假說-演繹法在解答高考遺傳學試題中的應用
——以2016—2020 年高考全國卷Ⅰ理綜生物學第32 題為例

廣東

高考遺傳學的命題圍繞遺傳學的核心概念和基本規律，依托遺傳學實驗進行問題設計，是遺傳學試題的主要考查形式，也是生物學學科核心素養的評價載體。筆者以2016—2020 年高考全國卷Ⅰ理綜生物學第32 題為例分析試題的命題脈絡，思考解題方法，發展生物學學科核心素養，以期為師生的遺傳學專題復習備考提供幫助。

1.2016—2020 年高考全國卷Ⅰ理綜生物學第32 題特點分析

表1 2016—2020 年高考全國卷Ⅰ理綜生物學第32 題對比分析

筆者對比分析近5 年的高考全國卷Ⅰ理綜生物學第32 題發現，高考遺傳學的命題都指向對科學思維的考查：一是以遺傳現象為情境、以實驗設計為載體，考查科學探究和科學思維；二是以原因闡釋為形式，考查語言表達能力和科學思維。例如，2016 年考查了運用假說-演繹法設計實驗驗證基因的位置；2017 年利用從性遺傳實驗考查逆向推理能力；2018 年通過實驗設計判斷基因位置的雜交組合和預期結果，考查學生對遺傳學原理的應用和邏輯表達能力；2019 年依托果蠅的部分染色體上的基因所控制的性狀的遺傳雜交實驗情境分析考查學生對基因型、表現型和概率的推導，強化學生對孟德爾遺傳規律和伴性遺傳的理解；2020 年將遺傳學理論用于指導農業生產實踐，引導學生深入理解生命的本質。

可見，高考生物學對遺傳學的考查重點放在遺傳規律的形成過程、科學思維方法的理解、實驗設計以及運用實驗解決實際問題的科學探究能力上，改變了以往以遺傳概率計算為重點的考查思路，較好地促進了教學中對遺傳規律的形成過程以及其中蘊含的科學思維方法的重視，有力地推動了課堂教學觀念向重視科學探究、科學思維的轉變。

2.基于假說-演繹法的解題策略

從以上對高考遺傳學試題的對比分析可知，此類試題難度比較大，大部分考生往往難以從題干所給的情境中獲取有效的信息，不能厘清已知條件和未知條件的關系，不能用專業術語準確地表述答案。因此學生復習備考要在建構好知識體系的基礎上，形成一條清晰的思維主線，從思維的過程、思維的邏輯性、語言的組織等方面尋求問題的解決方法，為這類試題搭建解題模板。教學實踐中，筆者嘗試了基于假說-演繹法的解題策略研究。

“假說-演繹法”是一種重要的科學發現模式和科學研究方法。孟德爾運用“假說-演繹法”發現了遺傳規律，其研究思路如圖1 所示。

圖1

將這種方法應用于審題、解題，有助于學生厘清推理思路、養成嚴謹的科學思維。例如，解題時首先將要研究的問題轉化為科學問題，然后從題干中獲取有效信息并作出假說（可能有多種），接著再圍繞實驗目的挑選實驗材料進行演繹推理（包括從假說到結果的正向推理及從結果到假說的逆向推理），最后比較實驗結果與預期結果是否一致，從而得出結論（可用“若……則……”句式作答）。

2.1 巧用遺傳圖解，正向推理

【例1】（2019 年，全國卷Ⅰ，第32 題節選）某實驗室保存有野生型和一些突變型果蠅。果蠅的部分隱性突變基因及其在染色體上的位置如圖2 所示。回答下列問題。

（2）同學乙用焦剛毛白眼雄蠅與野生型（直剛毛紅眼）純合子雌蠅進行雜交（正交），則子代雄蠅中焦剛毛個體出現的概率為_________；若進行反交，子代中白眼個體出現的概率為______。

【解題思路】本題中基因的顯隱性、基因的位置、雜交親本的表現型都是已知的。此情況下可以直接寫出遺傳圖解（如圖3）進行演繹推理。

圖3

從遺傳圖解可看出，正交結果中，雌雄果蠅均為直剛毛紅眼，則子代雄蠅中焦剛毛個體出現的概率為0；而反交結果中，雌果蠅均為直剛毛紅眼，雄果蠅均為焦剛毛白眼，則子代中白眼個體出現的概率為1/2。

