指向科學(xué)方法體悟的“孟德爾豌豆雜交實驗（一）”教學(xué)*

吳久宏 （江蘇省溧水高級中學(xué) 江蘇南京 211200）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）在“課程性質(zhì)”部分明確指出：“既要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識，又要讓學(xué)生領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法”[1]。引導(dǎo)學(xué)生從知識與訓(xùn)練的淺層學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向思維構(gòu)建的深度學(xué)習(xí)，關(guān)注學(xué)生是否像科學(xué)家一樣具有創(chuàng)新思考能力，這是教學(xué)真正要義所在。本文以人教版必修2“孟德爾豌豆雜交實驗（一）”第1 課時的教學(xué)為例，闡述如何讓學(xué)生體悟科學(xué)家的思考和研究方法并學(xué)會運用所學(xué)方法解決現(xiàn)實中的問題。

1 分析課程標(biāo)準(zhǔn)，錨定科學(xué)方法的生長點

“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”是人教版教材必修2 模塊《遺傳與進化》中第1 章第1 節(jié)的內(nèi)容，作為遺傳學(xué)的開篇，是學(xué)好本模塊中“基因的自由組合定律”“基因在染色體上”“伴性遺傳”等知識的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容在課程標(biāo)準(zhǔn)“內(nèi)容要求”中的概念層次界定如下：

大概念：概念3 遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳。

重要概念：3.2 有性生殖中基因的分離和重組導(dǎo)致雙親后代的基因組合有多種可能。

次位概念：3.2.3 闡明有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的遺傳性狀和表型有多種可能，并可由此預(yù)測子代的遺傳性狀。

“學(xué)業(yè)要求”對本節(jié)內(nèi)容明確指出：運用統(tǒng)計與概率的相關(guān)知識，解釋并預(yù)測種群內(nèi)某一遺傳性狀的分布及變化（科學(xué)思維、科學(xué)探究)。

根據(jù)教學(xué)要求，本節(jié)內(nèi)容分2 課時完成，第1課時重點在于引領(lǐng)學(xué)生體悟“假說-演繹”科學(xué)方法論價值及其在科學(xué)研究中的作用。本節(jié)內(nèi)容不是讓學(xué)生記住“假說-演繹法”的幾個環(huán)節(jié)，而是讓學(xué)生以科學(xué)研究者的身份經(jīng)歷“觀察現(xiàn)象→提出問題→作出假說→演繹推理→實驗驗證→得出結(jié)論”的過程，凝練科學(xué)研究的思路。

2 以方法的“引入—感知—體悟—運用”為主線設(shè)計教學(xué)

2.1 還原時代背景，引入方法 教師播放視頻《孤獨的天才——孟德爾》片段，設(shè)置情境：1859年，達爾文出版了巨著《物種起源》。提問：在初中階段獲知“自然選擇學(xué)說”的核心內(nèi)容包括哪幾個方面？（學(xué)生回答：過度繁殖、生存斗爭、遺傳與變異、適者生存。）

教師點撥：達爾文受時代研究水平的限制，對于“遺傳與變異”這一部分只是作了表觀上的描述，未能從本質(zhì)上進行深入闡述，這也是達爾文的困惑所在。在那個年代，部分哲學(xué)家想象存在著一種“泛生子”的微小顆粒，后代的性狀是親代的“泛生子”融合的結(jié)果（圖1）。

圖1 泛生子融合理論

引入課題:為了揭示遺傳的秘密，孟德爾在奧匈帝國邊陲的圣托馬斯修道院的后院種下一批豌豆。孟德爾所挑選的豌豆7 種性狀（無論是種子表皮的顏色、花朵的顏色，還是植物的高度），雜交后代均表現(xiàn)高度一致的性狀。這似乎在挑戰(zhàn)人們習(xí)以為常的融合遺傳的理念：子女從父母那里分別繼承一些性狀，父母泛生子水乳交融構(gòu)成了子女的一切[2]。為解決這些疑惑，孟德爾以堅韌的毅力、超群的思考方式和扎實的實踐，發(fā)現(xiàn)了兩大遺傳定律。孟德爾使用的科學(xué)研究方法，稱為“假說-演繹法”。

