“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”一節(jié)的教學(xué)建議

方自超

［摘 要］在分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況的基礎(chǔ)上剖析“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”一節(jié)中概念間的邏輯關(guān)系，建構(gòu)概念模型來指導(dǎo)教師用好教材、教好教材，走出概念教學(xué)的誤區(qū)，助力學(xué)生深度理解和應(yīng)用生物學(xué)概念，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］孟德爾；豌豆雜交實驗；教學(xué)建議；概念模型；核心素養(yǎng)

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）23-0082-04

一、教材分析

“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”是人教版（2019）高中生物學(xué)教材必修2第1章第1節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)涉及了大量的遺傳學(xué)基本概念，若教師教學(xué)中沒有剖析好這些概念間的邏輯關(guān)系，學(xué)生很容易混淆，以及對所學(xué)內(nèi)容的主次把握不準(zhǔn)，從而對遺傳學(xué)知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難情緒。

二、內(nèi)容剖析

本節(jié)共包含五部分內(nèi)容，不同內(nèi)容之間既相對獨(dú)立又環(huán)環(huán)相扣。下面筆者對各部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)誤區(qū)、教學(xué)建議和概念模型進(jìn)行分析。

（一）豌豆用作遺傳實驗材料的優(yōu)點

1.學(xué)習(xí)情況

在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時，學(xué)生容易認(rèn)為豌豆用作遺傳實驗材料的優(yōu)點只是它具有自花傳粉的特點，既沒有結(jié)合閉花受粉的特點深度思考豌豆在自然狀態(tài)下一般是純種的原因，也沒有理解純種的意義在于用其進(jìn)行雜交實驗時結(jié)果既可靠又容易分析，還弱化了“豌豆具有易于區(qū)分的性狀，有利于實驗結(jié)果的觀察和分析”這一優(yōu)點。學(xué)生的學(xué)習(xí)重點常偏向?qū)ψ曰▊鞣邸㈤]花受粉、相對性狀等概念的理解與記憶，不會應(yīng)用這些概念解釋豌豆適宜用作遺傳實驗材料的原因。另外，分析人工異花傳粉的圖解時只注重操作過程、父本、母本、正交、反交等的學(xué)習(xí)，忽略了對“雜交”一詞的深度理解。

2.教學(xué)建議

本節(jié)開篇講述了孟德爾利用豌豆、山柳菊、玉米等多種植物進(jìn)行雜交實驗，其中豌豆的雜交實驗非常成功，孟德爾通過分析豌豆雜交實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了生物遺傳的規(guī)律，意在引導(dǎo)學(xué)生思考為何山柳菊、玉米等多種植物的雜交實驗不易成功，豌豆與這些植物相比有何優(yōu)點。教材旁欄相關(guān)信息中已提示玉米為雌雄同株的單性花植物，也能進(jìn)行自花傳粉。因此，可通過比較玉米和豌豆的花的結(jié)構(gòu)及兩者的受粉情況，讓學(xué)生理解豌豆因具有自花傳粉且閉花受粉的特點而能有效避免外來花粉的干擾，使得豌豆在自然狀態(tài)下一般都是純種（這是豌豆用作遺傳實驗材料的優(yōu)點之一）。在此基礎(chǔ)上，再適當(dāng)結(jié)合材料拓展兩性花、單性花、雌雄同株、雌雄異株等內(nèi)容，為本模塊后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

教材圖1-2“豌豆的7對相對性狀示意圖”展示了豌豆的7對相對性狀，正文還列舉了豌豆高莖植株的高度數(shù)據(jù)（高度1.5～2.0 m）和矮莖植株的高度數(shù)據(jù)（高度0.3 m左右），使學(xué)生能直觀感受豌豆植株具有易于區(qū)分的性狀，并體會到用豌豆做雜交實驗時很容易統(tǒng)計子代的性狀表現(xiàn)（這是豌豆用作遺傳實驗材料的優(yōu)點之二）。

此外，教材圖1-1“人工異花傳粉示意圖”是對正文中“用豌豆做人工雜交實驗”的圖注，此處應(yīng)著重解釋“雜交”的含義，再結(jié)合豌豆受粉的特點解釋人工異花傳粉的過程以及父本、母本、正交、反交等概念，同時聯(lián)系本模塊“科學(xué)家訪談”欄目中介紹的“野敗”的優(yōu)點，適當(dāng)拓展豌豆花大、子代數(shù)量多等其他優(yōu)點，從而構(gòu)建完整的“豌豆用作遺傳實驗材料的優(yōu)點”的概念模型（見圖1）。

