把握知识关系，凸显研究思想——《分离定律》课例研究

邵江樵1，王秀红2

（1.浙江省宁波市效实中学，315012；2.浙江省宁波市教研室，315000）

人教版和浙教版高中生物必修2《遗传与进化》模块把“孟德尔定律”放在第一章，安排在“减数分裂”之前。这是尊重科学发现史的体现，其主要目的有：（1）通过科学史的学习，还原孟德尔的研究思想和科学的研究方法，引导学生学会从现象到本质的认识论方法，领悟假说—演绎的科学方法及其在科学研究中的应用；（2）通过单因子杂交实验的解释和验证，在举例说明性状、相对性状、显现性状、隐性性状、性状分离，显性基因、隐性基因、等位基因，杂交、自交、测交，纯合子、杂合子等基本概念的同时，引导学生熟悉科学研究的一般过程，理解孟德尔定律。

因此，这一内容的主要教学目标，在于揭示孟德尔通过对性状在上、下代之间遗传现象的分析，发现控制性状的遗传因子（今称之为基因）的传递规律的过程和方法。但在实际的教学中，不少教师对假说—演绎法的理解和把握还不够到位。下面结合对一次同课异构活动中3个课例的研究，阐述如何把握这一内容的教学目标。

【课例1】

（教师介绍孟德尔选取豌豆的一对相对性状进行杂交的过程和方法。）

师（同步板书，得到图1）将白花豌豆的花粉授给去雄的紫花豌豆，长出的子代开紫花。为什么？

生紫色为显性性状，白色为隐性性状。

师（笑）你预习了吧？

生花的颜色是由母本决定的。

生紫的多、白的少，融合后呈紫色。

师如何设计实验来验证以上猜想？

生让紫花作父本、白花作母本进行杂交，F1都开紫花的话，就可以排除“花的颜色是由母本决定的”。

师孟德尔也是这样否定这种猜想的。

生提取色素，可以检验是不是“紫的多、白的少，融合后呈紫色”。

师不过，孟德尔更聪明，他让纯种高茎豌豆与纯种矮茎豌豆杂交，发现F1的株高与亲本高茎的一样，从而类推排除了“紫的多、白的少，融合后呈紫色”。

生F1自交，可以验证“紫色为显性性状，白色为隐性性状”。

师很好！孟德尔让F1（紫花）自交，发现F2中紫花∶白花=705∶224≈3∶1。F2中有紫花、有白花，而F1中只有紫花，这说明紫色对白色是显性性状。性状是由遗传物质控制的，孟德尔称之为遗传因子。F1中有几个遗传因子？

生2个。

师没错。一个决定紫色，可用C表示；一个决定白色，可用c表示。那么，F1就是——

生Cc。

师请同学们在学案上用遗传因子符号写出P（杂交）→F1的过程。

（一位学生板演，得到图2。）

师（在板书中补充配子信息后）同学们，由此可以得到以下结论：（1）F1能表现出来的亲本性状叫作显性性状，由显性基因控制；（2）F1未能表现出来的亲本性状叫作隐性性状，由隐性基因控制；（3）杂交后代中显性性状与隐性性状同时出现的现象叫作性状分离，是由F1中控制相对性状的两个遗传因子分离导致的。现在，请同学们在学案上完成F1（自交）→F2的过程。

（一位学生板演，得到表1。）

师（巡视后）黑板上这位同学很好地写出了两种雌配子和两种雄配子，下面有同学只写出了一种配子。到底有几种？

生两种。

师很好！因为F1中有C与c，体细胞中的遗传因子要相互分离，分别进入不同的配子中，结果形成了数目之比为1∶1的两种配子。雌雄配子随机结合，就出现了“紫花∶白花=3∶1”的结果。请同学们在学案上写出完整的分离定律。

