HPS教學理論下的教學設計

李建平+鄒瑜

摘 要 嘗試以HPS教學理論為指導，進行《孟德爾豌豆雜交實驗（一）》的教學設計。在設計的過程中，以“融合遺傳”理論、“遺傳因子”理論的歷史變遷為主線，以“假設—演繹”法為組織學習材料的框架，以建構主義心理學作為選擇學習經驗、設置問題的依據。

關鍵詞 HPS教學理論 分離定律 教學設計

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1 理論依據

教學理論：HPS教學理論強調將科學史和科學哲學引入到科學教育中，可以有效地提高學生的科學素養，從而達到科學教育的核心目的。

學習理論：建構主義學習理論認為，知識是學生在已有經驗的基礎上主動建構起來的，而不是教師強加給學生的。因此，在進行教學設計時，教師應思考：為使學生達到目標狀態，應該選擇什么樣的已有經驗作為學習的起點。

2 教材分析

從知識與技能的角度看，本節內容初次提出遺傳因子的概念，而后繼章節分別介紹了遺傳因子的傳遞（第一、二章）、本質（第三章）、功能（第四章）、變異（第五、六章）、進化（第七章），因此，扎實掌握本節內容對必修2的學習至關重要。從過程與方法的角度看，本節內容正式提出了“假設—演繹”法的概念，而且遺傳因子理論的形成過程就是反復使用“假設—演繹”法解決問題的過程，因此，學好本節內容能幫學生扎實地掌握“假設—演繹”法。

3 學情分析

本節要求記憶的知識不多，但是涉及的問題、理論都非常抽象，學生難于理解，為此，筆者從學生已有經驗出發，舉例子、作類比，從而促進學生的理解。在進行探究的過程中，對提出問題的能力、分析解決問題的能力、邏輯推理能力、提出創造性假設的能力、設計實驗的能力都有較高的要求，而高一年級的學生，這些能力有所欠缺。因此，筆者將問題分解為多個具體的子問題，從而建立起學習的支架，引導學生一步步解決這些子問題，最終完成探究活動。

4 教學目標

知識目標：

能描述出一對相對性狀雜交實驗的過程；能陳述出孟德爾分離定律的主要內容；能利用分離定律解釋分離現象。

能力目標：針對新的現象和對已有理論的矛盾提出新的問題；利用“假設—演繹”法解決提出的問題。

情感、態度與價值觀目標：養成批判懷疑、求實嚴謹的科學精神。

5 教學重難點

重點：孟德爾“遺傳因子理論”的建立、驗證。

難點：“胚芽”控制性狀的學說、對F2分離比的分析與解釋

6 教學策略分析

教學策略分析見表1。

7 教學過程

7.1 創設問題情境

教師提出問題：從前有一枝紅花紫茉莉與一支白花紫茉莉“結婚”后不久“懷孕”了，請你們猜猜他們的“小孩”是什么顏色呢？

學生活動：思考、討論，進入學習情境。

教師講解：正確的結果是粉色。這類似于美術中的紅色顏料+白色顏料→粉色顏料。

7.2 達爾文“融合遺傳理論”的建立

教師：古希臘醫生希波克拉底認為生物體是由一種叫“胚芽”的物質發育而來，不同“胚芽”可以發育為不同結構。例如，紅花的“胚芽”可以發育為紅花，綠葉的“胚芽”可以發育為綠葉。因此，可以把“胚芽”理解為微縮的身體部件，即種子（受精卵）中含有所有的部件。生長發育僅僅是部件變大。親代的“胚芽”可以通過生殖細胞傳遞給子代，因此子代有著與親代相似的性狀。請根據上述資料，解釋為什么紅花和白花的后代是粉花？

設計意圖：引導學生在運用胚芽說、顏料融合現象解釋粉花形成時，對胚芽說進行發展，形成達爾文的融合遺傳理論。

學生回答后，教師補充：達爾文也對此類現象進行了解釋。他認為來自親代的“紅胚芽”與“白胚芽”就像顏料一樣發生融合，形成中間特征的“粉胚芽”，最終發育為粉色花。

7.3 達爾文“融合遺傳理論”的反駁

教師提出問題：你認為達爾文的觀點正確嗎？你作出這個判斷的依據是什么？

設計意圖：引導學生以批判性的眼光來看待理論，找出生活中的反例，并引出孟德爾的實驗。

學生回答問題后，教師補充：孟德爾也對達爾文的觀點提出了質疑，因此他決定通過實驗來進行判斷，他選擇了豌豆來進行雜交實驗。通過豌豆雜交實驗實驗，他發現：P：高×矮→F1：高。這明顯不符合達爾文的觀點。

