張運發(fā)（江西省瑞金第三中學江西瑞金 342500）

淺析生物教材中的隱性科學教育素材的教育功能
——以“孟德爾的豌豆雜交實驗”為例

張運發(fā)（江西省瑞金第三中學江西瑞金 342500）

通過挖掘“孟德爾的豌豆雜交實驗”章節(jié)內容中包含隱性的科學素養(yǎng)教育素材作一歸納，介紹在生物教學中如何進行科學史和科學研究方法的教育。

孟德爾 隱性 科學素養(yǎng) 教育素材

文件編號：1003－7586（2017）01－0068－03

“孟德爾的豌豆雜交實驗”是人教版高中生物《必修2·遺傳與進化》的第一章第一、二節(jié)內容。這兩節(jié)的教學內容都是按照科學發(fā)現過程的順序來構建框架體系，并按孟德爾的實驗過程，由現象到本質，層層深入地展開討論。在呈現方式上，這兩節(jié)同樣強調科學史和科學研究方法的教育，讓學生猶如親歷科學家的探索過程，從濃郁的歷史感中獲取科學知識和對科學方法的領悟。教材的這種編排意圖就是突出了科學史和科學研究方法的教育，進而提高學生的科學探究能力，提高學生的科學素養(yǎng)。下面就本章節(jié)內容包含隱性的科學素養(yǎng)教育素材作一歸納，以饗讀者。

1 從孟德爾的生平中，領略科學家對科學的熱愛

教材中介紹孟德爾的生平的內容篇幅不多，只是簡單介紹其自小熱愛科學，后來進修了自然科學和數學，并堅持了8年的實驗，以豌豆為材料獲得了成功。但筆者認為，在生物課堂教學中，應顯現出孟德爾更多的素材，來提高學生的科學素養(yǎng)。

1.1 熱愛科學，對科學有一種無由的愛

孟德爾出生在奧地利的海因策多夫的小村中。父親是個農民，擅長嫁接，母親是個園林工人。由于家庭的影響，孟德爾自小酷愛自然科學。他上過小學和中學，但因家庭經濟困難，不得不中途輟學。1843年，到布隆的奧古斯汀修道院當修道士。孟德爾不僅在數學和物理學方面有很好的基礎，而且對農業(yè)的各個學科有著廣泛的興趣。他既是遺傳學家，又是園藝學家和氣象學家。他培育的倒掛金鐘被命名為“孟德爾倒掛金鐘”。從1856年起，他還致力于氣象學的研究，1863年至1869年間曾發(fā)表過多篇氣象學的論文。孟德爾最卓越的成就是有關植物的雜交實驗，這一工作從1856年至1872年，共持續(xù)了17年之久，其中豌豆的雜交實驗成績最為突出。從這里，可以感受到孟德爾對科學的癡迷，對科學的執(zhí)著，對自然現象有著廣泛的愛，而正是有了這種喜愛，孟德爾才能堅持，耐得住寂寞，才會用心研究，才會堅持八年耕耘，提出豌豆蘊藏遺傳的秘密。因此，在教學中，教師應特別注重培養(yǎng)學生對科學的興趣，讓學生多接觸大自然，通過對大自然的了解，來引領學生對自然科學的關愛。

1.2 勤奮刻苦，有豐富、扎實的知識

孟德爾之所以能成功，與他對科學的熱愛是分不開的，同樣與他扎實的知識基礎也分不開。孟德爾在維也納大學進修學習時，通過對自然科學的學習，逐步形成了生物類型是可變的，可以通過雜交產生新的生物類型等進化思想。同時孟德爾還學習數學，并受到“數學方法可以應用于各門自然科學之中”的思想影響，產生應用數學方法解決遺傳學問題的想法，他使孟德爾成為第一個認識到概率原理能用于預測遺傳雜交實驗結果的科學家。他以當時科學家無法理解的方式，將數學和生物學實驗結合起來，發(fā)現了被后人稱為“性狀分離定律”和“自由組合定律”的遺傳規(guī)律。從這里，可以知道，孟德爾的發(fā)現不是憑空想象的，不是偶然的，而是因為他具有豐富的自然科學和數學知識，是由于8年的雜交實驗的積累，才能把數學和遺傳學研究很好地聯系起來。因此，在教學中，教師要教育學生不要偏科，各學科知識間應是相互滲透的，進行科學研究，不僅要有熱情，還要有豐富、扎實的科學基礎知識。

2 從孟德爾的實驗過程中，領悟科學家的思維方式，學習其科學求真、創(chuàng)新精神

教材中關于分離定律的發(fā)現過程體現了“觀察現象、發(fā)現問題——分析問題、提出假設——設計實驗、驗證假說——歸納綜合、總結規(guī)律”的科學研究一般過程。依據課程標準的要求，分析孟德爾的科學研究方法，提高學生的科學素養(yǎng)也是本節(jié)教學的主要目標之一。教師在教學中應結合課標的要求、教材的特點和學生的認知情況，開展教學活動，并在教學活動中創(chuàng)設下列問題：孟德爾在雜交實驗中是如何發(fā)現并提出問題的？如何提出假說以解釋實驗現象的？又是如何驗證他的假說的？通過這些問題的思考，幫助學生確立嚴謹的科學態(tài)度和勇于創(chuàng)新的精神。