2.2 提出假說，演繹推理

【例2】（2018 年，全國卷Ⅰ，第32 題節選）果蠅體細胞有4 對染色體，其中2、3、4 號為常染色體。已知控制長翅/殘翅性狀的基因位于2 號染色體上，控制灰體/黑檀體性狀的基因位于3 號染色體上。某小組用一只無眼灰體長翅雌蠅與一只有眼灰體長翅雄蠅雜交，雜交子代的表現型及其比例如下：回答下列問題：

表2

（1）根據雜交結果，_____（填“能”或“不能”）判斷控制果蠅有眼/無眼性狀的基因是位于X 染色體還是常染色體上，若控制有眼/無眼性狀的基因位于X 染色體上，根據上述親本雜交組合和雜交結果判斷，顯性性狀是_______，判斷依據是_____________________。

【解題思路】本題已知條件為一只無眼灰體長翅雌蠅與一只有眼灰體長翅雄蠅雜交，但基因的顯隱性和基因的位置是未知的。因此從這兩個未知條件出發可以作出以下4種假說并進行演繹推理（如圖4）。

根據假說1 和假說2 演繹推理得出的預期結果是后代的性狀表現是有眼和無眼比例相等，且有眼和無眼個體中雌雄比例均相等。根據假說3 演繹推理得出的預期結果是后代的性狀表現是有眼和無眼比例相等，雌雄果蠅中均為一半有眼，一半無眼。根據假說4 演繹推理得出的預期結果是后代的性狀表現是有眼和無眼比例相等，雌果蠅全部為有眼，雄果蠅全部為無眼。

由上述分析可知，控制果蠅有眼/無眼性狀的基因可能位于常染色體上，也可能位于X 染色體上，因此不能判斷基因的位置。同時，由假說3 演繹推理過程可推論得出:若控制有眼/無眼性狀的基因位于X 染色體上，只有當無眼為顯性性狀時，子代雌雄個體中才都會出現有眼和無眼性狀分離的現象。這即是第2 空和第3 空的答案。

2.3 反推正答，預期結果

【例3】（2017 年，全國卷Ⅰ，第32 題節選）某種羊的性別決定為XY 型。已知其有角和無角由位于常染色體上的等位基因（N/n）控制；黑毛和白毛由等位基因（M/m）控制，且黑毛對白毛為顯性。回答下列問題：

（2）某同學為了確定M/m 是位于X 染色體上，還是位于常染色體上，讓多對純合黑毛母羊與純合白毛公羊交配，子二代中黑毛∶白毛=3 ∶1，我們認為根據這一實驗數據，不能確定M/m 是位于X 染色體上，還是位于常染色體上，還需要補充數據，如統計子二代中白毛個體的性別比例，若________________，則說明M/m 是位于X 染色體上；若_______________，則說明M/m 是位于常染色體上。

【解題思路】本題已知結論，要求寫出預期結果。解題時，可把結論（M/m 位于X 染色體上或常染色體上）當作假說，再通過遺傳圖解（如圖5）進行反向推理，即可得出結果。

圖5

從上述遺傳圖解可知，若M/m 位于X 染色體上，則白毛個體全為雄性；若M/m 位于常染色體上，則白毛個體中雄性∶雌性=1 ∶1。因此，演繹推理的結果就是本題要判斷的預期結果。

2.4 科學選材，設計實驗

【例4】（2016 年，全國卷Ⅰ，第32 題節選） 已知果蠅的灰體和黃體受一對等位基因控制，但這對相對性狀的顯隱性關系和該等位基因所在的染色體是未知的。同學甲用一只灰體雌蠅與一只黃體雄蠅雜交，子代中♀灰體∶♀黃體∶♂灰體∶♂黃體為1 ∶1 ∶1 ∶1。同學乙用兩種不同的雜交實驗都證實了控制黃體的基因位于X 染色體上，并表現為隱性。請根據上述結果，回答下列問題：

（2）請用同學甲得到的子代果蠅為材料設計兩個不同的實驗，這兩個實驗都能獨立證明同學乙的結論。（要求：每個實驗只用一個雜交組合，并指出支持同學乙結論的預期實驗結果）

【解題思路】從題干中獲取信息：同學乙用兩種不同的雜交實驗都證實了控制黃體的基因位于X 染色體上，并表現為隱性。同時整合信息：同學甲得到的子代果蠅中♀灰體（XAXa）、♀黃體（XaXa）、♂灰體 （XAY）、♂黃體（XaY）數量相等。因此，得出以下4 種雜交組合（如圖6）。

