基于假说一演绎法发展学生的科学思维及科学探究能力

刘莉 宋立伟

摘要 采用假说演绎法进行摩尔根的果蝇杂交实验教学，以问题为驱动，引导学生通过假设与论证、归纳与推理，循着科学家的思维路径，深度体验“假说演绎法”，充分感受逻辑推理之美，以此发展学生的科学思维和科学探究能力。同时，应用摩尔根的果蝇杂交实验判断基因在性染色体上的位置。

关键词 假说-演绎法 科学思维 科学探究 摩尔根 果蝇杂交实验

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

文件编号：1003-7586（2018）11-0008-03

“摩尔根的果蝇杂交实验”是人教版高中生物《必修2·遗传与进化》第二章第二节“基因在染色体上的实验证据”的教学内容，属于遗传学经典实验，不仅为基因在染色体上提供了实验证据，也为学生后续学习伴性遗传奠定了基础。下面采用假说一演绎法进行摩尔根的果蝇杂交实验教学，以问题为驱动，引导学生逐步深入分析问题，解决问题，建构知识，以此发展学生的科学思维和科学探究能力。

1基于假说-演绎法的教学实施

1.1观察实验，提出问题

教师提供资料：1910年5月，摩尔根果蝇室的大群野生型红眼果蝇中出现了一只白眼雄果蝇，对于这只后来在科学史上非常出名的昆虫，摩尔根使它与野生型红眼雌蝇交配而留下了后代。实验结果符合孟德尔分离定律，学生很容易得出果蝇的红眼和白眼受一对等位基因的控制。同时，部分学生也注意到了白眼性状的个体都是雄蝇。因此，教师提出问题：（1）为什么白眼果蝇都是雄性？（2）依据萨顿的假说，控制眼色的基因是否在与果蝇性别有关的染色体上？教师以问题引发学生思考，激发学生的探究热情。

1.2分析问题，建立假说

教师介绍：20世纪初期，一些生物学家已经在一些昆虫的细胞中发现了性染色体。教师展示雄果蝇的染色体图、男性的染色体图，并提出问题：（1）X染色体、Y染色体大小相同吗？（2）X染色体都比Y染色体大吗？（3）X染色体、Y染色体是同源染色体吗？（4）所有生物都有性染色体吗？教师展示X染色体、Y染色体的同源区段和非同源区段的图片，以此加深学生对性染色体的认识。

在充分了解性染色体后，学生小组探究控制白眼基因的位置，大胆地提出2个假说：（1）控制眼色的基因位于Ⅱ-2区段。（2）控制眼色的基因位于I区段。并分别给出图1、图2论证各自的观点。

教师提出问题：（1）为何控制眼色的基因不能位于Ⅱ-1区段？（2）图1、图2均可解释实验现象，控制眼色的基因能够既位于Ⅱ-2区段也位于I区段吗？（3）假说仅仅能够解释已有的实验结果，假说就一定正确吗？（4）如何验证假说正确与否？

此时，因假说冲突，学生的学习热情已经被充分调动起来，学生产生了强烈的探究欲望。教师引导学生对假说进行演绎推理。

1.3演绎推理

为解决上述问题，学生设计测交实验对假说进行进行演绎推理。持控制眼色的基因位于Ⅱ-2區段观点的小组设计的测交实验遗传图解如图3所示，持控制眼色的基因位于I区段观点的小组设计的测交实验遗传图解如图4、图5所示。教师展示学生的成果，学生发现如仅按图3、图4进行测交实验，F1个体的表现型及比值是相同的，依然无法判断基因的位置。此时，教师提醒学生图5所示的测交实验，子代雌蝇均为红眼，雄蝇均为白眼。

教师提问：从性状杂交上看，图4、图5展示的杂交组合是什么关系？以此引导学生回忆正交和反交。受此启发，持控制眼色的基因位于Ⅱ-2区段观点的小组又设计了图6所示的杂交实验。然而，图5、图6所示的实验结果却又是相同的。

教师提问：图5、图6均是利用显性父本和隐性母本杂交，如将图5中XWYW更换为XWYW，即更换为野生型红眼雌果蝇，遗传图解如图7所示。教师引导学生分析，学生此时恍然大悟，图6、图7才是验证假说的关键性实验。