（学生写分离定律。）

本节课的教学中，教师把教材与学案进行了有机的结合，线索和结论较为清晰，但遗憾的是对教学目标的定位有所偏离，没有凸显出孟德尔的研究思想，即假说—演绎法的应用。教师只是以F1花色的原因为重点，引导学生进行猜想和验证，并没有凸显出孟德尔所面对的完整实验现象的思考价值：既没有明确孟德尔假说的全部内容，也没有阐明测交实验及其目的。

实际上，孟德尔为了解释P→F1→F2的遗传现象提出了怎样的假说，推出了怎样的结论，如何利用假说和推理解释现象以及如何设计实验验证假说和推理，才是本节课应该的教学重点。因此，在教学中教师应该让学生明确，为了对完整的分离现象的进行尝试性解释可以提出怎样的假说，孟德尔提出了怎样的假说，提出假说后还需要做什么样的工作，孟德尔做了什么样的工作。为此，对教学内容还是要按科学史的发展线索来安排，引导学生根据现象去分析和推理，通过背景材料，领悟运用假说—演绎法进行科学研究的一般过程：观察现象→发现问题→提出假说→验证假说→得出结论。

【课例2】

（教师引导学生学习性状、相对性状，基因决定性状，豌豆作为遗传实验材料的优点，杂交的方法以及亲本、父本、母本等内容。）

师豌豆有很多个性状，是一起分析，还是一个一个分析？我们常说“复杂的事情简单做，简单的事情认真做”。孟德尔先进行了一对相对性状的单因子杂交实验。比如，对花色的研究——

（教师投影展示图3。同时，板书：亲本、杂交、子一代。）。

生白花里也有紫花基因。

生不合理，白花是纯种。

生F1的花色与母本一样，可能是由母本决定的。

生F1中只剩下紫花基因。

生F1中有些性状没有显示出来。

师还有吗？我来说一个：F1中紫色素与白色素融合。

（教师板书：母本决定、丢失 没有白花基因、共存 显示紫花基因、共存 两种颜色融合。）

师提取色素比较，便可以判断“两种颜色融合”是否属实。那么，如何对“母本决定”和“没有白花基因”进行验证呢？

生让白花（♀）与紫花（♂）杂交，由子一代也均开紫花，可否定“母本决定”说。

（教师投影展示图4。同时，板书：正交、反交。）

生让F1自交，可说明白花基因没有丢失。

（教师投影展示图5。同时，板书：自交。然后，引出显性性状、隐性性状、性状分离的概念。）

师F1的自交后代F2中出现3∶1的性状分离比是必然，还是偶然？请同学们把教材翻到第6页，看其他几对相对性状的杂交实验结果。（投影展示图6）请同桌合作解释P→F1→F2的遗传现象。

1.为什么自然界的紫花植株后代均为紫花，而F1的紫花植株后代出现性状分离？

2.白花基因有没有丢失？花色由几个基因决定？来自紫花和白花亲本的基因在F1细胞中是如何存在的？

3.怎样表示紫花和白花亲本以及F1、F2？

生性状是由基因决定的，P为自然界品种，是纯种，F1经过杂交，已经不是纯种了。

生没有丢失，F1中有两个花色基因。

师基因在体细胞中成对存在，亲本是纯种，我们用CC表示紫花，cc表示白花，将C基因与c基因称作等位基因。根据刚才的推导，F1中应该既有C基因，又有c基因，所以是——

生Cc。

师F2中的白花应该是怎样的？

生（齐）cc。

师为什么F2中白花只占1/4？（出示两杯盛有紫色、白色粉笔头的透明杯）要解决这个问题，请同学们看我手上的两个杯子。贴有♂符号的代表父本，里面有20个紫色粉笔头代表紫花基因C，20个白色粉笔头代表白花基因c——自然界中精子多一些。贴有♀符号的代表母本，里面有5个紫色粉笔头代表紫花基因C，5个白色粉笔头代表白花基因c——自然界中卵子少一些。那么，父本、母本产生的配子各有几种？

