張運(yùn)發(fā)（江西省瑞金第三中學(xué)江西瑞金 342500）

淺析生物教材中的隱性科學(xué)教育素材的教育功能
——以“孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)”為例

張運(yùn)發(fā)（江西省瑞金第三中學(xué)江西瑞金 342500）

通過(guò)挖掘“孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)”章節(jié)內(nèi)容中包含隱性的科學(xué)素養(yǎng)教育素材作一歸納，介紹在生物教學(xué)中如何進(jìn)行科學(xué)史和科學(xué)研究方法的教育。

孟德?tīng)?隱性 科學(xué)素養(yǎng) 教育素材

文件編號(hào)：1003－7586（2017）01－0068－03

“孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)”是人教版高中生物《必修2·遺傳與進(jìn)化》的第一章第一、二節(jié)內(nèi)容。這兩節(jié)的教學(xué)內(nèi)容都是按照科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的順序來(lái)構(gòu)建框架體系，并按孟德?tīng)柕膶?shí)驗(yàn)過(guò)程，由現(xiàn)象到本質(zhì)，層層深入地展開(kāi)討論。在呈現(xiàn)方式上，這兩節(jié)同樣強(qiáng)調(diào)科學(xué)史和科學(xué)研究方法的教育，讓學(xué)生猶如親歷科學(xué)家的探索過(guò)程，從濃郁的歷史感中獲取科學(xué)知識(shí)和對(duì)科學(xué)方法的領(lǐng)悟。教材的這種編排意圖就是突出了科學(xué)史和科學(xué)研究方法的教育，進(jìn)而提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。下面就本章節(jié)內(nèi)容包含隱性的科學(xué)素養(yǎng)教育素材作一歸納，以饗讀者。

1 從孟德?tīng)柕纳街?，領(lǐng)略科學(xué)家對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)

教材中介紹孟德?tīng)柕纳降膬?nèi)容篇幅不多，只是簡(jiǎn)單介紹其自小熱愛(ài)科學(xué)，后來(lái)進(jìn)修了自然科學(xué)和數(shù)學(xué)，并堅(jiān)持了8年的實(shí)驗(yàn)，以豌豆為材料獲得了成功。但筆者認(rèn)為，在生物課堂教學(xué)中，應(yīng)顯現(xiàn)出孟德?tīng)柛嗟乃夭?，?lái)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

1.1 熱愛(ài)科學(xué)，對(duì)科學(xué)有一種無(wú)由的愛(ài)

孟德?tīng)柍錾趭W地利的海因策多夫的小村中。父親是個(gè)農(nóng)民，擅長(zhǎng)嫁接，母親是個(gè)園林工人。由于家庭的影響，孟德?tīng)栕孕】釔?ài)自然科學(xué)。他上過(guò)小學(xué)和中學(xué)，但因家庭經(jīng)濟(jì)困難，不得不中途輟學(xué)。1843年，到布隆的奧古斯汀修道院當(dāng)修道士。孟德?tīng)柌粌H在數(shù)學(xué)和物理學(xué)方面有很好的基礎(chǔ)，而且對(duì)農(nóng)業(yè)的各個(gè)學(xué)科有著廣泛的興趣。他既是遺傳學(xué)家，又是園藝學(xué)家和氣象學(xué)家。他培育的倒掛金鐘被命名為“孟德?tīng)柕箳旖痃姟?。?856年起，他還致力于氣象學(xué)的研究，1863年至1869年間曾發(fā)表過(guò)多篇?dú)庀髮W(xué)的論文。孟德?tīng)栕钭吭降某删褪怯嘘P(guān)植物的雜交實(shí)驗(yàn)，這一工作從1856年至1872年，共持續(xù)了17年之久，其中豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)成績(jī)最為突出。從這里，可以感受到孟德?tīng)枌?duì)科學(xué)的癡迷，對(duì)科學(xué)的執(zhí)著，對(duì)自然現(xiàn)象有著廣泛的愛(ài)，而正是有了這種喜愛(ài)，孟德?tīng)柌拍軋?jiān)持，耐得住寂寞，才會(huì)用心研究，才會(huì)堅(jiān)持八年耕耘，提出豌豆蘊(yùn)藏遺傳的秘密。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)特別注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，讓學(xué)生多接觸大自然，通過(guò)對(duì)大自然的了解，來(lái)引領(lǐng)學(xué)生對(duì)自然科學(xué)的關(guān)愛(ài)。

1.2 勤奮刻苦，有豐富、扎實(shí)的知識(shí)

