遗传学的分离定律范文

时间:2023-11-14 17:37:34

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遗传学的分离定律

篇1

关键词:高中生物;遗传学定律;复习;学困生;对策

遗传学是生命科学领域中的一个重要知识点,在该领域中有着举足轻重的作用。因此,高中生物遗传学的知识一直以来都是教学的重点,同时也是难点,相当一部分学生对遗传学的知识存在模糊不清的现象,似懂非懂,学困现象相当普遍。不少学生往往只能应用遗传定律处理一些常规题型,如果把染色体、减数分裂、基因及基因表达等知识结合起来进行综合考试,则往往难以准确解答。为此,本文主要针对高中生物遗传学定律复习中的学困现象成因及对策进行探讨。

1.把孟德尔豌豆杂交实验上升为遗传规律

1.1学困现象成因分析

在对孟德尔豌豆杂交实验进行复习的过程中,不少师生对于杂交实验的推导过程过于重视,将大量的精力集中在对推理环节的分析过程中,反而忽视了实验自身的完整性与连续性,学生也没有明白实验本身其实是一个科学的发现过程。

1.2相应对策

建议在对本知识点进行复习的过程中,教师应当适度为学生讲解遗传学发展的历史和背景,把孟德尔豌豆杂交实验置于科学发展的进程中进行说明。实际上,从当下的角度来看,孟德尔遗传定律在1866年提出时很难被大众所认可也并不是偶然的因素,因为这一理论已经超越了当时的生物学发展水平。孟德尔采用豌豆这类常见植物进行杂交实验,不管是在当时还是现在,这个实验过程都可以具象化,并不断进行重复,因为豌豆的很多性状描述都是可触摸的、真切的存在,但实验的结论却是看不见摸不着的所谓“遗传因子”的传递规律,也就是现在的“基因分离及自由组合”的遗传规律。通过这种背景介绍的方式,学生能够切身体会到孟德尔这位遗传学之父在当时历史条件下的推导过程。

2.误把3∶1和9∶3∶3∶1看作定律

2.1学困现象成因分析

学生经常把这两个比例用在解题的过程当中,甚至不少学生还将其看作是一个“公式”到处进行套用,未能对这两个比例的含义进行正确理解。造成这一学困现象的原因就是学生将部分看成是整体,并未充分理解定律本身揭示的是基因在遗传过程中会怎样进行分配与传递的规律,而不是比例。

2.2相应对策

针对这一问题,教师在教学过程中应当重点关注遗传学内容的条理性与整体性,引导学生弄清楚教材只是对一个科学严谨的发现与论证过程进行了展示,而这一过程则是一个环环相扣的过程,是从发现问题到作出假设、验证假设并得出结论的过程。具体来说,教师应当引导学生对以下内容进行理解:第一,上述两个比例并非是定律,而是指性状分离比,它们是生物体遵循遗传定律后出现的结果,而不是定律。第二,即便在遗传过程中生物体遵循定律,也不一定是遵循上述比例,这是因为上述典型的比例出现需要很多的前提条件,比如不同类型配子生活力相同、精卵的结合随机,不同子代存活机会均等。因此,从本质上来看,豌豆的杂交实验过程并非遗传定律,而同样,3:1和9:3:3:1这类常见的比例也不属于定律。

3.难以对遗传定律描述的主体进行正确理解

3.1学困现象成因分析

遗传学定律中既涉及到了基因的分离或自由组合,减数分裂中也有同源染色体分离和非同源染色体的自由组合,而基因又在染色体上。在考查时,往往会在减数分裂时带上基因,在基因考察时又涉及到染色体,这就导致不少学生经常出现什么自由组合什么分离混乱的现象。实际上,在不同的条件下,分离指的既是等位基因的分离,同时包括同源染色体的分离,自由组合是非同源染色体上的非等位基因自由组合。出现这种现象的原因主要是由于学生对遗传规律的多层次性缺乏足够清晰的认识。

