基于生物科学史的探究课堂构建

[摘 要]以基因在染色体上的探索历程为主线，引导学生沿着科学发展的脚步，体会类比推理和假说演绎两种科学方法的内涵，体验科学家大胆质疑和勤奋实践的科学精神。

[关键词]生物科学史 基因 染色体 探究 类比推理 假说演绎

《 普通高中生物课程标准》提出：“科学是一个发展的过程，学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，学习科学家献身科学的精神。这对提高学生的科学素养是很有意义的。”课程标准也明确指出，要“注重生物科学史的学习，知道生物科学发展史上的重要事件，养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度”。

《基因在染色体上》是人教版高中生物教材必修2《遗传与进化》第二章《基因和染色体的关系》第二节的内容。本节内容是“总结人类对遗传物质的探索过程”的一部分，教学难点较多[1]，但知识脉络清晰，即科学家萨顿通过类比推理得出基因在染色体上的假说，摩尔根通过假说演绎法证明基因在染色体上，最后运用基因和染色体的知识对孟德尔遗传规律进行现代解释。实际教学中，很多教师认为该课题名称已告诉学生答案，部分知识点可以在“伴性遗传”中渗透，因此，本节教学一句话带过即可，没有必要再进行详细的探究教学，以便节约课时。笔者认为此节内容，既包含探索历程，又渗透类比推理和假说演绎两种科学研究方法，更有科学精神的体现，充分展示了科学发展史多方面的教育价值，是培养学生科学素养和思维能力的绝好素材。因此，笔者对本节课进行了基于科学发展史的探究教学尝试。

一、回顾历史，引入课题

[幻灯片展示]1866年，孟德尔将研究结果整理成，遗憾的是没有引起世人的重视;1891年，科学家描述了形成和卵细胞的减数分裂的全过程;1900年，孟德尔研究成果被重新发现;1903年，美国遗传学家萨顿用蝗虫细胞作材料，研究和卵细胞的形成过程。萨顿发现孟德尔假设的一对遗传因子，也就是等位基因，它们的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。

[引发思考，导入课题]将孟德尔分离定律中的遗传因子换成同源染色体，这个替换有问题吗？引导学生画一对同源染色体（含一对等位基因）的精原细胞减数分裂示意图。

二、列表比较，类比推理

根据学生所绘图示，列表比较减数分裂过程中基因和染色体的行为。学生能够据表推出基因与染色体存在平行关系，从而提出与萨顿假说相似的观点。教师积极肯定学生的结论，使之体验成功的喜悦，再以此介绍类比推理法，强调类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要观察和实验的检验，从而引出基因在染色体上的实验证据。

三、大胆猜想，假说演绎

美国生物学家、遗传学巨人摩尔根曾经明确表示不相信孟德尔的遗传理论，对萨顿的基因位于染色体上的学说持怀疑态度，认为这是主观的臆测，缺少实验证据。为探究遗传和染色体的关系，摩尔根设计了一个新的实验。摩尔根敢于质疑的态度，激发了学生的求知欲望。学生们很想知道摩尔根实验结果是肯定还是否定了孟德尔和萨顿的结论。接下来，让学生带着好奇心阅读教材“基因位于染色体的实验证据”，多媒体设置问题串，以层层递进、环环相扣的问题，引导学生思考、归纳、探究、总结。

（一）实验材料

实验材料的选择，是实验能否成功的关键。摩尔根选用什么材料做实验？原因有哪些？结合孟德尔的豌豆杂交实验，总结如何选择遗传学实验材料。

（二）假说演绎

1.观察现象：根据教材果蝇杂交实验图解，分析红眼和白眼这一对相对性状显隐性关系如何？是否符合孟德尔遗传规律？与孟德尔一对相对性状的杂交实验相比，不同之处在于什么？

