殷晓悦 严重威

(上海市天山中学 200336)

随着上海市二期课改的深入发展，科学思维方法的教学显得越来越重要。实践表明加强科学思维方法在课堂教学中的比重，能够有效提高学生的学习兴趣，减轻学生的过重负担，提高学生科学素养。现以上海科技版高中生命科学教材“基因的分离定律”一节的教学为例，说明深入挖掘科学思维方法的教学。本节课是学生初次接触遗传学研究，新概念多，研究方法新，故而多数教师采用“讲解说明”的教学方法。学生边听、边读、边思考。学生的表现仍是比较被动的接受。如果要促进学生的自主思维，教师应当鼓励学生摆脱对教材的依赖，然后组织学生像孟德尔那样思考分离现象，探究其规律，让学生在自己的思维与科学事实、孟德尔思维的碰撞对比中，学习科学思维方法，感悟科学家的思维品质，更好地理解分离规律的实质。具体课堂教学可以从以下几个方面深入：

1 重视操作性知识的介绍，体会科学研究的一丝不苟

只有学生坚信实验操作严谨可靠，才能在此感性认识的基础上进行理性的思考。由于学生缺少杂交操作的常识，故而有两点必须讲清：一是所选相对性状均能用肉眼明显地加以区分。例如，高茎豌豆的株高为1.2 m～1.6 m，而矮茎豌豆的株高在0.5 m以下，没有中间性状，便于简易判断与记录。这是孟德尔将34个豌豆品种试种两年后精选出来的。二是孟德尔选用豌豆作为实验材料。当时豌豆的培育和人工选择在欧洲成为热点，许多科研工作者做了大量的杂交实验，因此豌豆是一种被了解得非常清楚的实验材料。从可操作性的角度来说，豌豆有三大好处：首先，豌豆花大，便于操作。在花未成熟时去雄，套袋，按选择的亲本进行授粉操作，再套袋并做记录，使学生深信产生的F1是杂交的结果；其次，豌豆结实率高，产生种子多，便于统计；再次，豌豆是严格的自花传粉植物，因此有性繁殖容易受到控制，又省去了F1自交的操作。从经典的遗传研究考虑，亲本必须是纯种，而只有长期自交而不发生分离的个体才符合这个条件。生物学研究史证明实验材料的选取是遗传研究成功的关键之一[1]。凭着敏锐的直觉，孟德尔选对了材料。

2 大胆猜想，在猜想与实验结果的碰撞中激发兴趣，理解概念

思考后的猜想是一种直觉思维，是建立在原有知识、能力、心理、经验等基础上短时间内的整体显示，是介于形象思维和逻辑思维之间的思维，是创造性思维的雏形。本节课需要学生对F1和F2的表现发挥猜想：

教师告知学生父本和母本的性状后，要求学生猜想子代F1的花色。大多数学生猜测既有紫花又有白花，甚至有学生认为子代花红白相间。学生的理由是：F1像父母！当教师告知F1只有一种颜色时，多数学生转向淡紫色，理由是：父母的颜色调和成中间色。当他们看到实验结果“F1植株全部开紫花”时，非常惊奇，急于知道原因。教师要求学生自己找原因：是由于种子长在紫花母本中发育造成的吗？如何证明该假设？用白花植株作母本与紫花父本杂交。根据原来的推测，F1应全为白花豌豆，但结果F1仍全为紫花豌豆，从而否定了母本影响的假设。当学生接受科学事实，即F1只能全部表现为紫花时，教师才给出显性性状和隐性性状的概念。此时提出概念才能正确定义并强化记忆。经过正交和反交的验证，学生才彻底信服显隐性的存在，但内心对此解释并不满足。

对于F2表现的推测，大多数学生理直气壮地猜紫花豌豆，理由是：紫花与白花杂交后代是紫花豌豆，那么紫花与紫花杂交，后代更应为紫花，紫花是显性性状。教师告知实验结果：F2中出现了白花植株，且有224株之多，紫花豌豆也不过705株。学生又一次感到非常惊奇：显性的紫花双亲竟然生出了隐性的白花后代！教师在此时提出“性状分离”概念，会给学生留下深刻的印象。

