應用5E教學模式開展摩爾根果蠅雜交實驗教學

◎福建省莆田第十中學 鄭春粦

應用5E教學模式開展摩爾根果蠅雜交實驗教學

◎福建省莆田第十中學 鄭春粦

在充分挖掘教材的基礎上，嘗試運用5E教學模式進行探究教學，讓學生參與科學論證推理的過程，體驗摩爾根的科學探究歷程，培養學生邏輯思維能力和科學探究能力，提升學生的生物科學素養。

5E教學模式；假說-演繹法；科學探究；生物科學素養

5E教學模式是美國生物學課程研究(BSCS)開發的基于建構主義教學理論的一種探究性教學模式，這種教學模式適用于包括生物學科在內的理科教學。該模式強調通過小組合作學習促進學生對科學概念的建構和理解；強調學生是學習的主體，教師是引導者和幫助者，教師的作用是促進學生更好地探究而獲取科學的概念，提高學生的生物科學素養。5E教學模式一般包括吸引、探究、解釋、精致和評價等五個教學環節。

建構主義認為學習不是學生簡單地接收信息，而是學生根據自己的知識經驗，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中的經典實驗，人教版高中生物學教科書對此實驗的遺傳學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”的教學是在引導學生發現果蠅眼色的遺傳符合孟德爾定律、與性別有關之后，介紹摩爾根的假設并用假設來解釋果蠅雜交實驗。這種教學處理是向學生“灌輸”實驗結論，不利于學生主動建構知識。本文嘗試運用5E教學模式進行探究教學，讓學生參與科學論證推理的過程，體驗科學研究的過程與方法。

一、創設問題情境，激發探究欲望

本環節一般通過創設問題情境引起認知沖突，從而激發學生對學習任務的探究欲望。

先讓學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、繁殖快、后代個體多、染色體數目少等優點。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中紅眼和白眼數量之比為3:1，這是符合分離規律的。所不同的是F2中的白眼全為雄果蠅。對此學生不禁產生疑問：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律？果蠅眼色性狀的遺傳與性別到底有何聯系？

二、搭建思維“支架”，開展科學探究

本環節是5E教學的中心環節，教師可以根據前面產生的認知沖突提供一些必要的背景知識，引導學生進行探究活動。

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。

接著引導學生按照薩頓基因在染色體上的假說，根據雌雄果蠅的染色體組成圖解和果蠅雜交實驗，設問：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？提示學生應用假說一演繹法進行探究。

通過小組討論，學生根據所學知識，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。

引導學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生以前從未接觸過的，所以先教學生如何書寫性染色體上的基因型，然后讓學生嘗試用遺傳圖解演繹推理實驗現象。

三、分析探究結果，鼓勵表達交流

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

經過探究，學生發現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，教師適時指導全體學生進行點評。

四、解釋類似問題，提升探究能力

本環節主要是讓學生運用新知識、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區段，該部分基因互為等位基因；X染色體上的非同源區段，即圖中Ⅰ區段、Y染色體上的非同源區段，即圖中Ⅲ區段，該部分基因不互為等位基因。

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

假說四演繹推理的結果和摩爾根果蠅雜交實驗結果也相符，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？我們是不是有科學新發現？

在學生憤悱之際，教師適當點撥，提示學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，那么你應該怎樣設計測交實驗呢?學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

通過演繹推理發現兩個測交實驗的結果還是相同。怎么辦呢?學生通過小組討論發現:X、Y染色體同源區段Ⅱ和X染色體非同源區段Ⅰ的差異表現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染色體非同源區段上，則紅眼雄基因型為XBY，那么如何顯現這兩種差異呢?學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，學生發現兩種假說出現了差異，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段是正確的。

五、立足過程性評價，促進學生發展

該環節是對前四個環節的學習活動進行評價。可通過小測或練習評價學生的知識體系構建狀況，也可通過觀察學生的探究活動評價學生的探究技能，或者提出開放性問題評價學生對所學知識的理解和應用情況。

在學生小組探究過程中，教師適時做出點評，進行過程性評價。如對于學生在小組探究活動中出色的表現給于肯定和表揚，對于存在的問題要明確指出，并幫助學生分析原因、指引正確的思維方向。引導學生進行小結，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染色體的同源區段還是位于X染色體上的非同源區段？

總之，通過5E教學模式這一現代科學教育課程倡導的探究性教學，創設問題情境激發學生的學習興趣、產生認知沖突而導入教學，引導學生以小組合作學習方式進行探究性學習，應用探究習得的新概念、規律、方法來解釋現象，并對新概念、規律、方法進一步拓展和應用，使之內化為學生認知結構，從而提高學生的生物科學素養。

（責任編輯：陳欣）