浅析生物教材中的隐性科学教育素材的教育功能——以“孟德尔的豌豆杂交实验”为例

张运发（江西省瑞金第三中学江西瑞金 342500）

浅析生物教材中的隐性科学教育素材的教育功能
——以“孟德尔的豌豆杂交实验”为例

张运发（江西省瑞金第三中学江西瑞金 342500）

通过挖掘“孟德尔的豌豆杂交实验”章节内容中包含隐性的科学素养教育素材作一归纳，介绍在生物教学中如何进行科学史和科学研究方法的教育。

孟德尔 隐性 科学素养 教育素材

文件编号：1003－7586（2017）01－0068－03

“孟德尔的豌豆杂交实验”是人教版高中生物《必修2·遗传与进化》的第一章第一、二节内容。这两节的教学内容都是按照科学发现过程的顺序来构建框架体系，并按孟德尔的实验过程，由现象到本质，层层深入地展开讨论。在呈现方式上，这两节同样强调科学史和科学研究方法的教育，让学生犹如亲历科学家的探索过程，从浓郁的历史感中获取科学知识和对科学方法的领悟。教材的这种编排意图就是突出了科学史和科学研究方法的教育，进而提高学生的科学探究能力，提高学生的科学素养。下面就本章节内容包含隐性的科学素养教育素材作一归纳，以飨读者。

1 从孟德尔的生平中，领略科学家对科学的热爱

教材中介绍孟德尔的生平的内容篇幅不多，只是简单介绍其自小热爱科学，后来进修了自然科学和数学，并坚持了8年的实验，以豌豆为材料获得了成功。但笔者认为，在生物课堂教学中，应显现出孟德尔更多的素材，来提高学生的科学素养。

1.1 热爱科学，对科学有一种无由的爱

孟德尔出生在奥地利的海因策多夫的小村中。父亲是个农民，擅长嫁接，母亲是个园林工人。由于家庭的影响，孟德尔自小酷爱自然科学。他上过小学和中学，但因家庭经济困难，不得不中途辍学。1843年，到布隆的奥古斯汀修道院当修道士。孟德尔不仅在数学和物理学方面有很好的基础，而且对农业的各个学科有着广泛的兴趣。他既是遗传学家，又是园艺学家和气象学家。他培育的倒挂金钟被命名为“孟德尔倒挂金钟”。从1856年起，他还致力于气象学的研究，1863年至1869年间曾发表过多篇气象学的论文。孟德尔最卓越的成就是有关植物的杂交实验，这一工作从1856年至1872年，共持续了17年之久，其中豌豆的杂交实验成绩最为突出。从这里，可以感受到孟德尔对科学的痴迷，对科学的执着，对自然现象有着广泛的爱，而正是有了这种喜爱，孟德尔才能坚持，耐得住寂寞，才会用心研究，才会坚持八年耕耘，提出豌豆蕴藏遗传的秘密。因此，在教学中，教师应特别注重培养学生对科学的兴趣，让学生多接触大自然，通过对大自然的了解，来引领学生对自然科学的关爱。

1.2 勤奋刻苦，有丰富、扎实的知识

孟德尔之所以能成功，与他对科学的热爱是分不开的，同样与他扎实的知识基础也分不开。孟德尔在维也纳大学进修学习时，通过对自然科学的学习，逐步形成了生物类型是可变的，可以通过杂交产生新的生物类型等进化思想。同时孟德尔还学习数学，并受到“数学方法可以应用于各门自然科学之中”的思想影响，产生应用数学方法解决遗传学问题的想法，他使孟德尔成为第一个认识到概率原理能用于预测遗传杂交实验结果的科学家。他以当时科学家无法理解的方式，将数学和生物学实验结合起来，发现了被后人称为“性状分离定律”和“自由组合定律”的遗传规律。从这里，可以知道，孟德尔的发现不是凭空想象的，不是偶然的，而是因为他具有丰富的自然科学和数学知识，是由于8年的杂交实验的积累，才能把数学和遗传学研究很好地联系起来。因此，在教学中，教师要教育学生不要偏科，各学科知识间应是相互渗透的，进行科学研究，不仅要有热情，还要有丰富、扎实的科学基础知识。

2 从孟德尔的实验过程中，领悟科学家的思维方式，学习其科学求真、创新精神

教材中关于分离定律的发现过程体现了“观察现象、发现问题——分析问题、提出假设——设计实验、验证假说——归纳综合、总结规律”的科学研究一般过程。依据课程标准的要求，分析孟德尔的科学研究方法，提高学生的科学素养也是本节教学的主要目标之一。教师在教学中应结合课标的要求、教材的特点和学生的认知情况，开展教学活动，并在教学活动中创设下列问题：孟德尔在杂交实验中是如何发现并提出问题的？如何提出假说以解释实验现象的？又是如何验证他的假说的？通过这些问题的思考，帮助学生确立严谨的科学态度和勇于创新的精神。

