“孟德尔的豌豆杂交实验(一)”一节的探究式教学设计

李 健

(南京师范大学附属中学树人学校 210036)

1 教材分析

“孟德尔豌豆杂交实验(一)”是人教版高中生物学教材《遗传与进化》第一章第一节的内容。本节的重点在于阐明基因的分离定律以及孟德尔的科学方法，难点是阐明基因的分离定律。孟德尔阐明分离定律的过程被称为近代生命科学发展史上的“第一座智力高峰”，其演绎推理背后的思维过程是极有价值的教学素材。教学中应注重引导学生理解孟德尔提出推论的过程，体验科学探究的方法，提高思维能力。在充分把握科学史材料的基础上，将孟德尔在研究过程中所碰到的不能解释的现象、问题逐一呈现给学生，引导他们以自主合作的方式顺着孟德尔的思路发现问题、假设、演绎、提出推论，并设计实验验证推论。

2 教学目标

2.1 知识目标 概述基因分离定律的主要内容。

2.2 能力目标 尝试以假说演绎的方式解释性状分离现象；模拟性状分离现象产生的经过。

2.3 情感态度与价值观目标 体验科学探究的一般过程和方法，激发尊重科学、热爱科学的情感。

3 教学过程

3.1 问题导入，展示孟德尔时代有关遗传的主流观点，激发学生探究欲望 教师展现一家三口的照片，提出：为何子女常能兼具父母的特点呢？接着，简要地介绍孟德尔，展现关于混合遗传的资料：在孟德尔进行豌豆杂交实验之前，普遍认为双亲的遗传物质会在子代体内混合，使子代表现出介乎双亲之间的性质，这样的遗传称为混合遗传。教师设疑：那么这种观点正确吗？

3.2 引导学生分析实验现象,做出合理推论 分离定律揭示过程中最有价值之处在于孟德尔在假说演绎过程中做出推论的过程。教师课前收集孟德尔的论文和书信，按学生的认知规律，对其中相关内容进行了处理，在课堂上引导学生循着孟德尔的思维过程做出推论，体验孟德尔假说演绎的过程。

3.2.1 推论1：控制遗传性状的物质不融合，不消失，独立存在 教师介绍豌豆是自花传粉和闭花授粉植物，只有进行人工处理，才能完成豌豆杂交。然后展示纯种高茎和矮茎豌豆进行杂交，F1代出现的后代全是高茎。由此让学生发现混合遗传理论可能有问题。接着，展示F1自交所产生的F2中高茎和矮茎的数量接近3∶1。由此提出：控制性状的遗传物质在由亲代传递给子代的过程中是否融合？有没有消失？能否用混合遗传的理论去解释性状分离现象？ 引导学生推论：控制性状的遗传物质不消失、不融合，是独立存在的。

3.2.2 推论2:遗传因子成对存在 教师继续提出：孟德尔称控制性状的遗传物质为遗传因子，他用A表示控制高茎的遗传因子，用a表示控制矮茎的遗传因子。接着，引导学生观察F2中出现矮茎的植株，提出：既然出现了矮茎这样的性状，那么证明此豌豆中肯定含有哪一种遗传因子？引导学生答出矮茎豌豆中含有a，F2高茎豌豆和F1中肯定含有A。然后设疑：F2矮茎豌豆中的a是谁传递给它的？引导学生得出，在F1豌豆中至少含有一个A和a。然后引出显性性状和隐性性状的概念，同时得出推论：遗传因子至少是成对存在的，那么从最简单的组合出发，矮茎的遗传因子组成是aa。接着，教师设疑：那么在F2的高茎豌豆中，其遗传因子的组成是怎样的呢？(在F2代高茎豌豆中，其遗传因子有可能是AA或者是Aa)可以通过什么方法进行鉴别呢？(让F2代高茎豌豆自交，看F3代中是否出现性状分离)然后向学生展示F2代自交结果：在F2中，有1/3的高茎自交后代全部高茎，另外的2/3的高茎豌豆自交后代出现了高茎：矮茎为3∶1的分离比。由此得出：F2遗传因子组成为AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1。教师再提出：孟德尔正是通过这样的方法初步判断F2代中豌豆的遗传因子的组成(让学生自觉想法与孟德尔的想法不谋而合，提高其学习的积极性)。