2.提出问题：为什么此实验中白眼果蝇都是雄性？如何解释？幻灯片呈现雌雄果蝇体细胞的染色体图解，教师解释常染色体、性染色体概念，介绍雌、雄果蝇性染色体组成。

3.作出假设：如果你是摩尔根，发现白眼的遗传和性别相联系，你认为控制白眼的基因位于哪条性染色体上？课堂教学中大多数学生的假设是控制白眼的基因位于Y染色体上，因为白眼果蝇都是雄性;少数学生的假设是位于X染色体上。两种观点的学生进行辩论，通过辩论，学生发现如果白眼基因位于Y染色体上，F1代雄性果蝇必然从亲本白眼雄性果蝇中继承Y染色体，应为白眼，而事实却全部为红眼，从而得出控制白眼的基因位于X染色体上的假设比较合理。引导学生写出亲本中红眼雌性果蝇和白眼雄性果蝇的基因型，并写出完整的遗传图解。教学中发现，很多学生对亲本中红眼雌性果蝇的基因型不确定，认为可能是XWXW或XWXW。以此为契机，让学生猜测摩尔根偶然在一群红眼果蝇中 发现了一只白眼果蝇，此白眼果蝇是变异还是杂交导致？展开辩论，辩论的结果应为变异，因为如果是杂交产生的，此白眼果蝇在数量上应该不止一只，因此原本的红眼雌性果蝇应都为纯合体XWXW。

4.进行验证：需要设计一个测交实验来验证你的假说吗？如果需要，如何设计？引导学生写出测交亲本的基因型和遗传图解。

5.得出结论：通过测交等方法，摩尔根等人进一步验证了控制果蝇红眼白眼的基因位于X染色体上，从而用实验证明了基因在染色体上。

通过果蝇的红眼、白眼这一对相对性状的实验，摩尔根不但没有孟德尔的实验结论，反而成为其坚定的拥护者。纵观摩尔根的整个实验流程，不难发现他所用的正是孟德尔的假说演绎法。当然，摩尔根敢于怀疑、勤奋实践的科学精神是值得肯定和赞赏的，他用果蝇继续进行了大量的实验，绘出了第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置的图，说明基因在染色体上呈线性排列，并发现了遗传学的第三定律，成为第一个以遗传学领域的贡献获得诺贝尔奖的科学家。接下来，教师介绍现代分子生物学技术将基因定位于染色体上的研究成果，学生进一步认同基因在染色体上呈线性排列，肯定摩尔根的研究成果。

四、动手画图，尝试解释

在《孟德尔遗传规律的现代解释》的教学中，学生对基因分离定律实质很容易理解，对同源染色体上的非等位基因和非同源染色体上的非等位基因在减数分裂过程中的行为区别却不甚了解。为此，可要求学生画出一对同源染色体（其上有两对等位基因）、两对同源染色体（其上各有一对等位基因）精原细胞减数分裂示意图，思考是否所有的非等位基因都遵循孟德尔的自由组合定律。让学生通过自己动手画图，体会基因自由组合定律的实质。

很多生物教学者都有这样的困惑：学生踏入社会，如果不再从事与生物相关的工作，对于呼吸作用、减数分裂等高中生物重难点知识还能记住多少？踏入社会的学生也许不会再记住多少生物学知识，但是像道尔顿发现红绿色盲等生物学故事或者像孟德尔、达尔文等生物学巨人的名字却会长久留存在记忆里。因此，生物教学不应单单是知识的结论式的教学，更应是过程的教育、情感的渗透、科学思维的内化。基于科学发展史的教育功能就恰恰体现了过程的教育，教学的目的不仅是“基因在染色体上”这一句话，更是类比推理、假说演绎等科学方法的培养，也是科学家大胆质疑和勤奋实践的科学精神、科学态度和科学的世界观的体验。当然，在高中生物教学中，一方面需要我们充分挖掘和落实科学发展史的教育功能[2];另一方面，也需要我们依据教学目标、教学重难点、学生的思维能力、教学课时等因素，设计教学过程，化解教学难点，做到真正行之有效地教学。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书生物2遗传与进化教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2012：56-57.

[2]林祖荣.基于生物科学史的生物课堂教学[J].网络科技时代・新课程实践，2007（21）：38-41.