孟德?tīng)栔阅艹晒Γc他對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)是分不開(kāi)的，同樣與他扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)也分不開(kāi)。孟德?tīng)栐诰S也納大學(xué)進(jìn)修學(xué)習(xí)時(shí)，通過(guò)對(duì)自然科學(xué)的學(xué)習(xí)，逐步形成了生物類型是可變的，可以通過(guò)雜交產(chǎn)生新的生物類型等進(jìn)化思想。同時(shí)孟德?tīng)栠€學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，并受到“數(shù)學(xué)方法可以應(yīng)用于各門自然科學(xué)之中”的思想影響，產(chǎn)生應(yīng)用數(shù)學(xué)方法解決遺傳學(xué)問(wèn)題的想法，他使孟德?tīng)柍蔀榈谝粋€(gè)認(rèn)識(shí)到概率原理能用于預(yù)測(cè)遺傳雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)家。他以當(dāng)時(shí)科學(xué)家無(wú)法理解的方式，將數(shù)學(xué)和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，發(fā)現(xiàn)了被后人稱為“性狀分離定律”和“自由組合定律”的遺傳規(guī)律。從這里，可以知道，孟德?tīng)柕陌l(fā)現(xiàn)不是憑空想象的，不是偶然的，而是因?yàn)樗哂胸S富的自然科學(xué)和數(shù)學(xué)知識(shí)，是由于8年的雜交實(shí)驗(yàn)的積累，才能把數(shù)學(xué)和遺傳學(xué)研究很好地聯(lián)系起來(lái)。因此，在教學(xué)中，教師要教育學(xué)生不要偏科，各學(xué)科知識(shí)間應(yīng)是相互滲透的，進(jìn)行科學(xué)研究，不僅要有熱情，還要有豐富、扎實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。

2 從孟德?tīng)柕膶?shí)驗(yàn)過(guò)程中，領(lǐng)悟科學(xué)家的思維方式，學(xué)習(xí)其科學(xué)求真、創(chuàng)新精神

教材中關(guān)于分離定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程體現(xiàn)了“觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——分析問(wèn)題、提出假設(shè)——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證假說(shuō)——?dú)w納綜合、總結(jié)規(guī)律”的科學(xué)研究一般過(guò)程。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，分析孟德?tīng)柕目茖W(xué)研究方法，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)也是本節(jié)教學(xué)的主要目標(biāo)之一。教師在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合課標(biāo)的要求、教材的特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知情況，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，并在教學(xué)活動(dòng)中創(chuàng)設(shè)下列問(wèn)題：孟德?tīng)栐陔s交實(shí)驗(yàn)中是如何發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題的？如何提出假說(shuō)以解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的？又是如何驗(yàn)證他的假說(shuō)的？通過(guò)這些問(wèn)題的思考，幫助學(xué)生確立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的精神。

2.1 從“觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”環(huán)節(jié)中，學(xué)習(xí)孟德?tīng)柕目茖W(xué)求真精神

在教學(xué)時(shí)，教師不能簡(jiǎn)單地復(fù)述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，而應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生模擬參與到孟德?tīng)柕倪z傳實(shí)驗(yàn)中，并按照孟德?tīng)査季S來(lái)設(shè)置問(wèn)題：為什么子一代都是高莖而沒(méi)有矮莖？矮莖到哪去了？消失了嗎？孟德?tīng)柸绾谓鉀Q這一疑惑的？為什么子二代中矮莖又出現(xiàn)了？矮莖又出現(xiàn)了能說(shuō)明什么？通過(guò)什么方法得出子二代出現(xiàn)3∶1的性狀分離比？子二代出現(xiàn)3∶1的性狀分離比是不是偶然的？為排除偶然性，孟德?tīng)栕隽四男┕ぷ?？教師引?dǎo)學(xué)生討論、思考、分析上述問(wèn)題，從而讓學(xué)生領(lǐng)悟孟德?tīng)栠\(yùn)用的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法的意義，同時(shí)也讓學(xué)生明確科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)不得半點(diǎn)虛假，對(duì)通過(guò)必須結(jié)論反復(fù)實(shí)驗(yàn)得來(lái)，不能憑一偶然數(shù)據(jù)來(lái)得出。這就是孟德?tīng)栠€要做其他6對(duì)相對(duì)性狀雜交實(shí)驗(yàn)的原因，也是孟德?tīng)枅?jiān)持不懈地追求科學(xué)真諦的執(zhí)著精神的體現(xiàn)。

2.2 從“分析問(wèn)題、提出假設(shè)”環(huán)節(jié)中，學(xué)習(xí)孟德?tīng)柕目茖W(xué)創(chuàng)新精神