（学生不理解“配子”，也不明白配子中的花色基因数应该只有体细胞中的一半。）

师产生的配子中有1个花色基因，还是两个花色基因？要解决这个问题，我们先想想自然界中受精卵是怎么来的。（板书，得到图7）从子代与亲代的体细胞中都是两个花色基因可知，配子里应该只有1个花色基因。那么，雄配子有几种？雌配子有几种？两种配子的比例如何？

生两种。1∶1。

师父本、母本各取1个配子，组合的结果有几种？概率之比怎样？

生4种。CC∶Cc∶cc=1∶2∶1。

（教师投影展示图8。然后，引出纯合子、杂合子的概念。）

师我们可以把孟德尔的解释归纳如下：第1条，性状由基因控制，显性基因控制显性性状，隐性基因控制隐性性状；第2条，基因在体细胞中是成对的，在形成配子时，成对的基因会彼此分离，分别进入不同的配子；第3条，在受精的过程中，雌、雄配子结合，使体细胞中的基因又恢复成对；第4条，在F1的体细胞中，两个不同的基因没有融合，而是独立共存的；第5条，F1产生两种配子，比例相等，受精的时候随机结合，F2出现了“3∶1”。

本节课的教学中，问题设置严谨、逻辑性强，较好地促进了学生的思维活动；基本概念随着内容的展开自然生成，很好地凸显了对单因子杂交实验现象的解释的主线。在对F1紫花性状的分析过程中，渗透了假说—演绎法的思想；而模拟F1配子的形成，为克服难点提供了形象思维的有力支撑。但是，教师对假说—演绎法的应用依然局限在对F1全为紫花这一现象的解释上，而没有放到更大的平台——分离定律的提出上。同时，由于教师没有明确地提出假说的内容，导致教学中对“配子中只有成对基因中的一个”“F1产生两种比例相同的配子”等推断花了太多的时间和精力。由此可见，教师对“孟德尔对分离现象的解释”中哪些是假说、哪些是推断还有一些模糊的认识。

因此，可以在解释P→F1→F2的环节中调整思考题，对实验发现的问题进行尝试性回答，以凸显假说的内容。此外，由于测交验证的是依据假说演绎后的推断，应用了逻辑学上的通过肯定推断肯定假说、否定推断否定假说的道理，所以，按这样的思路去设计教学过程，才能完整地建构起假说—演绎法的一般过程，并在后面的果蝇性连锁遗传分析和DNA半保留复制中再作应用，进一步使学生领悟假说—演绎法的通用性和价值。

【课例3】

（教师结合紫花豌豆与白花豌豆的杂交，介绍性状、相对性状的概念，豌豆作为遗传实验材料的优点以及自交、杂交、正交、反交、父本、母本等概念；并结合授粉，介绍雄蕊提供花粉、雄配子，雌蕊提供卵细胞、雌配子等知识。）

师在孟德尔做的豌豆7对相对性状的杂交实验中，子二代都出现3∶1的性状分离现象，这背后肯定有规律可循。

（教师板书，引出显性性状、隐性性状、性状分离等概念，得到图9。）

师这些杂交实验引起了孟德尔的思考。他发现并提出了如下问题：（1）F1中只出现紫花，白花去哪里了？（2）F2中为什么出现性状分离，并且比例是3∶1？要解释这些，必须透过现象看本质；要看到这个本质，必须知道控制花色的到底是什么。

生显性基因。

师太快了哦！这是马后炮、由果到因。孟德尔的时代没有基因这个概念，所以要解释它，必须要作大胆的假说，并且进行进一步的推理。当时孟德尔提出性状由遗传因子控制，后来称之为基因。基因肉眼看不到，下面我用紫、白两种磁片来代表基因。紫花与白花杂交，这是孟德尔提出的假说第一点。再看第二点，孟德尔认为遗传因子的数量在体细胞中是两个，因为亲本是纯种，所以亲本的紫花有几个紫色遗传因子？