質(zhì)疑：什么是“假說-演繹法”？孟德爾的研究方法對于今天的學(xué)習(xí)有何啟示？

2.2 運用生活原型，感知方法 “假說-演繹法”是本節(jié)課的重點和難點，學(xué)生很難理解。為此，筆者沒有直接切入孟德爾的一對相對性狀雜交實驗，而是以學(xué)生熟知的生活場境分析為例（表1）剖析。

表1 某人在餐館用餐后患腸炎的原因剖析

上述案例采用的研究方法，稱為“假說-演繹法”。在100 多年前，孟德爾就已采用此法研究遺傳現(xiàn)象。

2.3 師生共同構(gòu)建，體悟方法 教師投影誘思導(dǎo)學(xué)提綱，引導(dǎo)學(xué)生思考:1）孟德爾做的一對相對性狀的雜交實驗，子一代全是高莖，如果當(dāng)時是你，你有何驚訝之處？2）孟德爾是如何提出假說的？3）孟德爾演繹推理設(shè)計的實驗是什么？4）他是如何驗證的?

在學(xué)生充分自學(xué)、小組交流、匯報的過程中，教師巧妙介入、適時引導(dǎo)，師生共同總結(jié)得出“假說-演繹法”的基本過程（表2）。

表2 孟德爾運用“假說-演繹”法探尋“基因的分離定律”

在此基礎(chǔ)上，教生共同構(gòu)建“假說-演繹法”的思維模式（圖2）。

圖2 “假說-演繹法”的思維模式

2.4 解決實際問題，運用方法 學(xué)習(xí)的最終目的是解決現(xiàn)實生活中的實際問題，學(xué)習(xí)孟德爾的“假說-演繹法”，就是引導(dǎo)學(xué)生體驗嚴(yán)密的邏輯思維過程和解決問題的思想方法，在厚重的歷史感中體會前人的智慧，從而提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

在本節(jié)課教學(xué)過程中，筆者讓學(xué)生以牽?；ㄔ纭⒅?、晚顏色變化原因的探究為素材，體驗“假說-演繹”法：學(xué)生通過小組合作提出方案，小組匯報，彼此進行相互的思維碰撞，有人認(rèn)為牽牛花的顏色變化是由于溫度不同造成的，有人猜想是光線強弱造成的，還有人認(rèn)為是由于空氣中O2濃度變化引起的……在學(xué)生進行充分討論的基礎(chǔ)上，教師適度點撥。圖3展示的是一個學(xué)習(xí)小組的研究思路。

圖3 運用“假說-演繹法”探究牽牛花顏色變化

3 教學(xué)反思

本節(jié)課以科學(xué)方法的體悟與運用為重點，還原知識、方法產(chǎn)生的時代背景，讓學(xué)生始終以研究者的身份主動學(xué)習(xí)。以“達爾文的困惑”這一史料為真實情境導(dǎo)入，讓學(xué)生穿越時空隧道，以“假如我是孟德爾，我會怎么想，怎么做，有哪些困惑”為問題鏈產(chǎn)生任務(wù)驅(qū)動；通過現(xiàn)實生活的直觀案例介紹現(xiàn)代科學(xué)研究的重要方法——“假說-演繹法”，讓學(xué)生體會孟德爾當(dāng)時就是采用“假說-演繹法”，通過執(zhí)著的堅持、不懈的努力，發(fā)現(xiàn)了遺傳的兩大定律。本節(jié)課引領(lǐng)學(xué)生運用“假說-演繹法”解決現(xiàn)實生活中的實際問題，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

笛卡爾說：“最有價值的知識是關(guān)于方法的知識”。未來的社會公民，需要更多的理性思維，需要學(xué)會用科學(xué)方法論證，以科學(xué)精神開拓，而真正落實這一要求的主渠道就在日常的課堂教學(xué)中。