HPS教学理论下的教学设计

李建平+邹瑜

摘 要 尝试以HPS教学理论为指导，进行《孟德尔豌豆杂交实验（一）》的教学设计。在设计的过程中，以“融合遗传”理论、“遗传因子”理论的历史变迁为主线，以“假设—演绎”法为组织学习材料的框架，以建构主义心理学作为选择学习经验、设置问题的依据。

关键词 HPS教学理论 分离定律 教学设计

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 理论依据

教学理论：HPS教学理论强调将科学史和科学哲学引入到科学教育中，可以有效地提高学生的科学素养，从而达到科学教育的核心目的。

学习理论：建构主义学习理论认为，知识是学生在已有经验的基础上主动建构起来的，而不是教师强加给学生的。因此，在进行教学设计时，教师应思考：为使学生达到目标状态，应该选择什么样的已有经验作为学习的起点。

2 教材分析

从知识与技能的角度看，本节内容初次提出遗传因子的概念，而后继章节分别介绍了遗传因子的传递（第一、二章）、本质（第三章）、功能（第四章）、变异（第五、六章）、进化（第七章），因此，扎实掌握本节内容对必修2的学习至关重要。从过程与方法的角度看，本节内容正式提出了“假设—演绎”法的概念，而且遗传因子理论的形成过程就是反复使用“假设—演绎”法解决问题的过程，因此，学好本节内容能帮学生扎实地掌握“假设—演绎”法。

3 学情分析

本节要求记忆的知识不多，但是涉及的问题、理论都非常抽象，学生难于理解，为此，笔者从学生已有经验出发，举例子、作类比，从而促进学生的理解。在进行探究的过程中，对提出问题的能力、分析解决问题的能力、逻辑推理能力、提出创造性假设的能力、设计实验的能力都有较高的要求，而高一年级的学生，这些能力有所欠缺。因此，笔者将问题分解为多个具体的子问题，从而建立起学习的支架，引导学生一步步解决这些子问题，最终完成探究活动。

4 教学目标

知识目标：

能描述出一对相对性状杂交实验的过程；能陈述出孟德尔分离定律的主要内容；能利用分离定律解释分离现象。

能力目标：针对新的现象和对已有理论的矛盾提出新的问题；利用“假设—演绎”法解决提出的问题。

情感、态度与价值观目标：养成批判怀疑、求实严谨的科学精神。

5 教学重难点

重点：孟德尔“遗传因子理论”的建立、验证。

难点：“胚芽”控制性状的学说、对F2分离比的分析与解释

6 教学策略分析

教学策略分析见表1。

7 教学过程

7.1 创设问题情境

教师提出问题：从前有一枝红花紫茉莉与一支白花紫茉莉“结婚”后不久“怀孕”了，请你们猜猜他们的“小孩”是什么颜色呢？

学生活动：思考、讨论，进入学习情境。

教师讲解：正确的结果是粉色。这类似于美术中的红色颜料+白色颜料→粉色颜料。

7.2 达尔文“融合遗传理论”的建立

教师：古希腊医生希波克拉底认为生物体是由一种叫“胚芽”的物质发育而来，不同“胚芽”可以发育为不同结构。例如，红花的“胚芽”可以发育为红花，绿叶的“胚芽”可以发育为绿叶。因此，可以把“胚芽”理解为微缩的身体部件，即种子（受精卵）中含有所有的部件。生长发育仅仅是部件变大。亲代的“胚芽”可以通过生殖细胞传递给子代，因此子代有着与亲代相似的性状。请根据上述资料，解释为什么红花和白花的后代是粉花？

设计意图：引导学生在运用胚芽说、颜料融合现象解释粉花形成时，对胚芽说进行发展，形成达尔文的融合遗传理论。

学生回答后，教师补充：达尔文也对此类现象进行了解释。他认为来自亲代的“红胚芽”与“白胚芽”就像颜料一样发生融合，形成中间特征的“粉胚芽”，最终发育为粉色花。

7.3 达尔文“融合遗传理论”的反驳

教师提出问题：你认为达尔文的观点正确吗？你作出这个判断的依据是什么？

设计意图：引导学生以批判性的眼光来看待理论，找出生活中的反例，并引出孟德尔的实验。

学生回答问题后，教师补充：孟德尔也对达尔文的观点提出了质疑，因此他决定通过实验来进行判断，他选择了豌豆来进行杂交实验。通过豌豆杂交实验实验，他发现：P：高×矮→F1：高。这明显不符合达尔文的观点。

