(shí)、能力、心理、經(jīng)驗(yàn)等基礎(chǔ)上短時(shí)間內(nèi)的整體顯示，是介于形象思維和邏輯思維之間的思維，是創(chuàng)造性思維的雛形。本節(jié)課需要學(xué)生對(duì)F1和F2的表現(xiàn)發(fā)揮猜想：

教師告知學(xué)生父本和母本的性狀后，要求學(xué)生猜想子代F1的花色。大多數(shù)學(xué)生猜測(cè)既有紫花又有白花，甚至有學(xué)生認(rèn)為子代花紅白相間。學(xué)生的理由是：F1像父母！當(dāng)教師告知F1只有一種顏色時(shí)，多數(shù)學(xué)生轉(zhuǎn)向淡紫色，理由是：父母的顏色調(diào)和成中間色。當(dāng)他們看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果“F1植株全部開(kāi)紫花”時(shí)，非常驚奇，急于知道原因。教師要求學(xué)生自己找原因：是由于種子長(zhǎng)在紫花母本中發(fā)育造成的嗎？如何證明該假設(shè)？用白花植株作母本與紫花父本雜交。根據(jù)原來(lái)的推測(cè)，F(xiàn)1應(yīng)全為白花豌豆，但結(jié)果F1仍全為紫花豌豆，從而否定了母本影響的假設(shè)。當(dāng)學(xué)生接受科學(xué)事實(shí)，即F1只能全部表現(xiàn)為紫花時(shí)，教師才給出顯性性狀和隱性性狀的概念。此時(shí)提出概念才能正確定義并強(qiáng)化記憶。經(jīng)過(guò)正交和反交的驗(yàn)證，學(xué)生才徹底信服顯隱性的存在，但內(nèi)心對(duì)此解釋并不滿足。

對(duì)于F2表現(xiàn)的推測(cè)，大多數(shù)學(xué)生理直氣壯地猜紫花豌豆，理由是：紫花與白花雜交后代是紫花豌豆，那么紫花與紫花雜交，后代更應(yīng)為紫花，紫花是顯性性狀。教師告知實(shí)驗(yàn)結(jié)果：F2中出現(xiàn)了白花植株，且有224株之多，紫花豌豆也不過(guò)705株。學(xué)生又一次感到非常驚奇：顯性的紫花雙親竟然生出了隱性的白花后代！教師在此時(shí)提出“性狀分離”概念，會(huì)給學(xué)生留下深刻的印象。

3 注意概率統(tǒng)計(jì)，培養(yǎng)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性

F2紫花植株和白花植株兩者的數(shù)量比是3.15∶1，輕易估讀為3∶1不嚴(yán)謹(jǐn)。孟德?tīng)枌?duì)7對(duì)相對(duì)性狀雜交結(jié)果連續(xù)追蹤多代，經(jīng)過(guò)200多次雜交試驗(yàn)，觀察植物27225株，得到了“孟德?tīng)柾愣乖囼?yàn)的結(jié)果”(見(jiàn)教材)，學(xué)生看到那么多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果才比較信服地承認(rèn)F2代的分離比為3∶1。對(duì)此教師尚可以深入挖掘。事實(shí)上，教材的表8-1中顯示的數(shù)量比，都與3∶1有或大或小的差距，這些差距是如何形成的？教師要求學(xué)生從7組數(shù)據(jù)中找出兩個(gè)與“3∶1”差距最大和兩個(gè)差距最小的例子進(jìn)行分析。差距大的是豆莢顏色(2.82∶1，僅統(tǒng)計(jì)580株)和植株高度(2.84∶1， 僅統(tǒng)計(jì)1064株)，差距小的是子葉顏色(3.01∶1，共統(tǒng)計(jì)8023粒)和種子形狀(2.96∶1，共統(tǒng)計(jì)7324粒)。學(xué)生自然發(fā)現(xiàn)：一般情況下，F(xiàn)2代統(tǒng)計(jì)的樣本數(shù)量越小與“3∶1”的差距就越大，即誤差是子代統(tǒng)計(jì)數(shù)量不夠引起的。這與概率的特點(diǎn)相符，即“隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加，該事件發(fā)生的頻率會(huì)穩(wěn)定在某個(gè)常數(shù)上”，這里即為3∶1。這時(shí)才達(dá)到概率統(tǒng)計(jì)教學(xué)的要求，才能讓學(xué)生理解運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

4 站在歷史唯物主義角度，抓住問(wèn)題本質(zhì)進(jìn)行假設(shè)

“孟德?tīng)柗蛛x現(xiàn)象的假設(shè)”教學(xué)中有兩個(gè)困難：一是給人印象深刻的3∶1為什么沒(méi)進(jìn)入假設(shè)？這個(gè)困難較易解決：不同親本雜交結(jié)果不同，“分離比”只是現(xiàn)象而不是本質(zhì)，而假設(shè)是要抓住本質(zhì)的。二是為什么在假設(shè)中提遺傳因子及其行為？如果直接把“假設(shè)”告知學(xué)生，學(xué)生會(huì)因?yàn)榉匣虻母拍詈蜏p數(shù)分裂中染色體行為，很容易接受。因此，多數(shù)教師都走這條捷徑。但這并不是孟德?tīng)柕南敕?，因?yàn)楫?dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)減數(shù)分裂和基因。這樣教學(xué)還會(huì)產(chǎn)生一種副作用：對(duì)于這一超時(shí)代的思維，學(xué)生會(huì)認(rèn)為是“理所當(dāng)然”，產(chǎn)生“換我也行”的自大心理！因此，教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)站在孟德?tīng)柕臅r(shí)代背景下，講解他的所思所想，這才是歷史唯物主義的態(tài)度。

