基于理性思维培养的课堂教学实践——以果蝇的性连锁遗传复习为例

□邵江樵

（宁波市效实中学，浙江宁波 315012）

基于理性思维培养的课堂教学实践
——以果蝇的性连锁遗传复习为例

□邵江樵

（宁波市效实中学，浙江宁波 315012）

理性思维是普通高中生物学的四个核心素养之一。教师可从实验与探究的角度，以假说与实验的关系为核心，围绕假说的目的、依据和验证等环节，在课堂教学中培育学生的理性思维。

核心素养；理性思维；假说；果蝇性连锁遗传

理性思维是普通高中生物学的四大核心要素之一，主要特征是逻辑思维。高中生物教学应植根科学课程，使学生在初中侧重形象思维的基础上进一步发展科学思维能力，尤其是逻辑思维能力，掌握并运用正确的思维方法，如假说-演绎法、分析比较法等。实现这一目标需要通过课堂教学来体现。课堂教学逻辑包含两个方面：一是教学推进的逻辑性，主要指内容、语言、板书等能融为一体，主线与支线协调、紧扣，教学推进系统流畅；二是教学内容的内在逻辑性，由学科本身及教学内容分析去解决。遵循教学逻辑就是按照学科的逻辑系统和学生认知发展规律，从教学推进以及教学内容两个层面遵循逻辑思路，有序、合理地开展生物课堂教学，培植理性能力[1]。如在有丝分裂的教学中大多数老师是按照母细胞在间期先进行物质准备，然后细胞分裂形成子细胞的时间顺序来展开教学内容，显得比较平淡，不易激发学生的学习热情。笔者抓住有丝分裂是体细胞增殖的主要方式，其结果是“子细胞=母细胞”这一特征，紧紧围绕子母细胞具有相同的遗传物质——DNA，从DNA复制的时间、条件、DNA的载体以及如何做到染色体的平分等环节逐一追问展开内容，来提高教学推进的逻辑性。下面以果蝇性连锁遗传的复习为例，谈谈如何进行教学设计践行理性思维的培育。

教学设计的指导思想：通过假说-演绎法，还原对果蝇红眼、白眼伴性遗传的认识过程，阐述在人类历史上第一个确定基因位于染色体上的一段经典的科学发现史，感悟“假说-演绎”科学思维对科学研究的重要性。

一、梳理方法、奠定基础

回顾浙科版必修1《分子与细胞》前言中生物学的研究方法：根据实验的结果提出能解释这个实验结果的某种假说，再对提出的假说用实验来进一步检验。结合孟德尔运用“假说-演绎”法揭示分离定律和自由组合定律的研究过程，梳理出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（肯定假说上升为理论或否定、修正假说），并突出提出假说的目的、提出假说需要的依据、假说具有预测性和假说需要验证，为对果蝇的性连锁遗传分析奠定基础。

二、利用假说进行自圆其说

摩尔根在果蝇的杂交研究中，于1910年，从野生型（红眼）果蝇培养瓶中发现了一只白眼雄性个体，通过杂交观察到了如图1所示的遗传现象。

图1

回顾初学伴性遗传时的假说：控制果蝇红眼与白眼的等位基因位于X染色体上，作遗传图解体会假说能解释实验结果，即用来自圆其说。

三、思考提出假说需要的依据

已知的科学原理：果蝇的染色体组成，并强调X染色体与Y染色体之间有同源区与非同源区之分（如图2）。

图2

已经发现的事实材料：从P→F2的遗传现象。

结合以上信息，能排除常染色体上和伴Y染色体遗传的可能，从而提出“控制果蝇红眼与白眼的等位基因位于X染色体上”的假说。

四、体会假说具有预测性和假说需要验证

用遗传图解预期测交实验（让F1的红眼雌蝇与白眼雄蝇交配）的结果，并与真实的测交结果比较（表1），体会假说具有预测性和需要验证。

表1

五、迷雾丛生

真的只有“控制红眼与白眼的等位基因位于X染色体的非同源区上”一种假说能自圆其说吗？假说“控制红眼与白眼的等位基因位于X、Y染色体的同源区上”也能自圆其说吗？与已有的测交结果矛盾吗？试用遗传图解说明。

通过遗传图解，似乎到了山穷水尽之处，有何办法能让两种假说决出胜负呢？

六、布里吉斯的测交验证

科学的发展并没有在两种假说前停步，摩尔根的学生布里吉斯（Bridges）1916年发现，将野生红眼雄果蝇和白眼雌果蝇杂交，对果蝇的红眼白眼基因（+/w）在X染色体上的位置作了回答，试用遗传图解说明。

布里吉斯的实验结果：大部分后代是红眼雌果蝇、白眼雄果蝇，与红眼白眼基因（+/w）在X染色体的非同源区上的预期的结果相一致，从而支持了“+/w在X染色体的非同源区上”的假说，在人类历史上第一个确定了果蝇的红眼白眼基因（+/w）位于（X）染色体上。

七、再假说、再验证

布里吉斯的实验在验证红眼白眼基因（+/ w）位于X染色体上的假说中作出了巨大的贡献，但也发现了预期之外的实验现象：每2000～3000只杂交子代中,（红眼）雌果蝇中出现一只白眼可育的雌果蝇，每2000～3000只（白眼）雄果蝇中出现一只红眼不育的雄果蝇，称之为初级例外后代[2]。为什么会出现这样的初级例外后代（如图3）？

图3

如何解释这种例外现象呢？布里吉斯再次提出了新的假说：X染色体不分离现象。

提出这种假说的依据是：已知决定果蝇雌雄性别的是X染色体与常染色体的比例，Y染色体上没有决定性别的基因，因此在果蝇的性别决定中Y染色体失去了作用。如XX（雌性）、XY（雄性）、XXY（雌性）、XO（雄性不育），受精卵中X染色体多于二条或不含有X染色体时，会引起胚胎致死或夭折。

试用遗传图解的形式解释初级例外。

怎样验证布里吉斯“X染色体不分离现象”的假说？

取初级例外果蝇相关组织的体细胞，制作成有丝分裂装片，在光学显微镜下观察，找出分裂期中期细胞，观察性染色体的数量和形态。结果在白眼雌果蝇装片中可观察到三条性染色体，其中二条是X染色体，一条是Y染色体；在红眼雄果蝇中只能观察到一条X染色体，由此验证了Bridges的假说。

课堂教学是一个理智的学习过程，教学的本质是帮助学生学习，而不是替代学生学习。生物课堂带给学生的也应该是更多的理性思考、深度的学习，这就意味着教师必须借助学生学习的逻辑，而不是处处沿用教材中的知识顺序，需要对知识内容重新加以编排，将知识以及获得知识的方法真正地传递给学生。

［1］吴久宏.教学遵循逻辑 理性引领教学——刍议高中生物逻辑性课堂的建构［J］.教学月刊·中学版（教学参考），2015（11）：28-30.

［2］邓过房.打开经典实验的问号——以摩尔根果蝇杂交实验为例［J］.生物学通报，2014（3）：9-11.