7.4 孟德爾“遺傳因子理論”的建立

教師：由上述實驗結果可知，親代將胚芽傳遞給子代時沒有發生融合。而F1全為高莖，請你針對這個矛盾提出問題并設計實驗解決提出的問題。

設計意圖：引導學生針對實驗現象與理論的矛盾提出科學的問題。

學生回答后，教師講解：F1全為高莖，是否說明發育為F1的受精卵中沒有“矮胚芽”呢？假設F1中沒有“矮胚芽”，如果讓F1自交，則其后代應該全部為高。孟德爾也進行了相同的思考，他讓F1自交得到F2，結果發現F2中既有高又有矮，且比例為3：1（這一現象稱為性狀分離）。

教師要求學生根據上述思考及實驗結果，對融合遺傳理論進行修正。

設計意圖：引導學生根據新的實驗證據批判原有理論的合理性、并能根據新的證據修正原有理論形成新的理論。

學生陳述自己對達爾文理論的修正后，教師補充：這說明F1中既有“高胚芽”又有“矮胚芽”，兩者并沒有融合，而是獨立存在的，形成生殖細胞時，可以相互分離。又因F1全為高莖，因此兩種胚芽同時存在時只有“高胚芽”起作用。孟德爾將“胚芽”稱為“遺傳因子”（后人稱其為“基因”）；將高莖稱為顯性性狀、其“胚芽”稱為“顯性遺傳因子”，矮莖稱為隱性性狀、其“胚芽”稱為“隱性遺傳因子”。

教師繼續提出問題：為什么F2中高∶矮=3∶1？

為了解決這個問題，教師繼續追問：F1能形成幾種花粉、幾種胚珠，它們結合后能形成幾種后代、比例是多少？

設計意圖：將復雜的問題分解為具體的子問題，為學生的思維提供腳手架，從而順利地解決問題。

學生回答后，教師補充：如果F1形成生殖細胞時，含顯性遺傳因子的配子與含隱性遺傳因子的配子的比例為1∶1，那么F2中高∶矮應該為3∶1，具體分析如表2所示。

因此，孟德爾認為：“遺傳因子”可以控制生物的性狀；當顯性與隱性因子同時存在時，只有顯性遺傳因子起作用；雜種F1形成配子時，其體內的兩種遺傳因子等比例地分離，并且進入到不同生殖細胞中；當受精時，不同生殖細胞中的遺傳因子再匯合到受精卵中。

7.5 孟德爾“遺傳因子理論”的驗證

教師：雖然孟德爾提出的理論能成功地解釋分離現象，但是基于科學的嚴謹性，我們得思考：他的理論確實是正確的，還是碰巧只能解釋分離現象呢？請設計實驗予以證明。

設計意圖：通過嚴謹的科學態度來審視理論的可靠性，引導學生認識到成功的理論不光能解釋已有的實驗現象，還能預測新的實驗現象。

學生討論，陳述自己的觀點及設計的實驗。教師補充：如果他的觀點正確，讓F1高×矮，則F2為高∶矮=1∶1。孟德爾也進行了相同的實驗設計，得出的結果與預期一致，因此，他的理論是可以被接受的，這種雜交方式叫測交。

教師繼續提出問題：豌豆其他的性狀（舉例介紹其他幾對相對性狀）的遺傳是否也與莖高矮的遺傳遵循一樣的規律呢？請大家設計實驗解決這個問題并預期實驗結果與結論。

學生活動：小組討論，由代表在黑板上展示其實驗設計過程，并預期實驗結果得出結論。

7.6 孟德爾“遺傳因子理論”的修正與拓展

教師：通過上面的探究，我們有充分的理由相信孟德爾的理論的正確性。但是，我們又知道紫茉莉花色遺傳實驗中P：紅花×白花→F1粉花，這一結果能否說明孟德爾的理論是錯誤的呢？進一步的實驗發現F1粉花自交→F2紅花∶粉花∶白花=1∶2∶1。請對這一現象進行解釋、并設計實驗驗證你的假設。請大家利用課余時間思考這個問題。

設計意圖：引導學生在面對新現象時，對原有理論進行修正和發展，使學生認識到科學理論的真理性不是絕對的。在面對新的實驗現象或證據時，科學家往往是對已有的理論進行局部修正來解釋新的現象，或者發展出一套完全不同的理論對已有現象進行全新的解釋。