（二）一對相對性狀的雜交實驗

1.學(xué)習(xí)情況

該部分內(nèi)容涉及了大量的概念和符號，如顯性性狀、隱性性狀、性狀分離、性狀分離比、P、F、×等，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠注重對這些概念和符號的理解，但不會利用這些概念和符號來描述一對相對性狀的雜交實驗過程和結(jié)果，同時也不能正確認(rèn)識在分析實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上提出問題的重要性，導(dǎo)致假說演繹法的學(xué)習(xí)脫節(jié)。

2.教學(xué)建議

教材表1-1“孟德爾豌豆雜交實驗的結(jié)果”展示了孟德爾分別利用豌豆的7對相對性狀進(jìn)行雜交實驗的結(jié)果，教材圖1-3“高莖豌豆和矮莖豌豆的雜交實驗示意圖”及正文部分以豌豆的高莖和矮莖性狀為例，詳細(xì)介紹了一對相對性狀的雜交實驗的過程及結(jié)果。值得注意的是，在對實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析的過程中，孟德爾引入了“顯性性狀”“隱性性狀”“性狀分離”“性狀分離比”等概念，這些概念都是為了描述雜交實驗過程及結(jié)果而產(chǎn)生的。因此，如圖2所示，在該部分的教學(xué)中，教師不僅要讓學(xué)生理解上述概念的含義，還要讓學(xué)生能夠利用這些概念描述某一對相對性狀的雜交實驗過程及結(jié)果，而不是僅僅會描述高莖豌豆和矮莖豌豆的雜交實驗現(xiàn)象。另外，教師要啟發(fā)學(xué)生在分析實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上提出問題，如一對相對性狀的雜交實驗中為什么F1都表現(xiàn)為顯性性狀，而F2則出現(xiàn)了3∶1的性狀分離比？

（三）對分離現(xiàn)象的解釋

1.學(xué)習(xí)情況

在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時，學(xué)生不能很好地將假說的文字介紹、分析圖解和性狀分離比的模擬實驗三塊內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行分析，甚至把三塊內(nèi)容剝離開來單獨(dú)學(xué)習(xí)，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確理解假說是如何解釋一對相對性狀的雜交實驗結(jié)果的，更不能深入體會該假說是孟德爾超越自己所處時代的一種非凡的設(shè)想。另外，在性狀分離比的模擬實驗中，學(xué)生容易誤認(rèn)為出現(xiàn)性狀分離比的本質(zhì)原因是雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合。

2.教學(xué)建議

教材圖1-4“高莖豌豆與矮莖豌豆雜交實驗的分析圖解”是對正文中“假說”內(nèi)容的圖注，也是我們通常所說的遺傳圖解。因此，在教學(xué)中教師應(yīng)同時明確將4個假說的文字介紹逐一轉(zhuǎn)化為遺傳圖解，分步呈現(xiàn)出遺傳圖解的生成過程，完成假說和遺傳圖解的文圖轉(zhuǎn)換（見圖3），讓學(xué)生準(zhǔn)確理解4個假說是如何解釋一對相對性狀的雜交實驗的結(jié)果的，這對學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)遺傳圖解的書寫有很大幫助。

在4個假說中，最核心的假說是“生物體在形成生殖細(xì)胞——配子時，成對的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子。配子中只含有每對遺傳因子中的一個”。在教學(xué)中教師不僅要依據(jù)假說和遺傳圖解解釋配子形成過程中遺傳因子的分離，還要利用好性狀分離比的模擬實驗，通過改變每個小桶中兩種小球的數(shù)量，讓學(xué)生理解在形成配子時遺傳因子的分離是導(dǎo)致出現(xiàn)性狀分離比的本質(zhì)原因，即F1（Dd）產(chǎn)生的比例相同的兩種配子（D∶d=1∶1）決定了F2出現(xiàn)3∶1的性狀分離比，同時也讓學(xué)生理解配子的隨機(jī)結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，從而理解孟德爾的假說。