2.1 从“观察现象、发现问题”环节中，学习孟德尔的科学求真精神

在教学时，教师不能简单地复述实验过程，而应引导学生模拟参与到孟德尔的遗传实验中，并按照孟德尔思维来设置问题：为什么子一代都是高茎而没有矮茎？矮茎到哪去了？消失了吗？孟德尔如何解决这一疑惑的？为什么子二代中矮茎又出现了？矮茎又出现了能说明什么？通过什么方法得出子二代出现3∶1的性状分离比？子二代出现3∶1的性状分离比是不是偶然的？为排除偶然性，孟德尔做了哪些工作？教师引导学生讨论、思考、分析上述问题，从而让学生领悟孟德尔运用的数学统计方法的意义，同时也让学生明确科学实验数据来不得半点虚假，对通过必须结论反复实验得来，不能凭一偶然数据来得出。这就是孟德尔还要做其他6对相对性状杂交实验的原因，也是孟德尔坚持不懈地追求科学真谛的执着精神的体现。

2.2 从“分析问题、提出假设”环节中，学习孟德尔的科学创新精神

孟德尔在观察和统计分析的基础上，果断地摒弃了前人融合遗传的观点，通过严谨的推理和大胆的想像，提出了对分离现象的假设。而对于他的假设，教材中并没有介绍其相关背景，这将使学生认为孟德尔是天才，认为科学研究是偶然的猜想，是件很轻松的工作。这样不仅不符合科学发展的实际，也给学生留下了科学发现来得很容易的错误印象。因此，在教学过程中，教师有必要简要介绍，孟德尔时代研究生物遗传的背景，如：18世纪末、19世纪初，奈特选用豌豆做杂交实验，认识到用豌豆作为实验材料有许多优点。豌豆有许多性状区分明显的品种，是严格的自花受粉物种，在子代中性状的表现很容易区分。特别是奈特第一次发现豌豆种子灰色对白色是显性，用杂交种子和白色种子回交，子代中有灰色和白色两种子粒。盖尔特纳分析了9 000多个实验结果，得出用混合花粉授粉，子代中不会出现性状混合的结论。他认为受精的只有一种花粉，每一花粉粒都各自独立地起作用。萨叶里用西葫芦做杂交实验时，第一次把两个亲本的性状排列成一组组相对性状，杂交后得到的杂种，性状既不混合，也不是中间型，表现与亲本之一完全相同。杂种的每一个性状对另一个性状来说是显性的。萨叶里的贡献在于进一步明确一个性状对另一个性状的显性关系以及性状的独立分配。上述的科研工作和进展为孟德尔的研究工作奠定了基础。在这样的历史背景下，孟德尔着手解决植物的形态和花的颜色等是遵循什么规律传给子代的问题。孟德尔连续8年进行相关的杂交实验，在前人的基础上，他敢于质疑，才使他发现实验结果中蕴含的规律性本质；把数学方法引入生物学的研究，由于实验方法和思维方法的创新，才使孟德尔冲破原有的观念，提出颗粒性遗传的假说。

2.3 从“设计实验、验证假说”环节中，学习孟德尔的严谨求实的科学态度

在教学中，教师不仅要让学生明确子一代形成配子时遗传因子的行为是假说的核心内容；在分析的基础上，引导学生分析测交实验来验证配子的原因，弄清实质与现象的关系，应充分考虑演绎推理能力的培养与训练，并兼顾科学探究能力的培养,使学生领悟思想精髓。

教师可以先通过简单的例子引导学生学习演绎推理的过程，引导学生上升到孟德尔实验思想是由现象到本质、由性状推测遗传因子组成的高度。然后，再引导学生讨论“F1（Dd）形成配子时D和d真的分离并且进入不同配子了吗？如何来证明？……通过这些讨论让学生明确理解测交思想的精髓，让学生进一步尝试进行孟德尔测交实验中的推理过程,帮助学生认识孟德尔首创的测交实验验证自己的假说是多么的巧妙，理解“假说—演绎法”的科学性和严谨性，同时领悟孟德尔严谨求实的科学态度。

总之，为提高学生的科学素养，教材中的有关“思考与讨论”──孟德尔获得成功的原因、孟德尔遗传规律的再发现等，都可作为科学素养教育的素材，教师引领学生学习孟德尔严谨求实的科学态度，勤于实践、勇于探索的精神。

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