7.4 孟德尔“遗传因子理论”的建立

教师：由上述实验结果可知，亲代将胚芽传递给子代时没有发生融合。而F1全为高茎，请你针对这个矛盾提出问题并设计实验解决提出的问题。

设计意图：引导学生针对实验现象与理论的矛盾提出科学的问题。

学生回答后，教师讲解：F1全为高茎，是否说明发育为F1的受精卵中没有“矮胚芽”呢？假设F1中没有“矮胚芽”，如果让F1自交，则其后代应该全部为高。孟德尔也进行了相同的思考，他让F1自交得到F2，结果发现F2中既有高又有矮，且比例为3：1（这一现象称为性状分离）。

教师要求学生根据上述思考及实验结果，对融合遗传理论进行修正。

设计意图：引导学生根据新的实验证据批判原有理论的合理性、并能根据新的证据修正原有理论形成新的理论。

学生陈述自己对达尔文理论的修正后，教师补充：这说明F1中既有“高胚芽”又有“矮胚芽”，两者并没有融合，而是独立存在的，形成生殖细胞时，可以相互分离。又因F1全为高茎，因此两种胚芽同时存在时只有“高胚芽”起作用。孟德尔将“胚芽”称为“遗传因子”（后人称其为“基因”）；将高茎称为显性性状、其“胚芽”称为“显性遗传因子”，矮茎称为隐性性状、其“胚芽”称为“隐性遗传因子”。

教师继续提出问题：为什么F2中高∶矮=3∶1？

为了解决这个问题，教师继续追问：F1能形成几种花粉、几种胚珠，它们结合后能形成几种后代、比例是多少？

设计意图：将复杂的问题分解为具体的子问题，为学生的思维提供脚手架，从而顺利地解决问题。

学生回答后，教师补充：如果F1形成生殖细胞时，含显性遗传因子的配子与含隐性遗传因子的配子的比例为1∶1，那么F2中高∶矮应该为3∶1，具体分析如表2所示。

因此，孟德尔认为：“遗传因子”可以控制生物的性状；当显性与隐性因子同时存在时，只有显性遗传因子起作用；杂种F1形成配子时，其体内的两种遗传因子等比例地分离，并且进入到不同生殖细胞中；当受精时，不同生殖细胞中的遗传因子再汇合到受精卵中。

7.5 孟德尔“遗传因子理论”的验证

教师：虽然孟德尔提出的理论能成功地解释分离现象，但是基于科学的严谨性，我们得思考：他的理论确实是正确的，还是碰巧只能解释分离现象呢？请设计实验予以证明。

设计意图：通过严谨的科学态度来审视理论的可靠性，引导学生认识到成功的理论不光能解释已有的实验现象，还能预测新的实验现象。

学生讨论，陈述自己的观点及设计的实验。教师补充：如果他的观点正确，让F1高×矮，则F2为高∶矮=1∶1。孟德尔也进行了相同的实验设计，得出的结果与预期一致，因此，他的理论是可以被接受的，这种杂交方式叫测交。

教师继续提出问题：豌豆其他的性状（举例介绍其他几对相对性状）的遗传是否也与茎高矮的遗传遵循一样的规律呢？请大家设计实验解决这个问题并预期实验结果与结论。

学生活动：小组讨论，由代表在黑板上展示其实验设计过程，并预期实验结果得出结论。

7.6 孟德尔“遗传因子理论”的修正与拓展

教师：通过上面的探究，我们有充分的理由相信孟德尔的理论的正确性。但是，我们又知道紫茉莉花色遗传实验中P：红花×白花→F1粉花，这一结果能否说明孟德尔的理论是错误的呢？进一步的实验发现F1粉花自交→F2红花∶粉花∶白花=1∶2∶1。请对这一现象进行解释、并设计实验验证你的假设。请大家利用课余时间思考这个问题。

设计意图：引导学生在面对新现象时，对原有理论进行修正和发展，使学生认识到科学理论的真理性不是绝对的。在面对新的实验现象或证据时，科学家往往是对已有的理论进行局部修正来解释新的现象，或者发展出一套完全不同的理论对已有现象进行全新的解释。