3.2相应对策

针对这一现象,教师应当将孟德尔遗传定律和减数分裂过程的先后顺序解释清楚,即孟德尔遗传定律揭示之后,减数分裂過程才被实验证实,换而言之,孟德尔在当时也并不知道减数分裂,更未求证出同源与非同源染色体的变化。实际上,孟德尔定律揭示的是分子水平的基因遗传规律,而减数分裂则揭示了细胞水平或染色体水平的染色体的分配规律。这两个规律描述的主体分别是基因和染色体,二者并非属于同一研究层次,也非同一时代被发现。直到1909年时,摩尔根的果蝇遗传才证明了基因和染色体的关系,上述两个定律才有了交汇的关系。因此,分离既指等位基因的分离,同时也包括同源染色体的分离,非同源染色体自由组合也是如此,这两者并非矛盾的关系,而是从不同层次和角度分别对遗传规律进行了阐述。

4.对孟德尔定律的应用范围模糊不清

4.1学困现象成因分析

导致这一学困现象的原因主要是学生忽视了孟德尔定律的应用前提,对定律的应用范围不清晰所造成的。

4.2相应对策

篇2

关键词:学科教学知识(PCK);孟德尔遗传定律;遗传因子的发现

中图分类号:G633.91 文献标识码:A 文章编号:1009-010X(2013)02-0069-04

一、问题提出

斯坦福大学教授舒尔曼(LeeS.Schulman)在1985年的美国教育研究委员会例会上提交的一份研究报告,首次提出了PCK(pedagogical content knowledge)的概念。该报告于次年在美国教育研究协会会刊《教育研究者》上正式发表。此后,国外一些学者对该概念的内涵与意义进行了跟进和探讨,论述较多,但歧见犹存。

PCK在国内被翻译为“学科教学知识”或“学科内容教学化知识”。我国教育界近些年对这一概念给予了关注和重视,文献检索发现:PCK出现的频率正在逐年攀升,已经由早期的一般性评介转为学科化应用。但生物教育研究文献鲜有涉及,有关中学生物学科PCK的文献检索结果为零。

早在1972年,学者Aspy和Silverman在一项研究中发现,教师的课堂教学行为与教师拥有的教育学、心理学知识之间没有明显的相关性。此后的1974年,另两位学者Dunkin和 Biddle则对教师的学科知识与学生成绩之间的关系进行了研究,结果表明,教师的学科知识与学生成绩不存在统计学上的相关性[1] 。也就是说,对生物教师而言,教师对生物科学专业知识掌握的多少也与学生学习成绩之间没有直接关系。

学科教学知识的基本内涵或核心价值就在于“基于学生立场,实现知识转化”。具体到生物学科,那就是教师要善于将生物科学的学科逻辑转化为学生学习的心理逻辑。生物教师的PCK不是单一的生物科学专业知识,也不是跨越学科的一般教学法知识,而是二者的有机融合。可以说,生物教师的PCK是生物教师独有的和使教学最有效的知识,也是区别生物教学专家与生物学科专家、专家教师与新手教师的知识。因此,从PCK的角度来研究生物教师和生物教学,对促进教师专业发展和提升教学的有效性具有重要的现实意义。

二、研究方法

采用文献分析法,并辅以访谈法。主要运用一定的分析框架对生物教师及其教学设计文本、PPT课件和视频课录像进行质的研究。同时,对其中一些资料不全者追加访谈。

(一)文献来源

采用专家教师案例。这些案例来自于一些专家型教师有关“孟德尔遗传定律”话题的文字或视频资料。这些专家教师都具有高中生物学科的中学高级教师职称,教龄超过15年,均为地市级以上学科带头人或骨干教师。

本研究所采信的案例具体包括:①北京柳老师的《高中生物“遗传的基本规律”教学研究》,载于“广东省2011年普通高中教师职务培训”培训平台;②广州市朱教师、佛山市李教师和江门市刘老师的《遗传因子的发现》的说课稿、教学设计或课堂教学现场。

