摩尔根假说演绎法 感悟生物教材中的“类比推理法”和“假说演绎法”
《高中生物课程标准》的基本理念之一是倡导探究性学习,要求学生重视科学研究的思想与方法,学习和掌握科学研究的方法及其应用。人教版普通高中课程标准实验教科书——生物必修②《遗传与进化》第2章第2节 "基因在染色体上"这节内容是在第1章发现遗传因子存在的基础上,引导学生继续寻找遗传因子即基因在细胞中的位置。
教材没有直接描述基因和染色体的关系,而是由萨顿的假说、基因位于染色体上的实验证据和孟德尔遗传规律的现代解释三部分内容编排而成。
美国遗传学家萨顿主要运用"类比推理法"提出了"基因在染色体上"的假说,美国遗传学家摩尔根等人运用"假说—演绎法"获得了基因位于染色体上的实验证据,最后利用他们所得出的结论对孟德尔遗传规律进行现代版的解释。
我觉得教材的这种编排更能启迪学生的探究思维,有利于教师引导学生用科学方法探求科学真理。 教师在进行本节内容的新授课教学时,导入新课后可引导学生结合减数分裂和受精作用的知识完成如下表格:
表格中反映的基因和染色体的行为特点其实就是美国遗传学家萨顿在1903年用蝗虫细胞作材料,研究精子和卵细胞的形成过程中发现的。然后让学生按照科学家萨顿的思路分析如下图例:
据图分析,基因和染色体的行为存在着明显的平行关系,因此,基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代的,基因就在染色体上。告知学生这就是美国遗传学家萨顿运用"类比推理法"得到的假说。 类比推理指是根据两个或两类对象在某些属性上相同,推断出它们在另外的属性上(这一属性已为类比的一个对象所具有,另一个类比的对象那里尚未发现) 也相同的一种推理。
用公式可以表示为: (1)A类对象具有a,b,c,d属性、规律; (2)B类对象具有a’,b’,c’属性、规律;其中a’,b’,c’分别与a,b,c相同或相似; (3)推出结论:B类对象(指要研究的对象)可能也具有d’属性,并且d’与d相同或相似。
"类比推理法"是以比较为基础的一种科学研究方法,但是"类比推理法"有一定的局限性,由类比推理推出的结论具有或然性。在充分了解两个或两类对象的相似性和差异性的基础上进行类比推理,会提高结论的可靠程度。
一般而言,相类比的两个(或两类)对象相同的本质属性愈多,以及它们与推出属性之间的联系愈紧密,则结论的可靠程度就愈高。因此,在进行类比推理的过程中,要充分运用分析和综合、归纳和演绎的方法,这样有助于增强类比推理推出结论的可靠性。
接着教材让学生了解另一位美国生物学家摩尔根,他对萨顿提出的假说表示怀疑,他更相信的是实验证据,他要通过确凿的实验找到遗传和染色体的关系。
正是由于摩尔根的这种大胆质疑,他发现果蝇是很好的研究材料,于是,他从1909年开始潜心研究果蝇的遗传行为,1910年5月的一天,在他的实验室中诞生了一只白眼雄果蝇,而它的兄弟姐妹都是红眼,显然这是一个变异体。 此时,教师在课堂上应作必要的知识铺垫,可出示果蝇的图片及体细胞的染色体图解:
学生通过构建常染色体和性染色体的概念,雌果蝇:3(对) XX;雄果蝇:3(对) XY。然后观察摩尔根等人所做的如下不同眼色果蝇的杂交实验:
学生据图推理:红眼与白眼果蝇杂交,F1全为红眼,F2中红眼:白眼=3:1,根据基因的分离定律不难发现,红眼和白眼是受一对等位基因控制的。但他们同时会产生疑问:果蝇白眼性状的表现为何总是与性别相联系?然后让他们进行讨论。
通过表达交流,大家就认识到,既然性染色体已经被发现,推测这个控制白眼的基因可能存在于性染色体上。如果用字母W表示控制果蝇眼色的基因,则红眼基因为W,白眼基因为w,有如下3种可能情况: 1.
