方自超

［摘 要］在分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況的基礎(chǔ)上剖析“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）”一節(jié)中概念間的邏輯關(guān)系，建構(gòu)概念模型來指導(dǎo)教師用好教材、教好教材，走出概念教學(xué)的誤區(qū)，助力學(xué)生深度理解和應(yīng)用生物學(xué)概念，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］孟德爾；豌豆雜交實(shí)驗(yàn)；教學(xué)建議；概念模型；核心素養(yǎng)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2023）23-0082-04

一、教材分析

“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）”是人教版（2019）高中生物學(xué)教材必修2第1章第1節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)涉及了大量的遺傳學(xué)基本概念，若教師教學(xué)中沒有剖析好這些概念間的邏輯關(guān)系，學(xué)生很容易混淆，以及對(duì)所學(xué)內(nèi)容的主次把握不準(zhǔn)，從而對(duì)遺傳學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難情緒。

二、內(nèi)容剖析

本節(jié)共包含五部分內(nèi)容，不同內(nèi)容之間既相對(duì)獨(dú)立又環(huán)環(huán)相扣。下面筆者對(duì)各部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)誤區(qū)、教學(xué)建議和概念模型進(jìn)行分析。

（一）豌豆用作遺傳實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)

1.學(xué)習(xí)情況

在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生容易認(rèn)為豌豆用作遺傳實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)只是它具有自花傳粉的特點(diǎn)，既沒有結(jié)合閉花受粉的特點(diǎn)深度思考豌豆在自然狀態(tài)下一般是純種的原因，也沒有理解純種的意義在于用其進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)結(jié)果既可靠又容易分析，還弱化了“豌豆具有易于區(qū)分的性狀，有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和分析”這一優(yōu)點(diǎn)。學(xué)生的學(xué)習(xí)重點(diǎn)常偏向?qū)ψ曰▊鞣邸㈤]花受粉、相對(duì)性狀等概念的理解與記憶，不會(huì)應(yīng)用這些概念解釋豌豆適宜用作遺傳實(shí)驗(yàn)材料的原因。另外，分析人工異花傳粉的圖解時(shí)只注重操作過程、父本、母本、正交、反交等的學(xué)習(xí)，忽略了對(duì)“雜交”一詞的深度理解。

2.教學(xué)建議

本節(jié)開篇講述了孟德爾利用豌豆、山柳菊、玉米等多種植物進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，其中豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)非常成功，孟德爾通過分析豌豆雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了生物遺傳的規(guī)律，意在引導(dǎo)學(xué)生思考為何山柳菊、玉米等多種植物的雜交實(shí)驗(yàn)不易成功，豌豆與這些植物相比有何優(yōu)點(diǎn)。教材旁欄相關(guān)信息中已提示玉米為雌雄同株的單性花植物，也能進(jìn)行自花傳粉。因此，可通過比較玉米和豌豆的花的結(jié)構(gòu)及兩者的受粉情況，讓學(xué)生理解豌豆因具有自花傳粉且閉花受粉的特點(diǎn)而能有效避免外來花粉的干擾，使得豌豆在自然狀態(tài)下一般都是純種（這是豌豆用作遺傳實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)之一）。在此基礎(chǔ)上，再適當(dāng)結(jié)合材料拓展兩性花、單性花、雌雄同株、雌雄異株等內(nèi)容，為本模塊后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

教材圖1-2“豌豆的7對(duì)相對(duì)性狀示意圖”展示了豌豆的7對(duì)相對(duì)性狀，正文還列舉了豌豆高莖植株的高度數(shù)據(jù)（高度1.5～2.0 m）和矮莖植株的高度數(shù)據(jù)（高度0.3 m左右），使學(xué)生能直觀感受豌豆植株具有易于區(qū)分的性狀，并體會(huì)到用豌豆做雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)很容易統(tǒng)計(jì)子代的性狀表現(xiàn)（這是豌豆用作遺傳實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)之二）。

