基于論證教學的習題課教學設計
——以“判斷基因在染色體上的位置”為例

（河北省武安市第一中學 河北邯鄲 056300）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）對課程目標的要求提及“形成科學思維的習慣，能夠運用已有的生物學知識、證據和邏輯對生物學議題進行思考或展開論證”。對生物學議題進行論證是科學思維核心素養的具體表現。在高中生物教學中開展論證教學，是培養學生科學論證核心素養的重要途徑。

1 論證教學在習題課中的模式

科學論證是科學研究的重要方法，論證通過一個或者一些真實的命題來得出另一個命題的真實性。論證教學是模擬科學論證的過程開展的教學活動，包括論題、觀點、論據、論證方式等，通過不斷反復的推論，完善論題。論證教學的過程如圖1所示。

圖1 論證教學的過程示意圖

習題課是高中生物教學過程中一種重要的課型，學生學習了基本的生物學知識后，在習題課中對相關問題進行論證，更容易培養科學思維。在習題課中開展論證教學，教師往往從學生的錯誤觀點出發，過程包括：針對教學目標，精選相關習題并印刷成試卷；自習課上發給學生做題，收集批改學生的試卷了解學生的錯誤觀點；針對學生的錯誤觀點，設計習題課的教學過程；實施教學設計組織課堂論證教學；課后反思等。在習題課中開展論證教學的過程如圖2所示。

圖2 在習題課中開展論證教學的過程示意圖

2 論證教學在習題課“判斷基因在染色體上的位置”中的應用

2.1 議題分析

學習了“遺傳因子的發現”和“基因和染色體的關系”兩章內容之后，《課程標準》要求學生能夠根據題目中描述的實驗材料、實驗操作、實驗結果等信息判斷基因在染色體上的位置，包括2個生物學議題：①判斷基因是否位于非同源染色體上，論證不同基因是否遵循基因的自由組合定律；②判斷基因位于常染色體上、X染色體上、XY同源區段上，論證相關性狀的遺傳方式。以上兩項內容在高考中是常考的重點知識，尤其是在非選擇題中經常出現判斷基因是否符合自由組合定律，即判斷兩對及以上基因是否位于非同源染色體上和判斷基因在常染色體上、X染色體上、XY同源區段上。這兩項內容也是學生學習的難點。

2.2 教學過程

2.2.1 導入新課

教師展示自由組合定律實質圖解，提出問題：基因自由組合定律的實質是什么？

學生回答：在減數分裂過程中，同源染色體上的等位基因彼此分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合。

教師展示人類的染色體組成，追問：什么叫伴性遺傳？學生思考后，得出：基因位于性染色體上，遺傳總是和性別相關聯的現象叫做伴性遺傳。

教師評價學生的回答，引導學生討論前次所做的試卷中錯誤較多的兩個問題。

2.2.2 問題一：判斷基因是否位于非同源染色體上

教師根據試卷中學生對于通過實驗現象判斷基因是否遵循自由組合定律出現的誤差，要求學生小組內討論說明兩對基因遵循自由組合定律的實驗現象。學生以學習小組為單位開展探究活動，教師巡視指導。然后，教師組織學生展示討論結果。

學生觀點一：在學習孟德爾兩對性狀的遺傳實驗時，豌豆的綠色和黃色、圓粒和皺粒兩對相對性狀在F1雜交時，雜交結果出現9∶3∶3∶1的比例及其變式，就可以說明兩對基因遵循自由組合定律。

學生觀點二：在F1測交時，測交結果為1∶1∶1∶1的比例及其變式，也能說明。

學生觀點三：我們組不同意結果為1∶1∶1∶1的比例及其變式能說明這一結論。論據：因為兩對基因位于兩對同源染色體上才遵循自由組合定律，YyRr和yyrr測交結果出現1∶1∶1∶1的比例。但是，如果兩對基因位于一對同源染色體上時，雜交結果也可能出現1∶1∶1∶1的比例，如yyRr和Yyrr雜交（圖3）也出現了1∶1∶1∶1的比例，但是兩對基因卻不遵循自由組合定律。

圖3 yyRr和Yyrr雜交結果

教師總結：出現9∶3∶3∶1的比例及其變式，就可以說明兩對基因遵循自由組合定律。但是出現1∶1∶1∶1的比例及其變式，要看雜交個體的基因型，如果是基因型為YyRr和yyrr個體測交，可以說明；如果是基因型為yyRr和Yyrr個體雜交，則不一定說明。