白眼基因w只位于X染色体特有的区段; 2. 白眼基因w位于X和Y染色体的同源区段; 3. 白眼基因w只位于Y染色体特有的区段。 学生讨论各种情况,并画出遗传图解(包括正交与反交),发现只有第1种情况与摩尔根的实验结果完全相符。
这时教师把科学家当时的推测告知学生:控制果蝇白眼的基因在X染色体上,而Y染色体不含有它的等位基因。如此得到: 雌果蝇种类:红眼(XWXW)、红眼(XWXw)、白眼(XwXw) 雄果蝇种类:红眼(XWY)、白眼(XwY) 演绎推理:
合作学习:你能设计怎样的实验来证明上述演绎推理是正确的?(留有一定时间) 学生表达交流后,教师展示摩尔根等人测交的实验结果: 红雌(F1 )×白雄,结果为: 红雌 红雄 白雌 白雄 126 132 120 115 红雄(F1 )×白雌,结果为: 雌全为红眼,雄全为白眼。
实验证明:1个特定的基因(果蝇的白眼基因)真的在1条特定的染色体(X染色体)上。事实说明基因确实位于染色体上,也由此证明萨顿运用类比推理方法得出的结论是正确的。
以上摩尔根等人运用的推理方法即为"假说—演绎法"。 "假说一演绎法"是在观察和分析基础上提出问题以后,通过推理和想像提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。
如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确的,反之,则说明假说是错误的。它是现代科学研究中常用的一种科学方法。摩尔根等人"假说—演绎法"的具体步骤如下:1.
提出问题:果蝇的白眼性状为何始终与性别相联系?2.建立假说:控制果蝇眼色的基因位于X性染色体上,而Y染色体上不含它的等位基因;3.演绎推导:画出相应的遗传图解分析推理;4.实验检验:进一步做测交实验,分析实验结果;5.
得出结论:一个特定的基因(果蝇的白眼基因)在1条特定的染色体(X染色体)上,基因在染色体上。这时学生可能又会产生疑问:基因就是染色体吗?事实上,果蝇体细胞内只有4对染色体,但被人们研究过的基因达数百个;人只有23对染色体,携带的基因大约有几万个。
这些事实都说明一条染色体上应该有许多个基因。下列摩尔根等人绘出的基因在染色体上的位置连锁图和荧光标记图就是充分的依据,其中基因在染色体上的位置连锁图还证明了基因在染色体上呈线性排列。
既然科学家们已经用充分的证据证明了基因在染色体上,这时教师可引导学生运用此结论对孟德尔的遗传规律作现代版的解释。基因分离定律的实质是:在杂合体的细胞中,位于一对同源染色体的等位基因,具有一定的独立性;在减数分裂形成配子的过程中,等位基因会随同源染色体的分开而分离,分别进入两个配子中,独立地随配子遗传给后代。
基因的自由组合定律的实质是:位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的;在减数分裂过程中,同源染色体上的等位基因彼此分离的同时,非同源染色体上的非等位基因自由组合。 本节课的最后可用填写下列概念图的形式进行课堂总结:
针对以上填写的概念图,教师根据课堂实际情况,可以留出一定的时间让学生提出疑问。 [反思与感悟] "基因在染色体上"这节内容的教材体系能改变传统的课堂教学模式,体现教师带着学生走向教材,让学生亲自实践萨顿假说的发现过程,重新演绎当年摩尔根等科学家揭示事实真相的探究历程,把抽象知识形象化。
在此过程中,能让学生体验当年科学家们产生的疑问,不断提出新的疑问,学习他们科学务实的研究精神,感悟科学研究的方法,吸纳他们的智慧与成果,真正认同基因位于染色体上,基因在染色体上呈线性排列。
科学家萨顿运用"类比推理法"得出结论,可以说是对"假说—演绎法"提出"假说"的一种具体指导;摩尔根的实验证据则是验证类比推理提出的假说,同时摩尔根实验本身也是一个完整的"假说—演绎"过程。该体系能培养学生合作探究的能力,提高他们的生物科学素养。