（四）對分離現(xiàn)象解釋的驗證

1.學(xué)習(xí)情況

對分離現(xiàn)象解釋的驗證就是要測試F1（Dd）是否產(chǎn)生了兩種配子（D∶d=1∶1），包括演繹推理和實驗驗證兩個步驟，其中演繹推理還包括設(shè)計測交實驗和對測交實驗結(jié)果的預(yù)測。學(xué)生在學(xué)習(xí)時不易理解為何把Dd×dd叫“測交”，也不知道測的是什么，是如何設(shè)計出來的，容易混淆假說演繹法中“演繹推理”和“實驗驗證”這兩個步驟。

2.教學(xué)建議

在解釋F2為何出現(xiàn)3∶1的性狀分離比時，假說的核心是F1（Dd）產(chǎn)生了兩種配子（D∶d=1∶1），如果這個假說正確，還應(yīng)能夠利用這個假說預(yù)測另外一些實驗的結(jié)果，從而證實F1確實產(chǎn)生了兩種配子且比例為1∶1。因此，教師可先通過問題串引導(dǎo)學(xué)生思考測交實驗的設(shè)計由路，即讓F1與隱性純合子雜交，從而測試F1是否產(chǎn)生了兩種配子且比例為1∶1；再根據(jù)設(shè)計的測交實驗及孟德爾的假說，寫出Dd×dd的分析圖解，推測出測交后代中高莖植株與矮莖植株的數(shù)量比是1∶1，讓學(xué)生體驗演繹推理的過程；最后利用性狀分離比的模擬實驗得出測交實驗的實際結(jié)果（見圖4），讓學(xué)生體驗實驗驗證的過程，同時明確演繹推理包括設(shè)計測交實驗和預(yù)測實驗結(jié)果，而實驗驗證是進(jìn)行測交實驗并將得到的結(jié)果與演繹推理的結(jié)果進(jìn)行比較。

（五）分離定律

1.? 學(xué)習(xí)情況

在學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時，學(xué)生易把分離定律和性狀分離兩個概念相混淆，不會聯(lián)系假說和遺傳圖解理解分離定律的實質(zhì)，不能很好地運(yùn)用分離定律解釋或解決生產(chǎn)生活中的實際問題。

2.教學(xué)建議

在解釋分離定律內(nèi)容時，教師應(yīng)將其與教材的假說內(nèi)容進(jìn)行比較，讓學(xué)生明白“一種假說最終被接受或否定，取決于它是否能與以后不斷得到的觀察和實驗結(jié)果相吻合”。同時，教師可將分離定律與教材中的三個遺傳圖解進(jìn)行比較，找到圖解中分離的是什么，什么時候分離，讓學(xué)生進(jìn)一步理解分離定律發(fā)生在生物體形成配子的過程中，明確分離定律與性狀分離的區(qū)別。最后，利用教材“思維訓(xùn)練”中的實驗設(shè)計方案，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分離定律解決生產(chǎn)生活中的實際問題。“分離定律”的概念模型如圖5所示。

三、本節(jié)課主要概念的邏輯結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行本節(jié)課的教學(xué)時，教師應(yīng)以高莖豌豆和矮莖豌豆的雜交實驗為基礎(chǔ)，以假說演繹法的基本步驟為主線貫穿整節(jié)課的教學(xué)，同時利用教材的插圖及資料建構(gòu)好各部分內(nèi)容的概念邏輯關(guān)系，設(shè)計出符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的概念進(jìn)階路徑，讓學(xué)生能夠明確學(xué)習(xí)的重點和主線，厘清概念間的邏輯關(guān)系，從而更好地發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。本節(jié)課內(nèi)容的概念模型如圖6所示。

綜上可知，在教學(xué)中教師都應(yīng)準(zhǔn)確剖析大概念、重要概念、次位概念，梳理生物學(xué)事實之間的邏輯結(jié)構(gòu)，并依據(jù)生物學(xué)事實之間的邏輯結(jié)構(gòu)和學(xué)生的學(xué)情，設(shè)計符合概念進(jìn)階要求的教學(xué)過程，從而促進(jìn)學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 人民教育出版社，課程教材研究所，生物課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書 生物學(xué) 必修2 遺傳與進(jìn)化［M］.北京：人民教育出版社，2019.

（責(zé)任編輯 黃春香）