孟德?tīng)栐谟^察和統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，果斷地摒棄了前人融合遺傳的觀點(diǎn)，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，提出了?duì)分離現(xiàn)象的假設(shè)。而對(duì)于他的假設(shè)，教材中并沒(méi)有介紹其相關(guān)背景，這將使學(xué)生認(rèn)為孟德?tīng)柺翘觳?，認(rèn)為科學(xué)研究是偶然的猜想，是件很輕松的工作。這樣不僅不符合科學(xué)發(fā)展的實(shí)際，也給學(xué)生留下了科學(xué)發(fā)現(xiàn)來(lái)得很容易的錯(cuò)誤印象。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師有必要簡(jiǎn)要介紹，孟德?tīng)枙r(shí)代研究生物遺傳的背景，如：18世紀(jì)末、19世紀(jì)初，奈特選用豌豆做雜交實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到用豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料有許多優(yōu)點(diǎn)。豌豆有許多性狀區(qū)分明顯的品種，是嚴(yán)格的自花受粉物種，在子代中性狀的表現(xiàn)很容易區(qū)分。特別是奈特第一次發(fā)現(xiàn)豌豆種子灰色對(duì)白色是顯性，用雜交種子和白色種子回交，子代中有灰色和白色兩種子粒。蓋爾特納分析了9 000多個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出用混合花粉授粉，子代中不會(huì)出現(xiàn)性狀混合的結(jié)論。他認(rèn)為受精的只有一種花粉，每一花粉粒都各自獨(dú)立地起作用。薩葉里用西葫蘆做雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)，第一次把兩個(gè)親本的性狀排列成一組組相對(duì)性狀，雜交后得到的雜種，性狀既不混合，也不是中間型，表現(xiàn)與親本之一完全相同。雜種的每一個(gè)性狀對(duì)另一個(gè)性狀來(lái)說(shuō)是顯性的。薩葉里的貢獻(xiàn)在于進(jìn)一步明確一個(gè)性狀對(duì)另一個(gè)性狀的顯性關(guān)系以及性狀的獨(dú)立分配。上述的科研工作和進(jìn)展為孟德?tīng)柕难芯抗ぷ鞯於嘶A(chǔ)。在這樣的歷史背景下，孟德?tīng)栔纸鉀Q植物的形態(tài)和花的顏色等是遵循什么規(guī)律傳給子代的問(wèn)題。孟德?tīng)栠B續(xù)8年進(jìn)行相關(guān)的雜交實(shí)驗(yàn)，在前人的基礎(chǔ)上，他敢于質(zhì)疑，才使他發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中蘊(yùn)含的規(guī)律性本質(zhì)；把數(shù)學(xué)方法引入生物學(xué)的研究，由于實(shí)驗(yàn)方法和思維方法的創(chuàng)新，才使孟德?tīng)枦_破原有的觀念，提出顆粒性遺傳的假說(shuō)。

2.3 從“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證假說(shuō)”環(huán)節(jié)中，學(xué)習(xí)孟德?tīng)柕膰?yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度

在教學(xué)中，教師不僅要讓學(xué)生明確子一代形成配子時(shí)遺傳因子的行為是假說(shuō)的核心內(nèi)容；在分析的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析測(cè)交實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證配子的原因，弄清實(shí)質(zhì)與現(xiàn)象的關(guān)系，應(yīng)充分考慮演繹推理能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練，并兼顧科學(xué)探究能力的培養(yǎng),使學(xué)生領(lǐng)悟思想精髓。

教師可以先通過(guò)簡(jiǎn)單的例子引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)演繹推理的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生上升到孟德?tīng)枌?shí)驗(yàn)思想是由現(xiàn)象到本質(zhì)、由性狀推測(cè)遺傳因子組成的高度。然后，再引導(dǎo)學(xué)生討論“F1（Dd）形成配子時(shí)D和d真的分離并且進(jìn)入不同配子了嗎？如何來(lái)證明？……通過(guò)這些討論讓學(xué)生明確理解測(cè)交思想的精髓，讓學(xué)生進(jìn)一步嘗試進(jìn)行孟德?tīng)枩y(cè)交實(shí)驗(yàn)中的推理過(guò)程,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)孟德?tīng)柺讋?chuàng)的測(cè)交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的假說(shuō)是多么的巧妙，理解“假說(shuō)—演繹法”的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，同時(shí)領(lǐng)悟孟德?tīng)枃?yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

總之，為提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，教材中的有關(guān)“思考與討論”──孟德?tīng)柅@得成功的原因、孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的再發(fā)現(xiàn)等，都可作為科學(xué)素養(yǎng)教育的素材，教師引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)孟德?tīng)枃?yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，勤于實(shí)踐、勇于探索的精神。

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