应用5E教学模式开展摩尔根果蝇杂交实验教学

◎福建省莆田第十中学 郑春粦

应用5E教学模式开展摩尔根果蝇杂交实验教学

◎福建省莆田第十中学 郑春粦

在充分挖掘教材的基础上，尝试运用5E教学模式进行探究教学，让学生参与科学论证推理的过程，体验摩尔根的科学探究历程，培养学生逻辑思维能力和科学探究能力，提升学生的生物科学素养。

5E教学模式；假说-演绎法；科学探究；生物科学素养

5E教学模式是美国生物学课程研究(BSCS)开发的基于建构主义教学理论的一种探究性教学模式，这种教学模式适用于包括生物学科在内的理科教学。该模式强调通过小组合作学习促进学生对科学概念的建构和理解；强调学生是学习的主体，教师是引导者和帮助者，教师的作用是促进学生更好地探究而获取科学的概念，提高学生的生物科学素养。5E教学模式一般包括吸引、探究、解释、精致和评价等五个教学环节。

建构主义认为学习不是学生简单地接收信息，而是学生根据自己的知识经验，对外部信息进行选择、加工以及处理，从而获得知识。摩尔根果蝇杂交实验是遗传学中的经典实验，人教版高中生物学教科书对此实验的遗传学解释及演绎推理过程没有进行全面阐述。并且一般对“摩尔根果蝇杂交实验”的教学是在引导学生发现果蝇眼色的遗传符合孟德尔定律、与性别有关之后，介绍摩尔根的假设并用假设来解释果蝇杂交实验。这种教学处理是向学生“灌输”实验结论，不利于学生主动建构知识。本文尝试运用5E教学模式进行探究教学，让学生参与科学论证推理的过程，体验科学研究的过程与方法。

一、创设问题情境，激发探究欲望

本环节一般通过创设问题情境引起认知冲突，从而激发学生对学习任务的探究欲望。

先让学生阅读教科书中的果蝇杂交实验图解：

比例3:1

并思考摩尔根为什么用果蝇进行实验？摩尔根的实验与孟德尔的实验有哪些共同的地方？用孟德尔的方法分析摩尔根的实验，有哪些现象是解释不了的？

摩尔根用果蝇作为实验材料是因为果蝇个体小、易饲养、繁殖快、后代个体多、染色体数目少等优点。从实验中不难看出，果蝇的红眼和白眼由一对等位基因控制，红眼对白眼为显性，而且F2中红眼和白眼数量之比为3:1，这是符合分离规律的。所不同的是F2中的白眼全为雄果蝇。对此学生不禁产生疑问：为什么实验F2中的白眼全是雄果蝇？果蝇的眼色遗传是否遵循孟德尔遗传规律？果蝇眼色性状的遗传与性别到底有何联系？

二、搭建思维“支架”，开展科学探究

本环节是5E教学的中心环节，教师可以根据前面产生的认知冲突提供一些必要的背景知识，引导学生进行探究活动。

首先展示雌雄果蝇的染色体组成图解，让学生识别雌雄果蝇的染色体组成，进一步分析比较并得出性染色体和常染色体的概念。

接着引导学生按照萨顿基因在染色体上的假说，根据雌雄果蝇的染色体组成图解和果蝇杂交实验，设问：控制果蝇白眼的基因是在常染色体上还是在性染色体上呢？如果在性染色体上又有哪些可能？提示学生应用假说一演绎法进行探究。

通过小组讨论，学生根据所学知识，提出以下三种假说:假说一，控制果蝇眼色的基因位于常染色体上；假说二，控制果蝇眼色的基因位于Y染色体上；假说三，控制果蝇眼色的基因位于X染色体上。

引导学生利用书写遗传图解的方式探究控制果蝇白眼的基因位于什么染色体上。但是性染色体上的基因型写法是学生以前从未接触过的，所以先教学生如何书写性染色体上的基因型，然后让学生尝试用遗传图解演绎推理实验现象。

