基于探究實驗思路進行孟德爾豌豆雜交實驗（一）的教學設計

熊 佳 殷俊才

（江蘇省泰興中學 江蘇泰州 225400）

1 教材分析

“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”是人教版高中生物學教材《必修2·遺傳與進化》第一章第一節的內容，包括遺傳材料選擇原因的分析、假說-演繹法實驗步驟的歸納、核心概念（自交、雜交、性狀分離、純合子、雜合子、遺傳因子組成、測交）的突破等內容。其中，對假說-演繹法各步驟進行研究的具體內容是教學的重點，測交實驗的設計、相關概率的計算是教學難點，如何引導學生利用探究思維思考問題的實質，是提升學生學科核心素養的手段之一。學生對假說-演繹法的研究步驟尚未接觸過，但已學習過探究實驗，對其研究步驟較為熟知。教師可以此作為教學線索，借以引導學生展開探究，在教學探究過程中對相關概念進行分散式教學，以助于學生形成知識的系統性，為孟德爾豌豆雜交實驗（二）的教學打下基礎。

2 教學目標

①通過對孟德爾雜交實驗結果的分析，培養基于生物學事實和證據，運用歸納與概括，發展科學思維能力。

②通過對假說-演繹法邏輯性較強步驟的分析，逐步增強科學探究能力。

③通過對驗證性實驗——測交實驗的分析與設計，提升演繹與推理能力，培養批判性思維能力。

3 教學過程

3.1 從諺語、孟德爾故事導入

教師展示孟德爾照片及其生平和研究成果，創設情境：俗話說“龍生龍，鳳生鳳，老鼠生兒打地洞”，這是幾千年來人們對遺傳現象的總結。遺傳定律是由一個叫孟德爾的科學家發現的。他利用豌豆、山柳菊、玉米等多種植物進行雜交實驗，并以此發現了生物的遺傳規律。在此之前，有些科學家也進行了多種植物的雜交實驗，但卻未成功，是什么原因導致孟德爾獲得了成功？遺傳規律的具體內容是什么呢？

設計意圖：教師提供孟德爾生平以及其他科學家失敗的情景，激發學生對孟德爾成功的原因展開思考。

3.2 呈現圖片，問題導學

學生對豌豆、玉米較為熟悉，教材中該章節標題也明確了豌豆作為實驗材料的關鍵詞，教師可利用多媒體呈現出豌豆植株并呈現出其花的結構以及各種區分明顯的相對性狀。為了引導學生分析出孟德爾研究的對象——一對相對性狀，教師可設計問題：請結合孟德爾研究歷程，思考孟德爾實驗研究的對象是什么？學生閱讀教材，即可得出研究高莖與矮莖這對相對性狀。此時，教師介紹相對性狀的概念，舉例讓學生展開判斷。教師追問：豌豆作為孟德爾實驗成功的遺傳材料具有什么優點？學生歸納出豌豆作為遺傳學實驗材料的優點：具有自花、閉花授粉；自然狀態下為純種，具有區分明顯的相對性狀。

設計意圖：教師展示相關圖片，促進學生形成感官認知，以問題導學，引導學生明確孟德爾研究的對象，進而歸納出豌豆作為遺傳材料的優點。

3.3 回顧探究實驗步驟，引導學生分析孟德爾研究步驟

孟德爾在探究遺傳規律的過程中，是一種向未知知識摸索的過程，其探究步驟與其所學的探究實驗思路基本一致。教師首先引導學生回顧探究實驗步驟；接著，指出孟德爾的研究思路與其相似；然后，師生一起追尋孟德爾的研究蹤跡。

3.3.1 問題導學，引導學生明確孟德爾提出的問題

學生閱讀人教版必修二教材，思考以下問題：孟德爾雜交實驗中包含哪幾步，得出哪些意外結果？這些意外是不是具有一定的偶然性？孟德爾是如何進行判定的？對實驗結果的分析利用了什么方法？學生帶著問題，閱讀教材，最終明確：孟德爾先雜交得到F1，后自交得到F2；通過對實驗結果的統計分析，得到性狀分離比為3∶1；對其他相對性狀逐個進行分析，也得到了3∶1的性狀分離比，說明該數值是科學數據。在此教學過程中，教師向學生介紹雜交與自交、性狀分離、顯隱性的概念。