圖6

其中，雜交（1）子一代中所有的雌性都表現為灰體，所有的雄性都表現為黃體；雜交（2）子一代中所有的雌性都表現為灰體，雄性中一半表現為灰體，另一半表現為黃體。通過這兩個雜交組合都可以判斷出控制黃體的基因位于X 染色體上，并表現為隱性。而若控制黃體的基因為隱性，雜交（3）不會出現性狀分離，無法判斷控制黃體的基因位于X 染色體上，應排除此雜交組合；雜交（4）是同學甲所做的雜交實驗，結果已知，也應被排除。因此，應選雜交（1）和（2）中的材料，科學設計實驗。

3.教學建議與思考

在高三生物學遺傳專題的復習中，為了落實學生對遺傳規律的形成過程的理解，以及培養學生的高階思維能力，筆者進行了以下三個方面的嘗試。

第一，創設真實情境，培養學生的科學思維。知識的落實需要情境，思維的培養同樣需要情境。高三復習課中，教師利用科學實驗、農業生產、遺傳現象、人體健康等與生活生產實踐相結合的事例創設真實情境，能激發學生認知矛盾，幫助學生運用所學知識，進行分析、討論、判斷、推理，進而解決生產生活中的實際問題，培養學生的科學思維。

情境素材的呈現方式可多樣化，除了基本的文字描述外，還可以采用圖示、表格等形式呈現，從而培養學生從特定情境中獲取及處理信息的能力。例如2016 年、2018 年和2019 年高考全國卷Ⅰ理綜生物學第32 題雖然都以果蠅雜交實驗為素材命題，但呈現方式卻有所區別：2016 年第32 題單純用文字描述雜交過程；2018 年第32 題以數據表格的形式給出信息；2019 年第32 題則以模式圖方式呈現突變基因和染色體的位置關系，引導學生從不同的角度獲取信息進行演繹推理，從而培養學生的科學思維。

第二，重視科學史，領悟科學方法。假說-演繹法是人教版高中生物學教材必修2《遺傳與進化》中的一個核心方法：孟德爾遺傳規律的發現、摩爾根的果蠅雜交實驗、DNA 半保留復制方式的提出與證實、密碼子發現等都是假說-演繹法基本思路的體現。2016—2020 年高考全國卷Ⅰ理綜生物學第32 題的破解都用到了此方法。在復習備考中，教師可以結合遺傳學中的常見問題，以假說-演繹法為核心進行歸類整理并以微專題的形式開展復習，將問題逐個突破。例如，孟德爾遺傳規律發現中的假說演繹；純合子、雜合子探究中的假說演繹；顯性、隱性探究中的假說演繹；性狀的遺傳是否遵循孟德爾遺傳規律探究中的假說演繹等。

此外，在科學史的教學中，教師要注重還原史實，不能憑空想象或錯誤解讀，以免造成誤解。例如，人教版高中生物學教材必修2 中摩爾根對果蠅雜交實驗作出的假設為“控制白眼的基因在X 染色體上，而Y 染色體不含它的等位基因”。多數教師在處理此教學內容時，有意引導學生作了“控制白眼的基因在X、Y 染色體的同源區段”的新假設，并對此進行演繹推理。其實，受實驗條件和當時認知的局限，摩爾根當時根本就沒考慮Y 染色體的存在，自然也就不存在上述新假設。情境總是與生產生活和科學活動緊密聯系的，它是從真實世界中提取、加工出來的情境，而不是在想象世界中完全虛構的情境。

第三，搭建腳手架，建立解題模型。在解決具體問題時，教師若能為學生搭建腳手架，建立解題模型，將有助于學生突破此類試題的解答。筆者結合真題深度分析，歸納概括出假說-演繹法在解答遺傳題中的常用方法：巧用遺傳圖解，正向推理（據條件推結果）；提出假說（把結論當作假說），演繹推理；反推正答，預期結果（將結果作為現象）；科學選材，設計實驗。假說-演繹法包括提出問題、作出假說、演繹推理、預期結果、實驗驗證、得出結論等步驟都屬于科學思維方法。但在解決某個遺傳學問題時，可能僅需要其中的某個方法，而不一定會利用所有的科學思維方法。

綜上所述，運用假說-演繹法解決遺傳學問題，能使問題具體化，使思維清晰化，是學生科學思維的綜合體現。