此外，教材圖1-1“人工異花傳粉示意圖”是對(duì)正文中“用豌豆做人工雜交實(shí)驗(yàn)”的圖注，此處應(yīng)著重解釋“雜交”的含義，再結(jié)合豌豆受粉的特點(diǎn)解釋人工異花傳粉的過程以及父本、母本、正交、反交等概念，同時(shí)聯(lián)系本模塊“科學(xué)家訪談”欄目中介紹的“野敗”的優(yōu)點(diǎn)，適當(dāng)拓展豌豆花大、子代數(shù)量多等其他優(yōu)點(diǎn)，從而構(gòu)建完整的“豌豆用作遺傳實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)”的概念模型（見圖1）。

（二）一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)

1.學(xué)習(xí)情況

該部分內(nèi)容涉及了大量的概念和符號(hào)，如顯性性狀、隱性性狀、性狀分離、性狀分離比、P、F、×等，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠注重對(duì)這些概念和符號(hào)的理解，但不會(huì)利用這些概念和符號(hào)來描述一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果，同時(shí)也不能正確認(rèn)識(shí)在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出問題的重要性，導(dǎo)致假說演繹法的學(xué)習(xí)脫節(jié)。

2.教學(xué)建議

教材表1-1“孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果”展示了孟德爾分別利用豌豆的7對(duì)相對(duì)性狀進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，教材圖1-3“高莖豌豆和矮莖豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)示意圖”及正文部分以豌豆的高莖和矮莖性狀為例，詳細(xì)介紹了一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的過程及結(jié)果。值得注意的是，在對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析的過程中，孟德爾引入了“顯性性狀”“隱性性狀”“性狀分離”“性狀分離比”等概念，這些概念都是為了描述雜交實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果而產(chǎn)生的。因此，如圖2所示，在該部分的教學(xué)中，教師不僅要讓學(xué)生理解上述概念的含義，還要讓學(xué)生能夠利用這些概念描述某一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果，而不是僅僅會(huì)描述高莖豌豆和矮莖豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。另外，教師要啟發(fā)學(xué)生在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出問題，如一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)中為什么F1都表現(xiàn)為顯性性狀，而F2則出現(xiàn)了3∶1的性狀分離比？

（三）對(duì)分離現(xiàn)象的解釋

1.學(xué)習(xí)情況

在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生不能很好地將假說的文字介紹、分析圖解和性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)三塊內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行分析，甚至把三塊內(nèi)容剝離開來單獨(dú)學(xué)習(xí)，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確理解假說是如何解釋一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的，更不能深入體會(huì)該假說是孟德爾超越自己所處時(shí)代的一種非凡的設(shè)想。另外，在性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生容易誤認(rèn)為出現(xiàn)性狀分離比的本質(zhì)原因是雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合。

2.教學(xué)建議

教材圖1-4“高莖豌豆與矮莖豌豆雜交實(shí)驗(yàn)的分析圖解”是對(duì)正文中“假說”內(nèi)容的圖注，也是我們通常所說的遺傳圖解。因此，在教學(xué)中教師應(yīng)同時(shí)明確將4個(gè)假說的文字介紹逐一轉(zhuǎn)化為遺傳圖解，分步呈現(xiàn)出遺傳圖解的生成過程，完成假說和遺傳圖解的文圖轉(zhuǎn)換（見圖3），讓學(xué)生準(zhǔn)確理解4個(gè)假說是如何解釋一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的，這對(duì)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)遺傳圖解的書寫有很大幫助。

在4個(gè)假說中，最核心的假說是“生物體在形成生殖細(xì)胞——配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子。配子中只含有每對(duì)遺傳因子中的一個(gè)”。在教學(xué)中教師不僅要依據(jù)假說和遺傳圖解解釋配子形成過程中遺傳因子的分離，還要利用好性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)，通過改變每個(gè)小桶中兩種小球的數(shù)量，讓學(xué)生理解在形成配子時(shí)遺傳因子的分離是導(dǎo)致出現(xiàn)性狀分離比的本質(zhì)原因，即F1（Dd）產(chǎn)生的比例相同的兩種配子（D∶d=1∶1）決定了F2出現(xiàn)3∶1的性狀分離比，同時(shí)也讓學(xué)生理解配子的隨機(jī)結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，從而理解孟德爾的假說。