(二)分析框架

舒尔曼理论的继承者格罗斯曼(P.L.Grossman)在1990年对PCK的内涵进行了操作性解释,认为教师的PCK由4部分组成:①关于一门学科的统领性观点(关于学科性质的知识和最有学习价值的知识);②关于学生对某一课题理解和误解的知识;③关于课程和教材的知识(特定学习内容在横向和纵向上的组织和结构的知识);④特定主题教学策略和表征的知识[2]。同时,William R.Veal和James G.Makinster将PCK划分为普通、学科和话题3种基本类型,并对话题PCK的内涵进行了进一步阐释。

综合前人的内涵分析,本研究将孟德尔遗传定律话题PCK内涵确定为五个维度:①本话题的教育价值;②本话题的核心内容及其联系;③本话题的任务和目标;④本话题的前概念和学习困难;⑤本话题的教学策略。

本研究就是借鉴上述分类框架,结合文献和案例研究,对人教版高中生物课程中的“孟德尔遗传定律”话题进行PCK内涵分析。

三、研究结果

本话题在人教版教科书中的课题名称为《遗传因子的发现》,属于必修二《遗传与进化》的第1章(开篇章节),为4~5课时。这里从上述五个维度,对孟德尔遗传定律话题呈示PCK分析结果。

(一)孟德尔遗传定律话题的教育价值

首先,本话题包含较多专业名词术语,可以为后续学习奠定知识基础。

本话题涉及一些重要的遗传学基本概念,包括遗传因子、性状、相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离、自由组合、杂交、自交、测交、正交、反交、纯合子、杂合子、基因型、表现型、完全显性、不完全显性等,还包括遗传图谱和遗传实验分析图解等。所以,本话题建立的概念体系能够为后面学习摩尔根实验和伴性遗传提供知识基础和认知支架。

其二,本话题包含重要的科学探究方法,有助于培养学生的科学思维。

孟德尔运用“假说-演绎法”,发现了生物遗传的基本规律。孟德尔所采取的是一种完全不同于达尔文博物学模式的“实验生物科学模式”,从科学假设出发,用科学实验来检验假设,用数学方法来显示、分析和预测实验结果。

孟德尔在观察和分析基础上提出问题,再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。这就是“假说-演绎法”。

此外,本话题还涉及到单因子实验(一对相对性状的杂交实验)和多因子实验(两对相对性状的杂交实验)等科学实验方法,特别是用自由组合定律的研究来渗透多因子实验的思想,在高中生物课程中具有重要价值。

其三,本话题包含重要的科学史料,有助于对学生进行科学品质的培养。

《遗传与进化》模块教科书是以人类对基因的本质、功能及其现代应用的研究历程为主线展开的。孟德尔的工作属于开创性的,了解孟德尔所处的年代以及当时的研究背景,能够更深刻地体会孟德尔遗传定律的重要价值。

教科书基本按照人类认识发展的历史进程来安排,从孟德尔到摩尔根再到沃森和克里克等。这样既展示科学的过程与方法,又体现个体水平、细胞水平、分子水平的遗传学知识的内在逻辑联系;既能引导学生不断提出问题,分析和解决问题,尝试像科学家那样进行解释和推理,又能从众多科学家表现出的科学精神、科学态度等优秀品质中获得感悟。

4位教师的内涵分析均涉及上述3个方面的内容,但清晰程度有所不同,其中1位教师的分析具体而全面。

(二)孟德尔遗传定律话题的内容及其联系

一是关于本话题的内容及其内部结构。

本话题以孟德尔发现遗传因子为主线。孟德尔遗传定律包括基因的分离定律和自由组合定律,前者研究的对象是一对相对性状的遗传规律,是后者的基础;后者是研究两对及多对相对性状的基因在不同对的同源染色体上的遗传规律,是前者的延伸和发展。其内容和结构图解如下:

图1 本话题的内容及其联系(柳忠烈,2011)

