对新人教版高中生物学教材一道习题参考答案的思考及建议

冯利敏 李秋石

(1.河北省高邑县第一中学 河北石家庄 051330)

(2.河北师范大学生命科学学院 河北石家庄 050024)

1 习题及参考答案节选

教师选择新人教版普通高中生物学教材《必修2·遗传与进化》第二章“复习与提高”模块非选择题的第1 题。

【例题】下图是抗维生素D 佝偻病的系谱图(图中深颜色表示患者),据图回答问题(图1)。

图1 抗维生素D 佝偻病的系谱图

(1)科学家已经确定这种病是显性基因控制的疾病,你能根据系谱图找出依据吗?

(2)如果图中Ⅲ代4 号与正常女性结婚,要想避免后代中出现患者,可以采取哪种优生措施?

参考答案:(1)表现型正常的夫妇,后代均正常;夫妇一方是患者,子代患病的概率是1/2。(或者,已知抗维生素D 佝偻病基因位于X 染色体上,如果致病基因为隐性基因,则Ⅰ-1 的X 染色体应携带正常的显性基因,Ⅰ-2 的一对X 染色体上均有致病基因,那么不会出现Ⅱ-3 的患者,也不会出现Ⅱ-7 的正常男性。(2)选择生男孩。

2 思考及建议

2.1 问题(1)结论“必然性”分析及改进建议

2.1.1 审视、再思考题目的出发点

“以核心素养为宗旨”是《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》的基本理念之一。高中生物学学科核心素养之科学思维要求“尊重事实和证据,崇尚严谨和务实的求知态度”。严谨主要是指获取证据的方法和从证据到结论的思维是严密的、周全的、无漏洞的;务实主要是指人的认知符合客观事物的真实情况。因此,教师审视每一个实际教学问题时,要用批判性、求实证和重逻辑等科学思维方法,将其贯穿在整个生物学教学的方方面面,使学生得到持续性的熏陶和培养。基于这样的出发点,教师增大了该题目的思考空间,不局限于出题意图,还关注了题目的情境、教材有关内容和参考答案,有了一些新的收获。

2.1.2 对题目的理解与分析

准确理解题目的背景和考察目的十分重要,否则,就有可能脱离或误解题目的本意,偏离解决问题的主渠道。例如,有些教师认为教材内容“抗维生素D 佝偻病是X 染色体显性遗传”不能作为解答题目的事实背景,应该需要学生利用假说-演绎法判断此家系谱中抗维生素D 佝偻病基因的位置和显隐性。然而,只在此家系谱中,因为无法排除常染色体隐性遗传,故学生无法确定该病为显性遗传。因此,抗维生素D 佝偻病,默认为X 染色体显性遗传,应该作为已知事实背景。此题目意图在于让学生基于高中生物学知识,以事实为例,运用归纳与演绎等思维方法,为“抗维生素D 佝偻病是显性基因控制的疾病”提供依据,从而提高学生的论证能力。

2.1.3 三种论证方法及结论必然性分析

在此系谱中,要为“抗维生素D 佝偻病是显性基因控制的疾病”这个结论提供依据,那么,学生就应该明确:①什么是显性性状,有几种基因型?②在系谱中,显性遗传有什么特点?③通过什么方法证明结论?④得出结论的必然性有多大?这就要求学生基于系谱中提供的事实证据,通过分析、比较、质疑以及演绎等过程,确定能推出结论。采用不完全归纳法得到的结论是或然的;而采用演绎推理和完全归纳的结论是必然的,因此,学生可以基于概念通过归纳与演绎推理进行论证。

第一:反证法。这是对于参考答案括号内部分的依据和论证分析。学生利用“已知抗维生素D 佝偻病基因位于X 染色体上”,通过演绎推理,就可以确定得出“抗维生素D 佝偻病为显性基因控制的疾病”。因此,结论是必然的。

第二:归纳法。这是对于参考答案括号前部分的依据和论证分析。对于人类遗传病的研究,学生无法采用杂交实验的方法来推断某遗传病的遗传方式,只能通过分析家系中该性状有关成员的分布,来得出某种遗传病的遗传方式或者最可能的遗传方式。首先,在系谱分析时,要判断一种性状的遗传方式,学生往往需要分析具有该性状的许多家系并进行统计处理后才能得到准确的结论。较大家系的遗传分析,价值较高。在该家系谱中,“抗维生素D 佝偻病为显性基因控制的疾病”的遗传特点:“表现型正常的夫妇,后代均正常;夫妇一方是患者,子代患病的概率是1/2”。其中,“夫妇一方是患者,子代患病的概率是1/2”是“抗维生素D 佝偻病为显性基因控制的疾病”成立的必要不充分条件,而一个事件的出现,应至少有一个充分条件或者其所有必要条件出现。其次,在此系谱中,“表现型正常的夫妇,后代均正常”家庭样本数为2(Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅲ-1、Ⅲ-2 和Ⅲ-3;Ⅱ-7、Ⅱ-8、Ⅲ-8和Ⅲ-9);“夫妇一方是患者,子代患病的概率是1/2”家庭样本数也为2(Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-5、Ⅱ-6 和Ⅱ-7;Ⅱ-3、Ⅱ-4、Ⅲ-4、Ⅲ-5、Ⅲ-6 和Ⅲ-7)。可见,样本家庭数目少,并且涉及后代的人数也较少。因此,从个别推出一般性结论的过程属于不完全归纳,其结论是或然的,学生可以用不完全归纳进行预测和判断,但也需要注意存在例外的可能。

