從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的視角例談遺傳學(xué)教學(xué)

王建武 張文英 費(fèi) 楊

（1 長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院 湖北 荊州 434025； 2 長江大學(xué)醫(yī)學(xué)院 湖北 荊州 434023）

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是教育的核心[1]。遺傳學(xué)是生命科學(xué)最重要的分支之一，其教學(xué)內(nèi)容蘊(yùn)含著許多科學(xué)思維的原則和方法。本文以分離定律的教學(xué)為例，將科學(xué)思維能力的培養(yǎng)貫穿于整個教學(xué)過程，使之成為提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑[2]。

1 科學(xué)研究思路

通過復(fù)習(xí)回顧遺傳學(xué)發(fā)展的兩大階段，即經(jīng)典遺傳學(xué)與現(xiàn)代遺傳學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生分析比較二者的研究思路，繼而總結(jié)出經(jīng)典遺傳學(xué)是由表及里的正向遺傳學(xué)研究思路，即通過雜交等手段觀察表型的變化來推知基因的存在和變化。而現(xiàn)代遺傳學(xué)則是由里及表的反向遺傳學(xué)研究思路，即通過DNA 重組等技術(shù)精確改造基因的結(jié)構(gòu)以確定這些變化對表型的直接影響。遺傳學(xué)不斷發(fā)展更新，但經(jīng)典遺傳學(xué)的內(nèi)容更體現(xiàn)研究理念，具有不可替代的方法論指導(dǎo)作用，能夠激發(fā)學(xué)生對經(jīng)典遺傳學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，并確立學(xué)生自主探索分離定律的科學(xué)認(rèn)知路線。

2 科學(xué)研究方法

2.1 簡單原則。教師提問：豌豆植株如此繁多的性狀該如何研究？在學(xué)生積極思考的過程中，教師進(jìn)一步點(diǎn)撥：科學(xué)研究遵從簡單原則，即把復(fù)雜的系統(tǒng)分解為簡單的要素來研究。面對復(fù)雜的自然界，要想認(rèn)識它往往很難下手，但有了簡單性的科學(xué)準(zhǔn)則，就可以避免復(fù)雜信息的干擾，更容易獲得自然的簡單性本質(zhì)。例如，在紅花豌豆和白花豌豆的雜交試驗(yàn)中，我們只注意花色這個性狀的遺傳方式，而不考慮株高等其它性狀。

2.2 差異原則。教師提問：為什么要選擇花色存在差異的紅花豌豆和白花豌豆進(jìn)行雜交試驗(yàn)？教師進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生：科學(xué)研究遵從差異原則，即通過事物間的差異分析尋找其內(nèi)在的聯(lián)系和規(guī)律。這也正是科學(xué)家想方設(shè)法創(chuàng)造各種突變體的緣由所在，通過對野生型與突變體的差異進(jìn)行深入分析研究，有利于挖掘相關(guān)性狀的關(guān)鍵基因及其分子機(jī)理。

2.3 重復(fù)原則。通過圖示豌豆雜交試驗(yàn)過程，引導(dǎo)學(xué)生對觀察到的遺傳現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)：紅花豌豆和白花豌豆雜交，F(xiàn)1只表現(xiàn)出紅花，F(xiàn)2同時表現(xiàn)出紅花和白花，且比例接近3∶1。教師提問：上述試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可靠嗎？怎樣確保其真實(shí)性？教師進(jìn)一步點(diǎn)撥：科學(xué)研究遵從重復(fù)原則，即為了確保科學(xué)事實(shí)并非偶然或巧合，進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)來確認(rèn)事實(shí)的一種科學(xué)研究方法。可具體分為真重復(fù)和準(zhǔn)重復(fù)兩種，前者是對實(shí)驗(yàn)過程和統(tǒng)計測試進(jìn)行重復(fù)，后者則通過改變物種等方式實(shí)現(xiàn)對于實(shí)驗(yàn)假說的重復(fù)檢驗(yàn)[3]。孟德爾在其他6對相對性狀的雜交試驗(yàn)中都獲得同樣的試驗(yàn)結(jié)果，以及利用測交法對遺傳因子假說進(jìn)行驗(yàn)證均是重復(fù)原則在科學(xué)研究中的具體體現(xiàn)。

2.4 假設(shè)—演繹原則。按照經(jīng)典遺傳學(xué)由表及里的認(rèn)知路線，教師提問：決定豌豆花色遺傳現(xiàn)象的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律是什么？教師進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生：探索事物本質(zhì)規(guī)律應(yīng)遵從假設(shè)— 演繹原則，即根據(jù)一般原理，先對被研究對象的性質(zhì)和規(guī)律做出推測，即假說，然后運(yùn)用演繹推理的方法推導(dǎo)出一些具體的結(jié)論，并把這些結(jié)論應(yīng)用于對具體現(xiàn)象的說明和解釋。教師引導(dǎo)學(xué)生推測豌豆花色是由體內(nèi)可遺傳給后代的某種因子決定的，即遺傳因子(基因)。把控制豌豆花色的基因用符號C/c 來表示，用C 表示控制顯性性狀紅花的基因，用c 表示控制隱性性狀白花的基因。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生演繹推理，雙親通過授粉受精將各自的基因C和c 遺傳給了F1，即Cc，由此可推斷出生物體內(nèi)基因是成對存在的，一個來自父本，另一個來自母本。通過對F1表型和基因型的比較分析可推知，顯性基因C與隱性基因c 同時存在時，只有顯性基因C 起作用，這樣就很好地解釋了F1只表現(xiàn)出紅花的遺傳現(xiàn)象。教師繼續(xù)提問：F1消失的白花為何又在F2出現(xiàn)了？教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生演繹推理，F(xiàn)2白花一定是F1產(chǎn)生的雄配子c 和雌配子c 受精結(jié)合成cc 發(fā)育而來，由此可以推斷出F1形成配子時Cc 時要彼此分離，繼而形成C和c 兩種配子。教師進(jìn)一步提問：為什么F2的紅花和白花比例是3∶1？教師鼓勵學(xué)生進(jìn)行大膽的合理假設(shè)，即F1形成的C 和c 兩種配子數(shù)目相同，而且雌雄配子自由結(jié)合。由此假設(shè)即可推理出F2將會產(chǎn)生三種不同比例的基因型，即1CC∶2Cc∶1cc。將基因型比例轉(zhuǎn)換成表型比例即可圓滿解釋F2的紅花和白花比例是3∶1 的遺傳現(xiàn)象。

2.5 深入研究原則。科學(xué)研究是一個從淺層研究到相對深層研究的動態(tài)變化過程。在歸納總結(jié)分離定律內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探索欲望，提問：控制豌豆花色的基因C/c 到底是誰？它又是如何控制豌豆的花色？教師適當(dāng)引入科技文獻(xiàn)研究成果，控制豌豆花色的基因是花青素合成酶基因ANS，其轉(zhuǎn)錄翻譯成花青素合成酶催化無色花色素產(chǎn)生花青素，在花瓣中積累而呈現(xiàn)出紅色，而白花中沒有花青素積累就是缺少該基因的表達(dá)[4]。

3 結(jié)語

本課程教學(xué)是以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的探索欲望，使學(xué)生以發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者的身份重新構(gòu)建知識的理論體系，形成一次對知識和技能綜合應(yīng)用的過程，為深入的專業(yè)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計，筆者所在單位2018 級和2019 級學(xué)生參與課題組科研任務(wù)的人數(shù)比例高達(dá)65%。因此，為了讓學(xué)生更好的融入科研，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力顯得非常重要，需要一線教師不斷地去加強(qiáng)和完善。