在猜想F1的性狀時(shí)，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為F1是紫色和白色調(diào)和后產(chǎn)生的淡紫色。這種假設(shè)就是融合遺傳，是當(dāng)時(shí)生物界的主流思想。孟德?tīng)柈?dāng)然知道。但F1全為紫花豌豆，而且與親本一樣紫，說(shuō)明不是融合！而白色性狀消失一段時(shí)間后，又在F2中重新出現(xiàn)，且仍然白得那么純凈，絲毫沒(méi)有受到紫色的玷污！孟德?tīng)栆虼送茢郌1中控制白色性狀的物質(zhì)并沒(méi)有消失，仍獨(dú)立地存在著，絲毫不受紫色性狀的影響，只是沒(méi)被表現(xiàn)出來(lái)而已。所以，它不是一種可調(diào)和的物質(zhì)，而是一種獨(dú)立存在的結(jié)構(gòu)——遺傳因子！遺傳因子決定性狀。大量事實(shí)否定了融合遺傳，孟德?tīng)枅?jiān)定地提出了“顆粒遺傳”——遺傳因子假說(shuō)。這在當(dāng)時(shí)是反潮流、反權(quán)威的，因而埋沒(méi)了幾十年。

在F1細(xì)胞內(nèi)，紫色和白色遺傳因子同時(shí)存在，因此孟德?tīng)柤僭O(shè)“生物體的遺傳性狀是由成對(duì)的遺傳因子決定的”。當(dāng)時(shí)科學(xué)界已經(jīng)知道雌雄配子結(jié)合形成的受精卵發(fā)育成后代，所以孟德?tīng)柾茰y(cè)配子中只有成對(duì)遺傳因子中的一個(gè)，受精作用使成對(duì)的遺傳因子在子代中恢復(fù)成對(duì)存在，因此假設(shè)“在形成配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分開(kāi)，分別進(jìn)入不同配子中去…”。配子的種類(lèi)和比例一旦確定，則父本配子和母本配子受精機(jī)會(huì)相等，隨機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的后代的性狀及比例也就確定，所以關(guān)鍵是配子形成時(shí)遺傳因子分配的機(jī)制，假設(shè)正是抓住了這個(gè)“關(guān)鍵”。

5 “測(cè)交驗(yàn)證”應(yīng)針對(duì)“假設(shè)”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是用于檢驗(yàn)“假設(shè)”是否正確，所以“驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”應(yīng)當(dāng)針對(duì)“假設(shè)”進(jìn)行設(shè)計(jì)，看假設(shè)中預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與事實(shí)相吻合。多數(shù)教師在課堂教學(xué)中重視后者，而忽視前者。教師直接告知學(xué)生用F1與隱性親本雜交(即測(cè)交)即可。如要加強(qiáng)思維方法的訓(xùn)練，就要補(bǔ)上這一課。按孟德?tīng)柤僭O(shè)，F(xiàn)1基因型為Aa，能形成等量的兩種配子，即A和a，因而只需證明兩種配子是等量的即可。配子只有受精后才能發(fā)育表現(xiàn)出性狀，所以問(wèn)題變成給F1的配子配什么遺傳因子的配子，才能表現(xiàn)出配子的A性狀和a性狀？A配子不論配A還是a配子都表現(xiàn)為A性狀，而a配子只有配a配子才能表現(xiàn)出隱性性狀。學(xué)生自然會(huì)意識(shí)到F1只有與aa個(gè)體雜交才能表現(xiàn)出配子的種類(lèi)和比例。而這個(gè)aa就存在于親代中，于是學(xué)生得出：“雜種子一代與隱性親本雜交”能測(cè)出未知F1的基因型，故而稱為“測(cè)交”。

6 運(yùn)用分析、歸納、演繹等方法，形成概念的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

眾多遺傳學(xué)概念在本節(jié)內(nèi)容中密集出現(xiàn)，教師要注意：一是在學(xué)生已有充分的感性認(rèn)識(shí)后適時(shí)提出概念(如顯性性狀、性狀分離等)；二是盡量分散概念出現(xiàn)的時(shí)間(如隨著花色遺傳研究的過(guò)程以及假設(shè)過(guò)程逐步出現(xiàn)不同概念)或成對(duì)地出現(xiàn)概念(如顯性性狀與隱性性狀，顯性基因與隱性基因，表現(xiàn)型和基因型，純合子和雜合子等)；三是注意分析概念間的區(qū)別和聯(lián)系，并歸納為知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本課概念的主線是：染色體上有基因，基因決定遺傳性狀。由此可以形成知識(shí)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 概念網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)