因而,“表现型正常的夫妇,后代均正常”和“夫妇一方是患者,子代患病的概率是1/2”,这两个依据仍然不能完全推出结论,只能是部分依据。根据充足理由原则,人们在论证中必须为论题提供充足的理由,依据要真实而且能够推出论题。教师认为需要尽可能找出更多必要条件,例如,补充“家系谱中连续三代都有患者”等,使依据尽可能推出结论。如果本题要通过归纳显性遗传的特点来考查学生的论证能力,教师建议参考答案表述为:表现型正常的夫妇,后代均正常;夫妇一方是患者,子代患病的概率是1/2;此家系谱中连续三代都有患者等。

第三:内涵法。这是教师增加的依据和论证分析。基于《必修2·遗传与进化》教材第四页可知,在一对相对性状的杂交实验中,F1中显现出来的性状,叫做显性性状,即一般来说,单基因完全显性遗传中,杂合子表现的性状就是显性性状。那么,在此家系谱中,如果存在患者为杂合子,则能为“抗维生素D 佝偻病为显性基因控制的疾病”提供充分条件的依据。在伴X 染色体遗传中,男性的X 染色体由母亲传递而来,并且只能传给女儿。此系谱中,Ⅱ-6 和Ⅱ-7 的X染色体均由Ⅰ-2 传递而来,且患者Ⅱ-6 和正常Ⅱ-7 的X 染色体上分别携带抗维生素D 佝偻病基因和正常基因,因此,Ⅰ-2 的X 染色体携带抗维生素D 佝偻病基因和正常基因,其为杂合子,且表现型是患者。同理,患者Ⅱ-3 也为杂合子。此外,患者Ⅲ-7 携带来自父亲的正常基因和来自母亲的患病基因,同样是杂合子。教师基于名词概念“显性性状”的内涵,引导学生由已知条件进行演绎推理,从而确定“抗维生素D 佝偻病是显性基因控制的疾病”,得出的结论是必然的。

这三种论证方法得到的结论的有效性有强有弱。在教学中,教师需要根据出题意图酌情使用。

2.2 问题(3)题目及参考答案分析

2.2.1 “优生措施”种类

教学中,学生常常问起有哪些“优生措施”、是否包括“选择生男孩”等,由此,下文简单地对“优生措施”进行讨论。目前新版教材中并没有这部分内容,教师借鉴了原版教材和一些文献中的叙述。例如,人教社2004年全日制普通高级中学生物学教科书第二册54页指出,“目前,我国开展优生工作的主要措施有以下几点,禁止近亲结婚;进行遗传咨询;提倡适龄生育;产前诊断”。此外,相关文献中也对“优生措施”有所阐述,例如,实施“优生措施”是为了使每一个家庭出生健康的孩子,还包括:建立并推行优生优育法规;大力开展遗传优生咨询,并做好婚前指导工作;加强环境保护;选择最有利的受孕时间和孕期保健;以及选择性流产等。随着科技的进步,优生科学近年来研究的成就也在不断更新,如试管受精、人工授精和人工克隆等。可见,“优生措施”种类较多,分类标准复杂,“选择生男孩”不在于选择性别,意在遗传病的预防。

2.2.2 问题(3)及其参考答案的思考

基于实际教学中,学生们往往热议“为什么能选择性别”“选择试管婴儿行不行”“丁克怎么样”等,教师认为,从核心素养的角度看,问题(3)的目的在于使学生科学思维进阶,达到科学思维划分水平四:在面对生活中与生物学相关的问题并做出决策时,利用多个相关的生物学大概念或原理,通过逻辑推理阐明个人立场。深度的辩证思维、以人为本的生命观念和富有情怀的社会责任,融合于此。此题中生活化的问题情境,多层次的思想认知,都闪烁着生物学灵光。

2.2.3 (3)参考答案改进建议

中国优生法制已经形成了一套过程化的优生手段,这固然在一定程度上保证了人口质量,但也产生了诸多问题。截至2018年底,国家卫生健康委员会公布的全国经批准的辅助生殖机构共498 家,目前,辅助生殖机构已经覆盖了我国所有省级行政区域。因此,结合学生前认知,如初中遗传病知识以及社会特殊不法现象“取卵”“供精”“代孕”等,考虑辅助生殖技术现状,教师认为,参考答案应根据多元的意识观念和文化认知,尽量减少与社会道德伦理等问题的碰撞,提出一些合法的切合实际的优生优育建议。例如,参考答案可以设置为“响应国家人口政策,避免后代出现患者,根据医学需要,选择辅助生殖技术生男孩”。学生在生活情境中学,运用了审辨批判思维,理解了国家的相关法律法规,如严禁进行非医学需要的胎儿性别鉴定和选择性别的人工终止妊娠;学生在生活情境中,合理解决与生物学相关的问题,做出合适正确的决策。如果要使留给学生思考的经纬度更深、更广,教师可以进一步探讨问题设置。