从培养学生科学思维的视角例谈遗传学教学

王建武 张文英 费 杨

（1 长江大学农学院 湖北 荆州 434025； 2 长江大学医学院 湖北 荆州 434023）

培养学生的科学思维是教育的核心[1]。遗传学是生命科学最重要的分支之一，其教学内容蕴含着许多科学思维的原则和方法。本文以分离定律的教学为例，将科学思维能力的培养贯穿于整个教学过程，使之成为提升学生科学素养的有效途径[2]。

1 科学研究思路

通过复习回顾遗传学发展的两大阶段，即经典遗传学与现代遗传学，引导学生分析比较二者的研究思路，继而总结出经典遗传学是由表及里的正向遗传学研究思路，即通过杂交等手段观察表型的变化来推知基因的存在和变化。而现代遗传学则是由里及表的反向遗传学研究思路，即通过DNA 重组等技术精确改造基因的结构以确定这些变化对表型的直接影响。遗传学不断发展更新，但经典遗传学的内容更体现研究理念，具有不可替代的方法论指导作用，能够激发学生对经典遗传学的学习兴趣，并确立学生自主探索分离定律的科学认知路线。

2 科学研究方法

2.1 简单原则。教师提问：豌豆植株如此繁多的性状该如何研究？在学生积极思考的过程中，教师进一步点拨：科学研究遵从简单原则，即把复杂的系统分解为简单的要素来研究。面对复杂的自然界，要想认识它往往很难下手，但有了简单性的科学准则，就可以避免复杂信息的干扰，更容易获得自然的简单性本质。例如，在红花豌豆和白花豌豆的杂交试验中，我们只注意花色这个性状的遗传方式，而不考虑株高等其它性状。

2.2 差异原则。教师提问：为什么要选择花色存在差异的红花豌豆和白花豌豆进行杂交试验？教师进一步启发学生：科学研究遵从差异原则，即通过事物间的差异分析寻找其内在的联系和规律。这也正是科学家想方设法创造各种突变体的缘由所在，通过对野生型与突变体的差异进行深入分析研究，有利于挖掘相关性状的关键基因及其分子机理。

2.3 重复原则。通过图示豌豆杂交试验过程，引导学生对观察到的遗传现象进行归纳总结：红花豌豆和白花豌豆杂交，F1只表现出红花，F2同时表现出红花和白花，且比例接近3∶1。教师提问：上述试验结果真实可靠吗？怎样确保其真实性？教师进一步点拨：科学研究遵从重复原则，即为了确保科学事实并非偶然或巧合，进行重复实验来确认事实的一种科学研究方法。可具体分为真重复和准重复两种，前者是对实验过程和统计测试进行重复，后者则通过改变物种等方式实现对于实验假说的重复检验[3]。孟德尔在其他6对相对性状的杂交试验中都获得同样的试验结果，以及利用测交法对遗传因子假说进行验证均是重复原则在科学研究中的具体体现。

2.4 假设—演绎原则。按照经典遗传学由表及里的认知路线，教师提问：决定豌豆花色遗传现象的内在本质规律是什么？教师进一步启发学生：探索事物本质规律应遵从假设— 演绎原则，即根据一般原理，先对被研究对象的性质和规律做出推测，即假说，然后运用演绎推理的方法推导出一些具体的结论，并把这些结论应用于对具体现象的说明和解释。教师引导学生推测豌豆花色是由体内可遗传给后代的某种因子决定的，即遗传因子(基因)。把控制豌豆花色的基因用符号C/c 来表示，用C 表示控制显性性状红花的基因，用c 表示控制隐性性状白花的基因。教师继续引导学生演绎推理，双亲通过授粉受精将各自的基因C和c 遗传给了F1，即Cc，由此可推断出生物体内基因是成对存在的，一个来自父本，另一个来自母本。通过对F1表型和基因型的比较分析可推知，显性基因C与隐性基因c 同时存在时，只有显性基因C 起作用，这样就很好地解释了F1只表现出红花的遗传现象。教师继续提问：F1消失的白花为何又在F2出现了？教师进一步引导学生演绎推理，F2白花一定是F1产生的雄配子c 和雌配子c 受精结合成cc 发育而来，由此可以推断出F1形成配子时Cc 时要彼此分离，继而形成C和c 两种配子。教师进一步提问：为什么F2的红花和白花比例是3∶1？教师鼓励学生进行大胆的合理假设，即F1形成的C 和c 两种配子数目相同，而且雌雄配子自由结合。由此假设即可推理出F2将会产生三种不同比例的基因型，即1CC∶2Cc∶1cc。将基因型比例转换成表型比例即可圆满解释F2的红花和白花比例是3∶1 的遗传现象。

2.5 深入研究原则。科学研究是一个从浅层研究到相对深层研究的动态变化过程。在归纳总结分离定律内容的基础上，教师进一步激发学生的探索欲望，提问：控制豌豆花色的基因C/c 到底是谁？它又是如何控制豌豆的花色？教师适当引入科技文献研究成果，控制豌豆花色的基因是花青素合成酶基因ANS，其转录翻译成花青素合成酶催化无色花色素产生花青素，在花瓣中积累而呈现出红色，而白花中没有花青素积累就是缺少该基因的表达[4]。

3 结语

本课程教学是以学生为中心、教师为主导，通过创设问题情境，激发学生的探索欲望，使学生以发现者、研究者、探索者的身份重新构建知识的理论体系，形成一次对知识和技能综合应用的过程，为深入的专业学习和科学研究奠定基础。据统计，笔者所在单位2018 级和2019 级学生参与课题组科研任务的人数比例高达65%。因此，为了让学生更好的融入科研，在教学中培养学生科学思维能力显得非常重要，需要一线教师不断地去加强和完善。