1.4实验检验，得出结论

教师引导学生回顾科学史，展示为验证假说的正确性摩尔根进行了一系列的验证性实验。①F1红眼雌蝇与白眼雄蝇杂交，子代中红眼雌蝇126只、红眼雄蝇132只、白眼雌蝇120只、白眼雄蝇115只，这与图3（或图4）的遗传图解基本一致。②为野生红眼雄蝇与白眼雌蝇杂交，即为经典的“显性父本×隐性母本”，子代中雌蝇均是红眼、雄蝇均是白眼，与图6所示的遗传图解相一致。由此，摩尔根得出结论：控制眼色的基因位于X染色体的Ⅱ-2区段，Y染色体上没有其等位基因。

1.5设计意图

本教学环节以问题为驱动，不断激发学生的探究欲望，有效地突出了学生的主体地位，有利于培养学生的思考能力、搜集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。学生提出假说彰显了思维的灵活性和创造性，演绎推理的运用展现了科学过程的严谨与缜密。学生在学习过程中，逐渐领悟了：科学研究不仅需要缜密的思考、大胆的设想，也需要严谨的推理和确凿的实验证据。通过生生互动、分析讨论、合作探究，学生获取了基本的生物学知识，发展提升了推理、分析的能力，产生丰富的情感体验，也领悟了科学的思想观念及科学家们研究所用的方法，从而发展了科学思维和科学探究能力。本节课将知识、技能、情感融为一体，有效地培养了学生的核心素养，这是仅依靠教师讲解的传统课堂所无法给予的。

2摩尔根的果蝇杂交实验的应用——判断基因在性染色体上的位置

教学中，教师可基于摩尔根的果蝇杂交实验，引导学生来判断基因位于Y染色体的非同源区段、X染色体上的非同源区段、XY染色体的同源区段上，以此加深学生对所学知识的深入理解。

2.1判断基因位于Y染色体的非同源区段

基因位于Y染色体的非同源区段上，其遗传特点为仅雄性个体会表现出相应的性状，而雌性个体不会表现出相应的性状。上述情况很容易判断出，各类型考试中鲜有考查。

2.2判断基因位于X染色体的非同源区段或位于XY染色体的同源区段

正交和反交可判断基因位于X染色体的非同源区段或位于XY染色体的同源区段。若正交和反交后F1雌性均为显性性状，F1雄性均为显性性状或均为隐形性状，则基因位于X染色体上的非同源区段，遗传图解如图1、图6所示;若正交和反交后F1雌雄均为显性性状，则基因可能位于XY染色体的同源区段上，遗传图解如图2、图7所示。

值得注意的是，如果基因位于常染色体上，则正交和反交的结果与基因位于XY染色体的同源区段的结果相同。此时需F1雌雄个体相互杂交，通过观察F2每种表现型中的雌雄比来判断基因位于常染色体还是XY染色体的同源区段。如果F2中显性性状：隐形性状=3：1，但显性性状中♀：♂=1：1、隐性性状中♀：♂=1：1，则说明该性状的遗传与性别无关联，可判断基因位于常染色体上;如果F2中显性性状：隐形性状=3：1，但正交（反交）F2显性性状中♀：♂ =2：1，而反交（正交）F2显性性状中♀：♂=1：2，则说明性状的遗传与性别相关联，可判断基因位于XY染色体的同源区段上。

如果已经确认是伴性遗传（且基因不位于Y染色体的非同源区段上），只需观察正交和反交后F1表现型即可判断基因位置。若正交和反交后F1表现型相同，则基因位于XY染色体的同源区段上;若正交和反交后F1表现型不同，则基因位于X染色体上的非同源区段上。

本节课以问题为驱动，采取教师指导下的学生自主探究学习，利用多个连续的推理探究问题，通过层层探索，引导学生通过假设与论证、归纳与推理，循着科学家的思维路径，深度体验“假说一演绎法”，充分感受逻辑推理之美。在探索知识的发生与发展的过程，学生不仅构建了知识体系，也发展了自身的科学思维和科学探究能力。