二是关于本话题与前后话题的外部联系。

前面学习过的细胞结构和有丝分裂等内容是本话题的细胞学基础。同时,本话题有关遗传因子在亲子代之间传递规律,有助于学生按照人类认知发展过程,来进一步从细胞水平和分子水平学习遗传规律,即教科书的第2章《基因和染色体的关系》和第3章《基因的本质》。基因的分离规律是学习自由组合规律、摩尔根实验和伴性遗传的重要基础,自由组合规律则是学习生物变异和遗传育种的重要基础。

本话题的内容是学习后续话题的基础,后续话题的内容则是对本话题的拓展和深化。教科书对《遗传与进化》模块内容的定位,是力求让学生从基因水平来理解生物的遗传和进化。随着人们对遗传和进化的认识深入到基因水平,遗传从本质上说是基因的代代相传,可遗传的变异从本质上说是生物体基因组成的变化,进化过程中物种的形成从本质上说是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。

4位教师的内涵分析均涉及上述2个方面,其中2位教师对第二部分的分析略显不够全面和具体。

(三)孟德尔遗传定律话题的任务和目标

课标在本话题的具体内容标准包括“分析孟德尔遗传实验的科学方法”和“阐明基因的分离规律和自由组合规律”,活动建议为“模拟植物或动物性状分离的杂交实验”。 结合教材内容和学生实际,我们可以将上述课程目标转化和细化为如下教学目标:

知识目标:简述豌豆作为遗传实验材料的特点;简述孟德尔一对和两对相对性状的豌豆杂交实验过程;简述孟德尔的科学假设及演绎推理,演绎结果的验证过程及结论的获得过程;阐明分离定律和自由组合定律的基本要点;运用分离定律和自由组合定律解释一些遗传现象。

能力目标:模仿母本去雄、套袋隔离和人工辅助授粉等杂交操作过程;学会用概率学知识分析实验结果及对未知结果进行预测;学会用假说-演绎法进行生物学问题的研究;能够运用测交原理设计实验验证显性个体的基因组成;学会用规范的遗传图解对遗传现象进行合理的解释;学会用孟德尔定律解决遗传育种和医学实践中的一些问题;学会利用孟德尔定律设计遗传学实验方案。

情感态度价值观目标:通过孟德尔等科学家的生平事迹,认同科学家严谨、创新、质疑等科学品质;感悟孟德尔成功的原因及杰出的贡献;体验实验材料选择、数据分析对生物学研究的重要意义。

在上述目标中,教学重点应放在以下几个方面:孟德尔实验现象的分析、假说的提出、假说的演绎、假说的验证及结论的获得;学会用孟德尔定律解决遗传育种和医学实践中的一些问题,设计遗传学实验方案。

4位教师对知识目标的设计和重点目标的确认基本相同,但对能力目标和情感态度价值观目标的设计则表现出明显的差异。同时,有3位教师对教学目标的表述存在明显缺陷,包括3个维度的区分、目标层次的把握和行为动词的使用都有不足。

(四)孟德尔遗传定律话题的前概念及学习困难

学生已具有的基础:日常积累的有关生物性状和性状分离现象等生活经验,初中生物所学有关分离规律等初步的遗传学知识,高中生物所学有关细胞结构和细胞分裂等细胞学知识。

学生学习难点主要包括:孟德尔实验现象的分析、假说的提出和演绎、假说的验证及结论的推导;用概率学知识分析实验结果及对未知结果进行预测;用假说-演绎法进行生物学问题的研究。

下面是关于学习中存在的常见问题及其教学建议:

一是概念繁杂导致难以准确把握,进而影响对遗传定律的理解和应用。

概念多,且是第一次接触,容易混淆。建议将这些概念的学习放在孟德尔实验过程的学习中进行,同时注意进行比较,通过对比帮助学生理清概念之间的区别与联系。

二是不善于用概率的思想指导实验分析和问题解决。

孟德尔定律是统计学的定律,是概率的定律。因而概率思想必须渗透到教学中,帮助学生用概率的思想去理解和应用孟德尔定律。抛硬币及其相关概率的计算是学习的必要基础,同时应注意反复渗透和讲练结合,要不断地在实验分析和问题解决的过程中强化概率思想。