3 注意概率统计，培养思维的严谨性

F2紫花植株和白花植株两者的数量比是3.15∶1，轻易估读为3∶1不严谨。孟德尔对7对相对性状杂交结果连续追踪多代，经过200多次杂交试验，观察植物27225株，得到了“孟德尔豌豆试验的结果”(见教材)，学生看到那么多的实验结果才比较信服地承认F2代的分离比为3∶1。对此教师尚可以深入挖掘。事实上，教材的表8-1中显示的数量比，都与3∶1有或大或小的差距，这些差距是如何形成的？教师要求学生从7组数据中找出两个与“3∶1”差距最大和两个差距最小的例子进行分析。差距大的是豆荚颜色(2.82∶1，仅统计580株)和植株高度(2.84∶1， 仅统计1064株)，差距小的是子叶颜色(3.01∶1，共统计8023粒)和种子形状(2.96∶1，共统计7324粒)。学生自然发现：一般情况下，F2代统计的样本数量越小与“3∶1”的差距就越大，即误差是子代统计数量不够引起的。这与概率的特点相符，即“随着试验次数的增加，该事件发生的频率会稳定在某个常数上”，这里即为3∶1。这时才达到概率统计教学的要求，才能让学生理解运用数学方法处理实验数据的严谨性。

4 站在历史唯物主义角度，抓住问题本质进行假设

“孟德尔分离现象的假设”教学中有两个困难：一是给人印象深刻的3∶1为什么没进入假设？这个困难较易解决：不同亲本杂交结果不同，“分离比”只是现象而不是本质，而假设是要抓住本质的。二是为什么在假设中提遗传因子及其行为？如果直接把“假设”告知学生，学生会因为符合基因的概念和减数分裂中染色体行为，很容易接受。因此，多数教师都走这条捷径。但这并不是孟德尔的想法，因为当时尚未发现减数分裂和基因。这样教学还会产生一种副作用：对于这一超时代的思维，学生会认为是“理所当然”，产生“换我也行”的自大心理！因此，教师在教学时应站在孟德尔的时代背景下，讲解他的所思所想，这才是历史唯物主义的态度。

在猜想F1的性状时，多数学生认为F1是紫色和白色调和后产生的淡紫色。这种假设就是融合遗传，是当时生物界的主流思想。孟德尔当然知道。但F1全为紫花豌豆，而且与亲本一样紫，说明不是融合！而白色性状消失一段时间后，又在F2中重新出现，且仍然白得那么纯净，丝毫没有受到紫色的玷污！孟德尔因此推断F1中控制白色性状的物质并没有消失，仍独立地存在着，丝毫不受紫色性状的影响，只是没被表现出来而已。所以，它不是一种可调和的物质，而是一种独立存在的结构——遗传因子！遗传因子决定性状。大量事实否定了融合遗传，孟德尔坚定地提出了“颗粒遗传”——遗传因子假说。这在当时是反潮流、反权威的，因而埋没了几十年。

在F1细胞内，紫色和白色遗传因子同时存在，因此孟德尔假设“生物体的遗传性状是由成对的遗传因子决定的”。当时科学界已经知道雌雄配子结合形成的受精卵发育成后代，所以孟德尔推测配子中只有成对遗传因子中的一个，受精作用使成对的遗传因子在子代中恢复成对存在，因此假设“在形成配子时，成对的遗传因子彼此分开，分别进入不同配子中去…”。配子的种类和比例一旦确定，则父本配子和母本配子受精机会相等，随机结合产生的后代的性状及比例也就确定，所以关键是配子形成时遗传因子分配的机制，假设正是抓住了这个“关键”。

5 “测交验证”应针对“假设”进行实验设计

验证实验是用于检验“假设”是否正确，所以“验证实验”应当针对“假设”进行设计，看假设中预测的实验结果是否与事实相吻合。多数教师在课堂教学中重视后者，而忽视前者。教师直接告知学生用F1与隐性亲本杂交(即测交)即可。如要加强思维方法的训练，就要补上这一课。按孟德尔假设，F1基因型为Aa，能形成等量的两种配子，即A和a，因而只需证明两种配子是等量的即可。配子只有受精后才能发育表现出性状，所以问题变成给F1的配子配什么遗传因子的配子，才能表现出配子的A性状和a性状？A配子不论配A还是a配子都表现为A性状，而a配子只有配a配子才能表现出隐性性状。学生自然会意识到F1只有与aa个体杂交才能表现出配子的种类和比例。而这个aa就存在于亲代中，于是学生得出：“杂种子一代与隐性亲本杂交”能测出未知F1的基因型，故而称为“测交”。

6 运用分析、归纳、演绎等方法，形成概念的网络结构

众多遗传学概念在本节内容中密集出现，教师要注意：一是在学生已有充分的感性认识后适时提出概念(如显性性状、性状分离等)；二是尽量分散概念出现的时间(如随着花色遗传研究的过程以及假设过程逐步出现不同概念)或成对地出现概念(如显性性状与隐性性状，显性基因与隐性基因，表现型和基因型，纯合子和杂合子等)；三是注意分析概念间的区别和联系，并归纳为知识的网络结构。本课概念的主线是：染色体上有基因，基因决定遗传性状。由此可以形成知识结构如图1。

图1 概念网络结构