2.2.3 問題二：判斷基因在常染色體上、X染色體上、XY同源區段上

教師提出問題：剛才復習到伴性遺傳的特點常常和性別相關聯，是不是伴性遺傳就一定和性別相關聯，雜交子代沒有性別差異就可以判定不是伴性遺傳了嗎？

學生觀點一：伴性遺傳一定和性別相關。

論據一：伴性遺傳的概念，基因位于性染色體上，和性別相關聯。

學生觀點二：伴性遺傳不一定和性別相關。

論據二：例如基因型為XWXw紅眼雌果蠅和基因型為XwY白眼雄果蠅雜交，結果紅眼和白眼兩種性狀在雌雄中的比例是相等的，但卻是伴性遺傳，如圖4所示。

圖4 XWXw紅眼雌果蠅和XwY白眼雄果蠅雜交后代

教師總結：伴性遺傳不一定都和性別相關聯。如何通過實驗判斷基因位于常染色體上、X染色體上、XY同源區段上，請結合以下兩個問題思考討論。

【例1】已知果蠅的灰身（A）與黃身（a）是一對相對性狀。現偶然發現的一只黃身雌果蠅，為了確定A、a在染色體上的位置，科學家進行了如下實驗：現將這只雌果蠅和純合的灰身雄果蠅雜交，得到子一代（F1）。如果F1的表現型為________________，則說明基因位于X染色體上的非同源區段；如果根據F1的表現型及比例不能作出判斷，則將F1雌雄果蠅相互交配得到子二代（F2）：

①若F2__________________________________________________________________，則基因位于常染色體上。

②若F2_______________________________________________________________，則基因位于X、Y染色體上的同源區段。

【例2】果蠅是常用的遺傳學實驗材料，腿部有斑紋和無斑紋是受核基因控制的一對相對性狀；請利用上述果蠅為實驗材料，探究控制腿部有、無斑紋這對相對性狀的基因是位于常染色體上還是X染色體上？（不考慮X、Y同源區段，要求：寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論）

實驗思路：______________________________；

預期實驗結果及結論：

A：若_____________________，則該等位基因位于常染色體上。

B：若_____________________，則該等位基因位于X染色體上。

學生分小組合作探究，教師巡視指導。

例1的論據一：因為黃身是隱性性狀，如果基因位于X染色體上的非同源區段，其基因型應為XaXa，和灰身雄果蠅基因型為XAY雜交，后代中雌性基因型全部為XAXa，表現型為灰身，雄性的基因型全部為XaY，表現型為黃身。

學生觀點一：選擇純合隱性雌性個體和顯性純合雄性個體雜交，F1的表現型為雌性為灰身，雄性為黃身，則說明基因位于X染色體上的非同源區段。

論據二：如果基因是位于常染色體上，純合隱性雌性個體和顯性純合雄性個體雜交結果和F1雌雄果蠅相互交配得到子二代（F2）結果如圖5所示。

圖5 雜交結果示意圖

學生觀點二：純合隱性雌性個體和顯性純合雄性個體雜交得到F1。F1雌雄果蠅相互交配得到F2。灰身果蠅與黃身果蠅比例為3∶1，且與性別無關，則該等位基因位于常染色體上。

論據三：如果基因是位于X、Y染色體上的同源區段，純合隱性雌性個體和顯性純合雄性個體雜交結果和F1雌雄果蠅相互交配得到子二代（F2）結果如圖6所示。

圖6 雜交結果示意圖

學生觀點三：F2雄果蠅只有灰身性狀，雌果蠅既有灰身也有黃身（且比例為1∶1），則基因位于X、Y染色體上的同源區段。

教師總結：通過大家的討論分析，親本選擇隱性性狀的雌性和顯性性狀的雄性雜交，如果F1雌雄表現型不一致，則可以判定基因位于X染色體上的非同源區段。如果F1雌雄表現型相同，F1雌雄果蠅相互交配得到F2。若F2雌雄表現型不一致，則基因位于X、Y染色體上的同源區段；若F2雌雄表現型一致，則基因位于常染色體上。

例2的論據一：該題目描述的性狀顯隱性未知，而且題目要求不必考慮X、Y同源區段，所以只需假設基因位于常染色體和X染色體上兩種情況。按照題意并不知道性狀的顯隱性，可以先通過一次雜交實驗確定顯隱性，然后再選取隱性性狀的雌性和顯性性狀的雄性雜交。

學生觀點一：若F1雌雄表現型不一致，則可以判定基因位于X染色體上，F1雌雄表現型相同，基因位于常染色體上。

論據二：未知顯隱性性狀可以進行正反交實驗，觀察正反交實驗結果是否相同，如圖7和圖8所示。

圖7 正反交實驗結果示意圖

圖8 正反交實驗結果示意圖

學生觀點二：正反交實驗結果相同，基因位于常染色體上；若不同，基因位于X染色體上。

教師總結：如果不知道相對性狀的顯隱性，可以先通過雜交實驗確定顯隱性，然后再按照問題一的方法確定基因的位置。也可以直接采用正反交的實驗，如果正反交實驗結果不同，則基因位于位于X染色體上；若正反交實驗結果相同，則基因位于常染色體上。答題時注意題干的要求，再確定采用哪種方法。

3 論證教學應用于高中生物習題課的反思

論證教學適于在高中生物習題課中開展，對提高學生的科學思維有著積極的作用。但是，在高中習題課中開展論證教學需要注意以下幾個問題：論證議題的選擇應該是一個高階概念，否則沒有開展論證的價值；在論證過程中，教師要給學生充足的論證時間，否則達不到深度學習的目的；教師在指導過程中不要過早發表支持或者否定的觀點，要讓學生充分論證。