基于生物科學(xué)史以及問題串的教學(xué)實施-以“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）”為例 論文

基于生物科學(xué)史以及問題串的教學(xué)實施——以“孟德爾的豌豆雜交實驗（一）摘要：人教版高中生物必修二《遺傳與進(jìn)化》的核心關(guān)鍵詞是“基因”，教材主要是按照相應(yīng)的生物科學(xué)發(fā)展史的順序進(jìn)行編寫。在科學(xué)史實背景下開展教握學(xué)科知識也利于學(xué)生自主地形成最樸素的科學(xué)史觀，知識形成的歷史性、問題串的邏輯動力有助于引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和思維方式的構(gòu)建。關(guān)鍵詞假說問題串演繹歸納一、教學(xué)背1、教學(xué)內(nèi)容一對相對性狀的雜交”是人教版高中《生物.必修二.遺傳與進(jìn)化》第一章第”節(jié)。本章內(nèi)容包括兩節(jié)：第一節(jié)《孟德爾的豌豆雜交實驗（一）》，第二交實驗（二）》。在每一節(jié)，教材均以孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律的層層深入地展開。本節(jié)首先簡單介紹孟德爾地生平，然后以假說演繹法相對性狀地雜交實驗。本節(jié)是第二節(jié)地基礎(chǔ)，因此開展好本節(jié)地教學(xué)就顯地尤為重要。2、學(xué)情分析根據(jù)課程的安排，本節(jié)需在高一下學(xué)期中旬的時候完成教學(xué)，對于高一的學(xué)生來說，遺傳是抽象的也是模糊的，因此他們的學(xué)習(xí)是存在一定難度的。這就要求教師在教學(xué)的過程中，要進(jìn)行合理的引導(dǎo)，找到適合他們的教學(xué)模式。3、教學(xué)目標(biāo)（1）學(xué)生能簡單闡明分離定律，并能用分離定律解釋或預(yù)測一些遺傳現(xiàn)象。（2）通過對孟德爾一對相對性狀雜交實驗的分析，培養(yǎng)歸納與演繹、抽象與概括的科學(xué)思維，體會假說演繹法和孟德爾的創(chuàng)新思維。（3）學(xué)生能認(rèn)同在科學(xué)探究中正確的選用實驗材料、運用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法、提出新概念以及運用符號體系表達(dá)概念的重要性。4、教學(xué)重難點（1）教學(xué)重點：對分離現(xiàn)象的解釋和驗證，分離定律；假說演繹法（2）教學(xué)難點：對分離現(xiàn)象的解釋；假說演繹法的研究思路二、教學(xué)預(yù)教學(xué)環(huán)節(jié)師生活動教師先舉例說明什么是遺傳，比如說：這個孩子像爸爸也像媽媽。讓學(xué)生對遺傳形成基本的認(rèn)識，認(rèn)同遺傳現(xiàn)象的普遍性。再引導(dǎo)同學(xué)閱讀問題探討，總結(jié)在當(dāng)時的科學(xué)背景下被普遍接受的遺傳觀點是什么。介紹融合遺傳引出孟德爾請學(xué)生總結(jié)融合遺傳的基本內(nèi)容。再問同學(xué)，結(jié)合自身實際判斷下，融合遺傳是否科學(xué)，從而引出在那個時代，勇于質(zhì)疑的孟德爾。教師先引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本上對孟德爾的簡單介紹，教師再簡述孟德爾的學(xué)習(xí)背景以及研究基本過程，并強調(diào)實驗材料的重要性，從而引出豌豆的雜交實驗。在此過程中設(shè)置一些問題認(rèn)識孟德爾問題①：豌豆作為遺傳學(xué)實驗材料有什么優(yōu)點？相關(guān)問題：什么是性狀？什么又是相對性狀？走近雜交實驗學(xué)生嘗試做出回答，教師進(jìn)行總結(jié)和評價豌豆有很多易于區(qū)分的相對性狀，我們先以其中一對相對相對性狀為例，即豌豆的高莖和矮莖。逐步展示一對相對性狀的雜交實驗。并設(shè)置如下問題：問題②：雜交子一代中只有高莖，是因為和高莖作為母本有關(guān)系嗎？如何驗證？說明豌豆是結(jié)在母本上的，所以會有這樣的疑問，說明正反交的概念，并和學(xué)生討論總結(jié)實驗方案，展示結(jié)果；問題③：上面已經(jīng)證明和誰做母本沒有關(guān)系，那么子一代沒有出現(xiàn)矮莖，是因為矮莖這個性狀在雜交過程中消失了嗎？如何驗證將F1進(jìn)行自交，觀察后代是否出現(xiàn)矮莖。實際實驗中自交后代出現(xiàn)了矮莖，說明矮莖沒有消失，只是隱而未現(xiàn)。由此孟德爾提出顯性性狀和隱形性狀的概念。問題④：孟德爾沒有停留在表象的觀察上，還進(jìn)行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)F2中出現(xiàn)近似3：1的分離比。這個比例是必然的還是偶然的？