3.2.3 推论3：形成配子时，遗传因子分开，分别进入不同配子中，雌雄配子随机结合 教师结合前面的推论提出：在F2代的豌豆中为什么会出现AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1这样的结果呢？然后指出：根据推论，在F2代中具有遗传因子为AA和aa的豌豆，那么大家想一想，杂合子F1在形成配子时，组成其的遗传因子能否全部带入配子中？引导学生根据豌豆须经过精子和卵细胞的结合形成受精卵，再由受精卵发育成个体这一事实推论：在形成配子的时候只有A和a分开进入不同的配子，然后同时与含有A或a的配子结合，才能产生AA和aa这样的遗传因子组成。教师继续设疑：雌雄配子通过什么方式的组合，才有可能出现推论2中出现的AA∶Aa∶aa = 1∶2∶1的结果？引导学生独立思考，并列出可能的组合方式(①随机结合；②A和A结合、a和a结合)，通过演绎法推出按每一种配子结合的方式，F2代可能出现的遗传因子组成，自主总结并得出推论3：形成配子时，遗传因子分开，分别进入不同配子中，雌雄配子随机结合。

3.3 模拟实验，体验推论 教师将全班分为10个小组，每组发2只不透明的布袋子，每只布袋子中装有黑白围棋子各50颗，以此模拟可以产生两种配子的雌雄生殖器官。并规定白棋子代表A，黑棋子代表a，每组派1位组员分别从2只袋子中随机抓取1只棋子组合在一起，由另一位组员统计每次遗传因子组合类型。第1组进行10次这样的模拟，从第2组到第10组依次递增5次增加模拟次数，这样第10组的模拟次数为55次。然后让小组分别汇报本组统计的结果，并将10组的数据汇总。正常情况下，模拟的次数越多，其结果越接近理论值。设置此环节的目的是让学生体会准确的数据统计是建立在足够多的样本容量基础上的。

3.4 设计实验，验证推论 教师提出：如何用实验证明推论是正确的呢？想一想，所做的推论中哪一个推论能直接解释性状分离现象？(推论3即“形成配子时，遗传因子分开，分别进入不同配子中，雌雄配子随机结合”可以直接解释分离现象)然后提出：怎么通过实验去验证这一推论呢？让学生认识验证推论3的关键在于验证F1产生了A和a两种配子，并给出 F1代高茎豌豆、纯合高茎豌豆和纯合矮茎豌豆实验材料，提出：你能否从所给材料中选取一株与F1杂交，利用其后代出现的表现型及其数量比来判断F1产生了几种配子？(即选取F1和纯合矮茎杂交，通过看其后代高茎和矮茎是否为1∶1来判断F1是否产生了两种配子)展示测交的结果：F1和纯合矮茎杂交，其后代高茎：矮茎为1∶1。由此使学生认识测交实验验证F1为杂合子，从而证明推论。最后，让学生归纳总结出分离定律。

4 教学反思

在教学实践中，经常发现很多学生很难把握孟德尔对性状分离现象的解释，进而影响其对分离定律的理解。究其原因，主要是在教学环节中缺乏对孟德尔提出推论背后思考过程的挖掘。因此，本节教学尝试应用科学史的材料，着重引导学生以探究的方式，通过分析实验现象、演绎和推理，以及模拟和设计实验等方式，在充分理解推论提出过程的基础上把握分离定律的含义和实质。由于孟德尔的思维方式的独特性和创造性，本节教学中需要特别注意的是，将科学史材料进行符合中学生物学教学规律的处理，引导学生循着孟德尔的思维方式做出符合当时历史认知水平的推论。