生两个。

（教师在板书的亲本“紫花”下方添加两片紫色磁片，在板书的亲本“白花”下方添加两片白色磁片。）

师再看第三点：“在配子形成过程中，成对的基因分离，分别进入不同的配子。”那么，配子中只能得到成对基因中的几个？

生1个。

（教师在“亲本”下方板书“配子”。然后，粘贴1片紫色磁片和1片白色磁片。）

师（在板书的子一代“紫花”下方粘贴1片紫色磁片和1片白色磁片）雄配子和雌配子结合，就是F1。怎么来解释F1全部是紫花？

（学生尝试说明。）

师孟德尔是这样解释的，紫花基因是显性基因，白花基因是隐性基因，紫花基因对白花基因有显性作用——这是假说第四点。为了方便描述，用英文字母代替基因：大写字母表示显性基因，如C为紫花基因；小写字母表示隐性基因，如c为白花基因。

（教师在板书上按照F1→配子→P的顺序依次写出各自的基因组成。）

师到这里孟德尔已经解释了问题1。那么，问题2呢？

生因为F1的基因组成是一个C、一个c，而成对的基因会分离，它产生一个（含）C配子、一个（含）c配子，然后相互配对，就有CC、Cc、cc三种组合结果。

师这是孟德尔假说的第五点。（板书，得到表1）我们用表格的方式来表示。这样就解释了问题2。

（教师投影小结孟德尔的假说。然后，结合板书引导学生落实显性基因、隐性基因、等位基因、纯合子、杂合子、基因型、表现型等概念，得到图10。）

师（投影出示表2）下面请同学们进行一对相对性状的模拟杂交实验，时间是4分钟。同时，思考：F1是否产生两种比例相同的配子？在不同配子结合机会相同的情况下，F2是否出现3∶1的性状分离比？

（学生活动后，汇报：全班共120次，其中CC为27次，Cc为55次，cc为38次，数量之比为1∶2.04∶1.41。）

师为什么我们的模拟数据有些偏差？

生因为我们抽的次数太少了。

师孟德尔统计了F2中紫花705株，白花224株，加起来将近1000啊！孟德尔花了8年的时间，做了7对相对性状，而每一对相对性状统计的数量又是上千的，在那个年代又没有计算器，而他是怎么坚持下来的？

（学生感慨。）

师当然，孟德尔不可能用这样的一个模拟实验进行验证。回到实验本身，按照前面的假说和推理，F1紫花应该产生两种配子，分别是C、c，且比例为1∶1，但配子是看不到的，如何用实验加以证明？孟德尔想到通过F1后代的表现型去间接证明。那么，应该与怎样的个体杂交？该个体应该产生怎样的配子？

生c。如果是C的话，后代的c就看不到了。

师怎样的个体能提供只有c的配子？

生纯种白花。

师请同学们翻看教材中给出的测交后代紫花和白花的数量与比例。这说明理论推理与实际相符合。

（教师板书测交图解，进而归纳出分离定律。）

师分离定律的核心是F1产生配子时，等位基因发生分离，产生两种比例相同的配子。

本节课的教学中，教师非常好地处理了铺垫性知识与核心知识之间的关系，把复杂繁多的概念渗透在实例中，解决了概念呈现与教学主线之间容易顾此失彼的常见问题；较好地突出了假说—演绎法，以科学研究的一般过程为线索展开教学；较好地利用了教材资源，几次引导学生阅读教材；较好地处理了预设与生成之间的关系，在学生活动中，教师对活动生成的数据进行了分析，并恰到好处地渗透了科学态度的教育。

但是，纵观整个教学过程，教师对与假说内容和推理结论还是有一点混淆——其实“配子中只有成对基因中的一个”“F1产生两种比例相同的配子”是推理后的结果。

因此，对于孟德尔发现并提出的问题，最好在让学生在看教材第6页的7对相对性状实验后，引导学生提出来。如果还能结合孟德尔的时代背景，即用当时盛行的融合遗传学说无法解释豌豆杂交实验中的遗传现象，再提出假说来尝试性地解释并加以验证，就会显得更符合科学发展的过程。