孟德爾又進(jìn)行了其他幾對相對性狀的雜交實驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)果都是近似3：1，說明該結(jié)果是必然的問題⑤：為什么自己后代必然會出現(xiàn)3：1的性狀分離比？教師向?qū)W生說明為了解決這個問題，孟德爾基于自己的知識基礎(chǔ)和大膽假設(shè)，提出了相關(guān)的假說內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生閱讀假說的內(nèi)容，解釋現(xiàn)象并讓學(xué)生嘗試總結(jié)主要內(nèi)容。然后指導(dǎo)學(xué)生基于前面講的雜交實驗，根據(jù)假說的主要內(nèi)容，繪制遺傳圖解，嘗試解釋。提出假說請學(xué)生板演遺傳圖解，教師進(jìn)行評價，向?qū)W生強調(diào)遺傳圖解書寫的規(guī)范性經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生認(rèn)同孟德爾的假說能解釋自己的雜交實驗，在此，教師要說明，假說能解釋已經(jīng)發(fā)生的事情，只能說明它的合理性，要能總結(jié)為科學(xué)定律，還要能預(yù)測沒有發(fā)生的現(xiàn)象。由此引出孟德爾根據(jù)假說進(jìn)行的演繹推理，即預(yù)測測交實驗的實驗結(jié)果。教師向?qū)W生說明測交實驗的內(nèi)涵，引導(dǎo)學(xué)生寫出相應(yīng)的推測過程，即相應(yīng)的遺傳圖解。寫完之后，再讓學(xué)生結(jié)合書本上相關(guān)史實進(jìn)行對照。發(fā)現(xiàn)預(yù)測和真實的實驗結(jié)果是相符的。即是驗證了假說。通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對分離定律已經(jīng)有了初步的認(rèn)識，現(xiàn)在歸納概括應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生嘗試進(jìn)行分離定律的總結(jié)。并和學(xué)生一起回顧孟德爾的研究過程，說明假說演繹法是在生物學(xué)中常用的科學(xué)研究方法，強調(diào)該方法的重要性。知識是抽象的，模擬實驗可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性。因此學(xué)生進(jìn)行模擬實驗，體會性狀分離現(xiàn)象是必要的。為了幫助學(xué)生順利的進(jìn)行模擬實驗，設(shè)置如下問題。問題1：兩個小桶分別模擬了什么？問題2：桶中的小球又模擬了什么？模擬實驗問題3：分別從兩個桶中隨機(jī)抓取一個小球模擬了什么？問題4：抓取的小球組合在一起模擬了什么？學(xué)生帶著相關(guān)問題進(jìn)行模擬實驗的設(shè)計以及實際執(zhí)行。最后記錄相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，組內(nèi)和組別之間進(jìn)行匯總討論，教師進(jìn)行評價總結(jié)。運用規(guī)律引導(dǎo)學(xué)生完成教材上的練習(xí)題反饋總結(jié)教師進(jìn)行講解總結(jié)三、教學(xué)片片段1：介紹融合遺傳，引出孟德爾教師：遺傳其實我們在初中就學(xué)過，請同學(xué)們回憶下什么是遺傳？學(xué)生：遺傳就是親代和子代的相似性教師：對，相似性。遺傳是一種現(xiàn)象，它指的是親子間性狀的相似性。比如我們經(jīng)常會聽到有人說：這個孩子長得像他爸爸或者像他媽媽。那這個現(xiàn)象肯定會存在一定的規(guī)律。請同學(xué)們閱讀問題探討，找下在當(dāng)時的時代背景，被主要接受的遺傳理論是什么？學(xué)生：是融合遺傳。教師：那同學(xué)們結(jié)合實際以及現(xiàn)代的觀點思考下，融合遺傳科學(xué)嗎？學(xué)生：不科學(xué)。比如說：父母都是高個子，也可能會勝出矮個子的孩子。教師：同學(xué)們很善于思考。要知道在當(dāng)時，挑戰(zhàn)一個被廣為接受的科學(xué)理論是需要知識和勇氣的，那么在當(dāng)時是誰這么有勇氣呢？學(xué)生：孟德爾教師：請同學(xué)們靜下心來閱讀課本上關(guān)于孟德爾的生平，認(rèn)識下他成功的必然性。學(xué)生：認(rèn)真閱讀課本相關(guān)內(nèi)容。教師：相信同學(xué)們對孟德爾有了基本的認(rèn)識。孟德爾的成功有很多因素在里面，這些造就他成功的必然性。我簡單和大家說下他的背景。他出生于一個貧苦的農(nóng)民家庭，雖然窮苦他也從小就接受學(xué)校的教育，而且從小就表現(xiàn)出對大自然的無限熱愛，重要的。后來，在別人的救濟(jì)和幫助下，完成了學(xué)業(yè)。學(xué)成后來到修道院學(xué)習(xí)，修道院的神甫告訴他遺傳是由神的意志決定的，孟德爾顯然是不同意的。在成功的是他選對了實驗材料，選對材料是實驗成功的一半。這個材料就是豌豆，所以能力很重要，機(jī)遇也重要。