三、分析探究结果，鼓励表达交流

解释环节是在探究完成后，让学生用自己的语言对探究的过程和结果进行推理解释,如果学生推理有困难，教师可以直接借助于学生的探究过程和结果来分析推理，帮助学生正确地理解新概念。

经过探究，学生发现假说一和假说二显然不能解释该实验，而假说三“控制果蝇眼色的基因位于X染色体上”可以解释摩尔根果蝇杂交实验。让学生代表在黑板上写出假说三的遗传图解，并用自己的语言解释，教师适时指导全体学生进行点评。

四、解释类似问题，提升探究能力

本环节主要是让学生运用新知识、技能来解决新问题，进行拓展性探究和实践，使学生加深或扩展对新概念的理解。

进一步介绍果蝇的性染色体，果蝇的Y染色体比X染色体长一些。X和Y染色体有一部分是同源的，如图中Ⅱ区段，该部分基因互为等位基因；X染色体上的非同源区段，即图中Ⅰ区段、Y染色体上的非同源区段，即图中Ⅲ区段，该部分基因不互为等位基因。

假说二和假说三其实是假设控制果蝇眼色的基因位于Y染色体的非同源区段和控制果蝇眼色的基因位于X染色体的非同源区段。于是有些学生就提出了第四种假说：控制果蝇眼色的基因位于X、Y染色体的同源区段。

假说四演绎推理的结果和摩尔根果蝇杂交实验结果也相符，难道这两种假说都对？而摩尔根只提出假说三，摩尔根错了吗？我们是不是有科学新发现？

在学生愤悱之际，教师适当点拨，提示学生孟德尔在假说一演绎过程中用测交实验验证假说。假如你是摩尔根，那么你应该怎样设计测交实验呢?学生自然而然想到将果蝇杂交实验中所得的F1中的红眼雌蝇和白眼雄蝇进行杂交，过程如表1所示。

表1 两种假说的F1红眼雌蝇和白眼雄蝇杂交实验

通过演绎推理发现两个测交实验的结果还是相同。怎么办呢?学生通过小组讨论发现:X、Y染色体同源区段Ⅱ和X染色体非同源区段Ⅰ的差异表现在雄性个体的基因型上。如果控制果蝇眼色的基因在X、Y染色体同源区段Ⅱ上，那么纯合红眼雄蝇基因型为XBYB，如果控制果蝇眼色的基因在X染色体非同源区段上，则红眼雄基因型为XBY，那么如何显现这两种差异呢?学生小组讨论决定用刚才测交所得的白眼雌蝇和野生型的红眼雄果蝇进行杂交，过程如表2所示。

表2 两种假说的白眼雌蝇和野生型红眼雄果蝇杂交实验

至此，学生发现两种假说出现了差异，证明了假说三控制果蝇眼色的基因位于X染色体上的非同源区段是正确的。

五、立足过程性评价，促进学生发展

该环节是对前四个环节的学习活动进行评价。可通过小测或练习评价学生的知识体系构建状况，也可通过观察学生的探究活动评价学生的探究技能，或者提出开放性问题评价学生对所学知识的理解和应用情况。

在学生小组探究过程中，教师适时做出点评，进行过程性评价。如对于学生在小组探究活动中出色的表现给于肯定和表扬，对于存在的问题要明确指出，并帮助学生分析原因、指引正确的思维方向。引导学生进行小结，如何判断基因位于常染色体上，还是X染色体上？如何判断基因位于X、Y染色体的同源区段还是位于X染色体上的非同源区段？

总之，通过5E教学模式这一现代科学教育课程倡导的探究性教学，创设问题情境激发学生的学习兴趣、产生认知冲突而导入教学，引导学生以小组合作学习方式进行探究性学习，应用探究习得的新概念、规律、方法来解释现象，并对新概念、规律、方法进一步拓展和应用，使之内化为学生认知结构，从而提高学生的生物科学素养。

（责任编辑：陈欣）