（四）對(duì)分離現(xiàn)象解釋的驗(yàn)證

1.學(xué)習(xí)情況

對(duì)分離現(xiàn)象解釋的驗(yàn)證就是要測(cè)試F1（Dd）是否產(chǎn)生了兩種配子（D∶d=1∶1），包括演繹推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)步驟，其中演繹推理還包括設(shè)計(jì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)和對(duì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)不易理解為何把Dd×dd叫“測(cè)交”，也不知道測(cè)的是什么，是如何設(shè)計(jì)出來的，容易混淆假說演繹法中“演繹推理”和“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”這兩個(gè)步驟。

2.教學(xué)建議

在解釋F2為何出現(xiàn)3∶1的性狀分離比時(shí)，假說的核心是F1（Dd）產(chǎn)生了兩種配子（D∶d=1∶1），如果這個(gè)假說正確，還應(yīng)能夠利用這個(gè)假說預(yù)測(cè)另外一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，從而證實(shí)F1確實(shí)產(chǎn)生了兩種配子且比例為1∶1。因此，教師可先通過問題串引導(dǎo)學(xué)生思考測(cè)交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)由路，即讓F1與隱性純合子雜交，從而測(cè)試F1是否產(chǎn)生了兩種配子且比例為1∶1；再根據(jù)設(shè)計(jì)的測(cè)交實(shí)驗(yàn)及孟德爾的假說，寫出Dd×dd的分析圖解，推測(cè)出測(cè)交后代中高莖植株與矮莖植株的數(shù)量比是1∶1，讓學(xué)生體驗(yàn)演繹推理的過程；最后利用性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)得出測(cè)交實(shí)驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果（見圖4），讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程，同時(shí)明確演繹推理包括設(shè)計(jì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是進(jìn)行測(cè)交實(shí)驗(yàn)并將得到的結(jié)果與演繹推理的結(jié)果進(jìn)行比較。

（五）分離定律

1.? 學(xué)習(xí)情況

在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生易把分離定律和性狀分離兩個(gè)概念相混淆，不會(huì)聯(lián)系假說和遺傳圖解理解分離定律的實(shí)質(zhì)，不能很好地運(yùn)用分離定律解釋或解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題。

2.教學(xué)建議

在解釋分離定律內(nèi)容時(shí)，教師應(yīng)將其與教材的假說內(nèi)容進(jìn)行比較，讓學(xué)生明白“一種假說最終被接受或否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合”。同時(shí)，教師可將分離定律與教材中的三個(gè)遺傳圖解進(jìn)行比較，找到圖解中分離的是什么，什么時(shí)候分離，讓學(xué)生進(jìn)一步理解分離定律發(fā)生在生物體形成配子的過程中，明確分離定律與性狀分離的區(qū)別。最后，利用教材“思維訓(xùn)練”中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分離定律解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題。“分離定律”的概念模型如圖5所示。

三、本節(jié)課主要概念的邏輯結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行本節(jié)課的教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)以高莖豌豆和矮莖豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以假說演繹法的基本步驟為主線貫穿整節(jié)課的教學(xué)，同時(shí)利用教材的插圖及資料建構(gòu)好各部分內(nèi)容的概念邏輯關(guān)系，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的概念進(jìn)階路徑，讓學(xué)生能夠明確學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和主線，厘清概念間的邏輯關(guān)系，從而更好地發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。本節(jié)課內(nèi)容的概念模型如圖6所示。

綜上可知，在教學(xué)中教師都應(yīng)準(zhǔn)確剖析大概念、重要概念、次位概念，梳理生物學(xué)事實(shí)之間的邏輯結(jié)構(gòu)，并依據(jù)生物學(xué)事實(shí)之間的邏輯結(jié)構(gòu)和學(xué)生的學(xué)情，設(shè)計(jì)符合概念進(jìn)階要求的教學(xué)過程，從而促進(jìn)學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 人民教育出版社，課程教材研究所，生物課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書 生物學(xué) 必修2 遺傳與進(jìn)化［M］.北京：人民教育出版社，2019.

（責(zé)任編輯 黃春香）