豌豆是嚴(yán)格的自花傳粉，閉花傳粉植物，自然狀態(tài)下一般果更加可靠也便于分析，當(dāng)然還要其他優(yōu)點，等下需要你們?nèi)グl(fā)現(xiàn)總結(jié)。孟德爾利用單因子分析法，即每一次只研究一對相對性狀。潛心研究多年。他發(fā)現(xiàn)他的雜不相符的。后來一個偶然的機(jī)會，孟德爾了解到道爾頓的原子學(xué)說，由此他靈光一現(xiàn)，提出了遺傳因子的說法。孟德爾在我們現(xiàn)在看來是成功了，但是由于他不是結(jié)論在當(dāng)時并沒有引起廣泛重視，同時，達(dá)爾文也錯失了了解遺傳本質(zhì)的機(jī)會，遺憾死去。但是，真理是永恒的，總會有被發(fā)現(xiàn)和證實的一天，對于它的重視可能會遲到，但肯定會到同學(xué)們說完之后，你們有什么認(rèn)識嗎？同學(xué)1：做學(xué)問要持之以恒，有耐心。同學(xué)2：要大膽質(zhì)疑，小心求證同學(xué)3：科學(xué)的發(fā)展是必然的，一直在進(jìn)行的，是樸素的有邏輯的......片段2：觀察現(xiàn)象，提出問題教師：在以高莖為母本，矮莖為父本的雜交實驗中，雜交后代只有高莖。那是不是因為是高莖做母本的關(guān)系呢？如何驗證呢？學(xué)生：進(jìn)行另一組實驗，把矮莖做母本，高莖做父本。教師：非常好。你們剛才講的和我講的實驗就是互為正反交實驗，可以探究性狀和母本之間的關(guān)系。孟德爾進(jìn)行的正反交實驗，結(jié)果都是子一代全高莖，那說明排提出另一個假設(shè)，是不是矮莖這個性狀在雜交過程中消失了呢？又如何驗證呢？學(xué)生：讓F自交1教師：F自交后代又出現(xiàn)了矮莖，說明矮莖這一性狀并沒有消失，只是隱而孟德爾提出顯性性狀和隱性性狀的概念。注意是有一個隱含前提的，即是一對相對性狀的純和親本雜交，后代出現(xiàn)的是顯性性狀，沒有出現(xiàn)的是隱性性狀。教師：F后代同時出現(xiàn)顯性性狀和隱性性狀的現(xiàn)象叫性狀分離，注意一定是出現(xiàn)親本沒1有的才叫性狀分離現(xiàn)象。孟德爾還進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)自交后代出現(xiàn)的比例近似3：1，那么孟德爾怎么會想到進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計呢？學(xué)生：因為他學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)統(tǒng)計學(xué)。教師：那這個分離比的出現(xiàn)是一次偶然的還是必然的呢？學(xué)生：必然的。因為他又進(jìn)行了另外幾對相對性狀的雜交實驗，發(fā)現(xiàn)都是近似于3：1。教師：觀察的很認(rèn)真，確實是必然的結(jié)果，那為什么會出現(xiàn)這個結(jié)果呢，后面就是孟德爾的假說了。四、寫在后通過本節(jié)學(xué)習(xí)，學(xué)生對遺傳這個表面現(xiàn)象會深入到對本質(zhì)進(jìn)行探究，并且初次在生物學(xué)中體驗假說演繹法的研究過程，掌握了解決問題的又一科學(xué)方法，并且謹(jǐn)性和邏輯性。在本節(jié)的教學(xué)中，介紹孟德爾的時候，著重介紹背后的科學(xué)故事，也是科學(xué)發(fā)展史的一部分，一方面有助于同學(xué)形成學(xué)習(xí)的背景，零一方面也有助學(xué)史觀，在后續(xù)的學(xué)習(xí)中，學(xué)會主動去研究背后的科學(xué)發(fā)展史。另外，在主要教學(xué)環(huán)節(jié)中，為了學(xué)生更好的理解實驗過程，提出依托研究過程的一系列問題，即問會提出問題，嘗試提出解決問題的方法，并主動分析結(jié)果?！睹系聽柕耐愣雇愣闺s交實驗（一）》只是我舉的一個教學(xué)案例，為了直觀地說明在教學(xué)過程穿插背后地科學(xué)發(fā)展史，是可行地而且是有意義地。例如說學(xué)生通過自己地實驗觀察到自己地雜交結(jié)果和當(dāng)時的融合遺傳理論不相符的時候，大膽提出質(zhì)疑，并繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)的雜交實驗，總結(jié)出超時代的理論，他們就會認(rèn)識出就提出的，要依據(jù)一定的知識基礎(chǔ)和真實實踐，從而形成對知識嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度；還有在知道孟德爾是擅長自然學(xué)科、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科的時候，就會認(rèn)識到學(xué)習(xí)的重進(jìn)行分科教學(xué)背景下，學(xué)科是相對獨立的，但也存在交叉，互相之間都會又所影響甚至是促進(jìn)。諸如等等好處。適合穿插科學(xué)發(fā)展史的還有很多，比如說《基因在染本質(zhì)》等，需