借助生物科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

摘 要：以生物科學(xué)史素材為載體，指出關(guān)于摩爾根果蠅雜交實驗思路的認(rèn)知誤區(qū)，還原摩爾根的真實研究過程，在論證中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：生物科學(xué)史;核心素養(yǎng);染色體遺傳學(xué)說

《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中指出理性思維的重點是：崇尚真知，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法;尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度;邏輯嚴(yán)密，能運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等[1]。

生物必修二教材中在介紹基因位于染色體上的實驗證據(jù)時突兀地提出如下假說：控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體不含有它的等位基因，但教材沒有對該假說的背景作說明。筆者查閱多篇文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)教師普遍對摩爾根沒有提出控制眼色的基因位于XY染色體的同源區(qū)段而感到疑惑，進(jìn)而會在教學(xué)設(shè)計中提出三種假說（控制眼色的基因只在X染色體上/只在Y染色體上/在X、Y的同源區(qū)段），并進(jìn)一步設(shè)計實驗驗證第一種假說正確。應(yīng)該承認(rèn)人為組合的科學(xué)探究過程對學(xué)生思維能力有一定的提高，但這樣做卻忽略了原本的科學(xué)史實。

1.摩爾根的學(xué)術(shù)背景

在以果蠅為實驗材料前摩爾根的學(xué)術(shù)觀點是：（1）反對達(dá)爾文關(guān)于進(jìn)化的漸變論;（2）反對孟德爾的遺傳學(xué)說，不認(rèn)可用假想的遺傳因子去解釋現(xiàn)象;（3）反對Wilson支持的染色體遺傳學(xué)說。摩爾根研究果蠅最初是為了研究演化，他認(rèn)同跳躍性突變對新種形成至關(guān)重要，以期推翻漸變的觀點。

2.注意教材中果蠅雜交實驗分析圖解與摩爾根最初論文的不同

摩爾根1910年發(fā)表的論文中對果蠅眼色遺傳的解釋如下[2]：

從中可知摩爾根的解釋并沒有涉及Y染色體，他把紅眼因子R和白眼因子W放在X染色體之外，更沒有直接假設(shè)白眼基因在X染色體上，可見上述普遍采用的三種假說的思維模式是不符合科學(xué)事實的。當(dāng)然后續(xù)所發(fā)現(xiàn)的多個性連鎖突變，如殘翅、黃體等使摩爾根逐步接受了遺傳的染色體學(xué)說。

3.摩爾根的驗證實驗

教材中沒有對假說的驗證給出測交等方法的具體內(nèi)容，會使學(xué)生的思維過程難以完整，筆者在教學(xué)中補(bǔ)充介紹摩爾根完整的驗證實驗思路。

3.1回交：F1紅眼♀×白眼♂，預(yù)期結(jié)果紅眼♀：白眼♀：紅眼♂：白眼♂=1：1：1：1，結(jié)果符合預(yù)期，說明F1紅眼♀為雜合子，同時也驗證了孟德爾分離定律的正確性。更重要的是后代出現(xiàn)了白眼♀，為更多的測交方案提供了材料。

3.2測交：

實驗1：白眼♂與F2紅眼♀逐對交配，分別統(tǒng)計，有一半組合后代全為紅眼，另一半組合后代紅眼♀：白眼♀：紅眼♂：白眼♂=1：1：1：1，可以反推控制眼色的基因只在X染色體上;實驗2：F1紅眼♂×白眼♀，后代雌蠅都是紅眼，雄蠅都是白眼，直接證明控制眼色的基因在X染色體上。當(dāng)然此時白眼基因僅在X染色體上還是XY染色體同源區(qū)段上尚不能確定。

3.3正反交：正交（野生型紅眼♀×白眼♂），反交（野生型紅眼♂×白眼♀），正反交結(jié)果不同。

若控制眼色基因在XY染色體上都有的話，反交結(jié)果F1雄蠅應(yīng)為紅眼，但與實際結(jié)果不符。至此，摩爾根得出實驗結(jié)論：決定果蠅眼色的基因僅在X染色體上。

4.Bridges發(fā)現(xiàn)性染色體不分離現(xiàn)象

教材P38拓展題：Bridges發(fā)現(xiàn)白眼♀和紅眼♂雜交，后代會出現(xiàn)白眼♀和紅眼♂，如何解釋這種現(xiàn)象？這是非常好的拓展素材，原因是親代雌果蠅個別卵原細(xì)胞在減數(shù)分裂時兩條X染色體不分離，結(jié)果產(chǎn)生的卵細(xì)胞中含有兩條X染色體，或者不含X染色體。而進(jìn)一步的細(xì)胞學(xué)觀察證實X染色體的特殊行為與伴性遺傳特點完全相符[3]，為基因位于染色體上提供更直接的證據(jù)。

通過以上完整的知識延伸，可以讓學(xué)生體會科學(xué)研究的曲折復(fù)雜，在追求真相的過程中要注重實證。教師應(yīng)對科學(xué)史素材中涉及科學(xué)思維訓(xùn)練的內(nèi)容有敏感的認(rèn)知和準(zhǔn)確的理解，要注重發(fā)展學(xué)生論證技能，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]核心養(yǎng)研究課題組.中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國教育學(xué)刊，2016（10）：1-3.

[2]MorganTH.Sex-limitedinheritanceinDrosophila.Science，1910（32）：120.

[3]謝仁榮，吳志強(qiáng).染色體不分離現(xiàn)象為染色體遺傳學(xué)說提供了直接證據(jù)[J].中學(xué)生物學(xué)，2019（8）：3-5.

作者信息：劉光亮（1986—），大學(xué)本科學(xué)歷，中學(xué)一級教師，E-mail：466890756@qq.com

論文標(biāo)注：本論文系2018年度漳州市基礎(chǔ)教育教學(xué)研究《基于核心素養(yǎng)的生物科學(xué)史教學(xué)的應(yīng)用研究》課題（立項批準(zhǔn)號：ZPKTY18037）

作者簡介：劉光亮;性別：男;出生年月：1986.10;籍貫（具體到市）：安徽巢湖民族：漢;最高學(xué)歷：大學(xué)本科;目前職稱：中學(xué)一級;研究方向：生物教學(xué)