3.3.2 引導學生分析出假說步驟

學生根據探究性實驗思路，閱讀教材，根據孟德爾假說內容，利用遺傳因子嘗試著寫出孟德爾遺傳實驗整個過程，即寫出雜交與自交的遺傳圖解。該過程是本節教學的核心，也是今后求解遺傳試題的工具。教師可設計問題：①控制一對相對性狀的兩個遺傳因子有何特征？控制高莖與矮莖的遺傳因子是什么？②純合子與雜合子的遺傳因子組成有何不同？③純合子與雜合子產生的配子分別具有什么特點？④雌雄配子隨機結合之后，形成子代的各種遺傳因子組成的比例如何計算？在分析上述問題的基礎之上，學生即可寫出親代高莖與矮莖的遺傳因子組成，并求出F1的遺傳因子組成，進而求出F2的遺傳因子組成及比例。為了完善遺傳圖解，教師可引導學生對照教材第5頁圖1-5，完善自己所寫的遺傳圖解，從而進一步理解孟德爾的假說，并可解釋其雜交實驗中所出現的問題。在F1自交過程中，學生容易出現雌雄配子數比例為1∶1的理解誤區。鑒于此，教師可設計問題：能否認為遺傳因子組成為D（或d）的雌雄配子數量相同呢？

設計意圖：對這些問題的分析能有效降低學生理解的難度。因為從文字敘述到流程圖的形成需要文圖轉化的過程，該部分教學內容的關鍵是輔助學生構建出完整的遺傳圖解。該內容是命題考查的一個方向，同時也是學生今后求解遺傳類試題常用的簡化手段。教師可借助于系列問題，引導學生分析，使學生最終構建出正確的遺傳圖解。

3.3.3 引導學生分析出驗證步驟

首先，教師要引導學生分析出驗證的方向，可設計問題：①孟德爾提出的三個問題主要與哪些個體有關？②這些個體之間聯系的紐帶是什么細胞？③要驗證解釋是否正確，驗證的關鍵是什么？學生可得出：F1與F2聯系的紐帶是F1所產生的配子，要驗證針對這兩個問題的解釋是否正確，驗證的關鍵是F1產生的配子是否是假說中的D∶d為1∶1。

教師提出進一步探究的問題：有哪些方法可驗證F1產生配子的種類和比例呢？水稻非糯性和糯性花粉中所含淀粉類型以及遇碘液后分別被染為藍黑色和橙紅色。現在用純種的非糯性水稻和糯性水稻雜交，如何證明F1產生的花粉為1∶1的兩種類型？學生通過分析，可得出：取F1的花粉加碘染色，在顯微鏡下觀察，可觀察到半數花粉呈藍黑色，半數呈橙紅色，從而得出F1產生的花粉為1∶1的兩種類型。

為了引導學生分析出測交實驗，教師需要繼續創設問題情境：上述方法針對的是特殊花粉的顯色反應，而對于大多數植物的花粉而言，卻沒有這種特點，如豌豆。那么，如何檢測呢？學生對此可能難以明晰，教師可進一步啟發學生：可通過觀察子代的性狀分離比，推測出親本所產生配子的種類和比例。教學實踐表明，學生很難直接分析出與F1雜交個體的基因型，教師可提供Dd×Dd、Dd×DD、Dd×dd3種雜交方式，以供學生展開判斷、說明緣由，從而最終確定測交實驗。

要證明孟德爾的解釋是正確的，需要將理論與實驗結果進行比較，教師可追問：理論和實驗的結果分別是什么？學生通過演繹推理，可知，測交實驗結果理論上應該是高莖∶矮莖為1∶1，實驗結果實際值為高莖∶矮莖為30∶34，約為1∶1，說明理論與實踐相吻合，從而證明孟德爾的假說是正確的。

設計意圖：通過孟德爾所提出的問題與相關個體的關聯，教師引導學生明確實驗驗證的方向，進而組織學生設計出測交實驗。

3.3.4 在演繹推理和實驗驗證的基礎上，引導學生得出結論

教師提出問題：請閱讀分離定律的內容，該定律是研究什么分離的規律？根據孟德爾的雜交實驗，該定律發生于什么過程中？學生經過思考，可明確是控制一對相對性狀的一對遺傳因子分離的規律，發生在雜合子F1產生配子的過程中。

設計意圖：該問題的解決有利于消除學生誤認為分離定律即為性狀分離的規律，為進行分離定律的適用范圍及本質的教學奠定了基礎。

3.4 假說—演繹法的各步驟所包含的內容的歸納

最終，教師引導學生歸納出假說-演繹法的步驟——觀察實驗、提出問題，提出解釋問題的假說，演繹推理、實驗驗證，得出結論，并要求學生歸納出每個步驟包含的具體內容。

設計意圖：該環節有助于學生從整體上把握假說-演繹法的完整步驟，提升學生邏輯思維能力。

4 教學反思

本節教學內容邏輯性較強，特別對于假說-演繹法的理論推理和實驗驗證，學生理解起來具有一定的難度。教師借助于學生已有的知識儲備，引導學生展開分析，根據假說-演繹法的研究思路，借助于學生已掌握的探究實驗的研究過程，開展教學。在完成教學流程之后，教師再引導學生分析假說-演繹法研究步驟及相關內容的歸納，從而有利于學生形成完整的知識鏈。