基于理性思維培養的課堂教學實踐

邵江樵

摘 要：理性思維是普通高中生物學的四個核心素養之一。教師可從實驗與探究的角度，以假說與實驗的關系為核心，圍繞假說的目的、依據和驗證等環節，在課堂教學中培育學生的理性思維。

關鍵詞：核心素養；理性思維；假說；果蠅性連鎖遺傳

理性思維是普通高中生物學的四大核心要素之一，主要特征是邏輯思維。高中生物教學應植根科學課程，使學生在初中側重形象思維的基礎上進一步發展科學思維能力，尤其是邏輯思維能力，掌握并運用正確的思維方法，如假說-演繹法、分析比較法等。實現這一目標需要通過課堂教學來體現。課堂教學邏輯包含兩個方面：一是教學推進的邏輯性，主要指內容、語言、板書等能融為一體，主線與支線協調、緊扣，教學推進系統流暢；二是教學內容的內在邏輯性，由學科本身及教學內容分析去解決。遵循教學邏輯就是按照學科的邏輯系統和學生認知發展規律，從教學推進以及教學內容兩個層面遵循邏輯思路，有序、合理地開展生物課堂教學，培植理性能力[1]。如在有絲分裂的教學中大多數老師是按照母細胞在間期先進行物質準備，然后細胞分裂形成子細胞的時間順序來展開教學內容，顯得比較平淡，不易激發學生的學習熱情。筆者抓住有絲分裂是體細胞增殖的主要方式，其結果是“子細胞=母細胞”這一特征，緊緊圍繞子母細胞具有相同的遺傳物質——DNA，從DNA復制的時間、條件、DNA的載體以及如何做到染色體的平分等環節逐一追問展開內容，來提高教學推進的邏輯性。下面以果蠅性連鎖遺傳的復習為例，談談如何進行教學設計踐行理性思維的培育。

教學設計的指導思想：通過假說-演繹法，還原對果蠅紅眼、白眼伴性遺傳的認識過程，闡述在人類歷史上第一個確定基因位于染色體上的一段經典的科學發現史，感悟“假說-演繹”科學思維對科學研究的重要性。

一、梳理方法、奠定基礎

回顧浙科版必修1《分子與細胞》前言中生物學的研究方法：根據實驗的結果提出能解釋這個實驗結果的某種假說，再對提出的假說用實驗來進一步檢驗。結合孟德爾運用“假說-演繹”法揭示分離定律和自由組合定律的研究過程，梳理出科學研究的一般過程：觀察現象→發現問題→提出假說→驗證假說→得出結論（肯定假說上升為理論或否定、修正假說），并突出提出假說的目的、提出假說需要的依據、假說具有預測性和假說需要驗證，為對果蠅的性連鎖遺傳分析奠定基礎。

二、利用假說進行自圓其說

摩爾根在果蠅的雜交研究中，于1910年，從野生型（紅眼）果蠅培養瓶中發現了一只白眼雄性個體，通過雜交觀察到了如圖1所示的遺傳現象。

回顧初學伴性遺傳時的假說：控制果蠅紅眼與白眼的等位基因位于X染色體上，作遺傳圖解體會假說能解釋實驗結果，即用來自圓其說。

三、思考提出假說需要的依據

已知的科學原理：果蠅的染色體組成，并強調X染色體與Y染色體之間有同源區與非同源區之分（如圖2）。

已經發現的事實材料：從P→F2的遺傳現象。

結合以上信息，能排除常染色體上和伴Y染色體遺傳的可能，從而提出“控制果蠅紅眼與白眼的等位基因位于X染色體上”的假說。

四、體會假說具有預測性和假說需要驗證

用遺傳圖解預期測交實驗（讓F1的紅眼雌蠅與白眼雄蠅交配）的結果，并與真實的測交結果比較（表1），體會假說具有預測性和需要驗證。

五、迷霧叢生

真的只有“控制紅眼與白眼的等位基因位于X染色體的非同源區上”一種假說能自圓其說嗎？假說“控制紅眼與白眼的等位基因位于X、Y染色體的同源區上”也能自圓其說嗎？與已有的測交結果矛盾嗎？試用遺傳圖解說明。

通過遺傳圖解，似乎到了山窮水盡之處，有何辦法能讓兩種假說決出勝負呢？

六、布里吉斯的測交驗證

科學的發展并沒有在兩種假說前停步，摩爾根的學生布里吉斯（Bridges）1916年發現，將野生紅眼雄果蠅和白眼雌果蠅雜交，對果蠅的紅眼白眼基因（+/w）在X染色體上的位置作了回答，試用遺傳圖解說明。

布里吉斯的實驗結果：大部分后代是紅眼雌果蠅、白眼雄果蠅，與紅眼白眼基因（+/w）在X染色體的非同源區上的預期的結果相一致，從而支持了“+/w在X染色體的非同源區上”的假說，在人類歷史上第一個確定了果蠅的紅眼白眼基因（+/w）位于（X）染色體上。

七、再假說、再驗證

布里吉斯的實驗在驗證紅眼白眼基因（+/w）位于X染色體上的假說中作出了巨大的貢獻，但也發現了預期之外的實驗現象：每2000～3000只雜交子代中，（紅眼）雌果蠅中出現一只白眼可育的雌果蠅，每2000～3000只（白眼）雄果蠅中出現一只紅眼不育的雄果蠅，稱之為初級例外后代[2]。為什么會出現這樣的初級例外后代（如圖3）？

如何解釋這種例外現象呢？布里吉斯再次提出了新的假說：X染色體不分離現象。

提出這種假說的依據是：已知決定果蠅雌雄性別的是X染色體與常染色體的比例，Y染色體上沒有決定性別的基因，因此在果蠅的性別決定中Y染色體失去了作用。如XX（雌性）、XY（雄性）、XXY（雌性）、XO（雄性不育），受精卵中X染色體多于二條或不含有X染色體時，會引起胚胎致死或夭折。

試用遺傳圖解的形式解釋初級例外。

怎樣驗證布里吉斯“X染色體不分離現象”的假說？

取初級例外果蠅相關組織的體細胞，制作成有絲分裂裝片，在光學顯微鏡下觀察，找出分裂期中期細胞，觀察性染色體的數量和形態。結果在白眼雌果蠅裝片中可觀察到三條性染色體，其中二條是X染色體，一條是Y染色體；在紅眼雄果蠅中只能觀察到一條X染色體，由此驗證了Bridges的假說。

課堂教學是一個理智的學習過程，教學的本質是幫助學生學習，而不是替代學生學習。生物課堂帶給學生的也應該是更多的理性思考、深度的學習，這就意味著教師必須借助學生學習的邏輯， 而不是處處沿用教材中的知識順序，需要對知識內容重新加以編排，將知識以及獲得知識的方法真正地傳遞給學生。

參考文獻：

[1]吳久宏.教學遵循邏輯 理性引領教學——芻議高中生物邏輯性課堂的建構[J].教學月刊·中學版（教學參考），2015（11）：28-30.

[2]鄧過房.打開經典實驗的問號——以摩爾根果蠅雜交實驗為例[J].生物學通報，2014（3）：9-11.