2.1 從“觀察現象、發(fā)現問題”環(huán)節(jié)中，學習孟德爾的科學求真精神

在教學時，教師不能簡單地復述實驗過程，而應引導學生模擬參與到孟德爾的遺傳實驗中，并按照孟德爾思維來設置問題：為什么子一代都是高莖而沒有矮莖？矮莖到哪去了？消失了嗎？孟德爾如何解決這一疑惑的？為什么子二代中矮莖又出現了？矮莖又出現了能說明什么？通過什么方法得出子二代出現3∶1的性狀分離比？子二代出現3∶1的性狀分離比是不是偶然的？為排除偶然性，孟德爾做了哪些工作？教師引導學生討論、思考、分析上述問題，從而讓學生領悟孟德爾運用的數學統計方法的意義，同時也讓學生明確科學實驗數據來不得半點虛假，對通過必須結論反復實驗得來，不能憑一偶然數據來得出。這就是孟德爾還要做其他6對相對性狀雜交實驗的原因，也是孟德爾堅持不懈地追求科學真諦的執(zhí)著精神的體現。

2.2 從“分析問題、提出假設”環(huán)節(jié)中，學習孟德爾的科學創(chuàng)新精神

孟德爾在觀察和統計分析的基礎上，果斷地摒棄了前人融合遺傳的觀點，通過嚴謹的推理和大膽的想像，提出了對分離現象的假設。而對于他的假設，教材中并沒有介紹其相關背景，這將使學生認為孟德爾是天才，認為科學研究是偶然的猜想，是件很輕松的工作。這樣不僅不符合科學發(fā)展的實際，也給學生留下了科學發(fā)現來得很容易的錯誤印象。因此，在教學過程中，教師有必要簡要介紹，孟德爾時代研究生物遺傳的背景，如：18世紀末、19世紀初，奈特選用豌豆做雜交實驗，認識到用豌豆作為實驗材料有許多優(yōu)點。豌豆有許多性狀區(qū)分明顯的品種，是嚴格的自花受粉物種，在子代中性狀的表現很容易區(qū)分。特別是奈特第一次發(fā)現豌豆種子灰色對白色是顯性，用雜交種子和白色種子回交，子代中有灰色和白色兩種子粒。蓋爾特納分析了9 000多個實驗結果，得出用混合花粉授粉，子代中不會出現性狀混合的結論。他認為受精的只有一種花粉，每一花粉粒都各自獨立地起作用。薩葉里用西葫蘆做雜交實驗時，第一次把兩個親本的性狀排列成一組組相對性狀，雜交后得到的雜種，性狀既不混合，也不是中間型，表現與親本之一完全相同。雜種的每一個性狀對另一個性狀來說是顯性的。薩葉里的貢獻在于進一步明確一個性狀對另一個性狀的顯性關系以及性狀的獨立分配。上述的科研工作和進展為孟德爾的研究工作奠定了基礎。在這樣的歷史背景下，孟德爾著手解決植物的形態(tài)和花的顏色等是遵循什么規(guī)律傳給子代的問題。孟德爾連續(xù)8年進行相關的雜交實驗，在前人的基礎上，他敢于質疑，才使他發(fā)現實驗結果中蘊含的規(guī)律性本質；把數學方法引入生物學的研究，由于實驗方法和思維方法的創(chuàng)新，才使孟德爾沖破原有的觀念，提出顆粒性遺傳的假說。

2.3 從“設計實驗、驗證假說”環(huán)節(jié)中，學習孟德爾的嚴謹求實的科學態(tài)度

在教學中，教師不僅要讓學生明確子一代形成配子時遺傳因子的行為是假說的核心內容；在分析的基礎上，引導學生分析測交實驗來驗證配子的原因，弄清實質與現象的關系，應充分考慮演繹推理能力的培養(yǎng)與訓練，并兼顧科學探究能力的培養(yǎng),使學生領悟思想精髓。

教師可以先通過簡單的例子引導學生學習演繹推理的過程，引導學生上升到孟德爾實驗思想是由現象到本質、由性狀推測遺傳因子組成的高度。然后，再引導學生討論“F1（Dd）形成配子時D和d真的分離并且進入不同配子了嗎？如何來證明？……通過這些討論讓學生明確理解測交思想的精髓，讓學生進一步嘗試進行孟德爾測交實驗中的推理過程,幫助學生認識孟德爾首創(chuàng)的測交實驗驗證自己的假說是多么的巧妙，理解“假說—演繹法”的科學性和嚴謹性，同時領悟孟德爾嚴謹求實的科學態(tài)度。

總之，為提高學生的科學素養(yǎng)，教材中的有關“思考與討論”──孟德爾獲得成功的原因、孟德爾遺傳規(guī)律的再發(fā)現等，都可作為科學素養(yǎng)教育的素材，教師引領學生學習孟德爾嚴謹求實的科學態(tài)度，勤于實踐、勇于探索的精神。

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