三是遗传学知识的综合应用能力欠佳,常常影响对新情境问题的解决。

对于缺乏遗传学背景知识的学生来讲,遗传学始终是比较抽象的内容,遗传学知识的应用始终是教学中的难点。分析和解释某些遗传学现象是孟德尔定律学习的拓展和延伸,认识和解决问题的基础就在于孟德尔定律的教学。一方面,教师应注意带领学生沿着科学家思维的轨迹来分析和思考问题;另一方面,学生缺少遗传育种方面的感性经验,教学可以逐步由简单到复杂渗透遗传学实验设计和遗传育种方面的应用。

四是思维训练的缺失,导致对“假设-演绎法”的理解和应用难以深入。

学生不善于运用“假设-演绎”的思想来演绎孟德尔实验的研究过程和指导实验的设计。为解释植物杂交试验现象,孟德尔提出了一系列天才般的假说。而这些假说又很好地解释了3∶l和9∶3∶3∶1的实验结果。测交后代的表现型及其比例真实地反映出子一代产生的配子种类及其比例,根据子一代的配子型必然地可以推导其遗传组成,揭示这个奥秘对演绎推理的论证过程起到画龙点睛的作用。孟德尔的这一系列假说现在已被科学实验证明是完全正确的。

五是对孟德尔定律的理解深度不够,面对某些遗传特例时常常不知所措。

高考中越来越重视利用一些遗传特例来考察对基因分离定律和自由组合定律的理解。这些遗传特例往往会产生一些经典孟德尔比例的变形比例,如3∶1变形为2∶1,9∶3∶3∶1变形为9∶6∶1等。教师可以利用复习课对此进行说明和例析。

4位教师对学生学习困难的相同认识集中在前两项,后面三项则表现出明显的个性化差异,不同教师的看法不尽相同。

(五)孟德尔遗传定律话题的基本教学策略

上面针对学生的学习困难呈示了相应的教学策略,下面是一些关于本话题的整体教学策略:

一是采用问题导学,通过引导学生质疑和推理来组织本话题的教学。

二是遵循“学习实践创新”的基本思路,注意适当介绍孟德尔发现遗传规律的过程,让学生领悟到孟德尔的成功离不开坚实的知识基础、持之以恒的实验探索和勇于创新的科学精神。

三是要重视实验的演绎推理,用科学方法教育来统领教学的全过程,渗透“发现问题提出假设验证假设 总结规律”的科学思维方法。

四是采用“原型模型原型”的思路组织模拟实验的教学,并将模拟实验与孟德尔的豌豆杂交实验结合起来以突破教学难点。

4位教师对上述整体教学策略有相同或相似的看法,但具体操作和实施细节上又明显地呈现出各自的教学特色和偏好(限于篇幅,不一一列举)。

四、小结

PCK内涵分析不失为一种有效的教研活动方式,既为传统的教学研究注入了新的元素,也为教师专业发展找到了新的增长点,更为打造高效课堂提供了重要的支撑力。

本研究认为,专家教师的话题PCK内涵十分丰富,且具有个性化特点。一方面,这些教师对孟德尔遗传定律话题教育价值的理解、对教材内容及其前后联系的把握、对教学任务的界定和教学目标的设计,具有诸多相似的看法,表现出较为明显的趋同性。另一方面,这些教师对学生学习困难的把握、对教学策略的运用,又具有个性化的特点,表现出一定的差异性。总体而言,研究显示,这些专家教师均具备良好的学科基础、经验积累和教学智慧,能够较好地将本话题的生物学知识与教学原理结合起来,在一定程度上实现了学科内容的教学化和心理化。

同时,这些专家教师的话题PCK也存在一些不足,主要是对有关三维教学目标设计的把握不够准确和到位,在将生物学知识转化为学生容易理解的知识方面还有进一步提升的空间。

需要说明的是,本研究是一个新的尝试,仍有待于进一步深化。建议继续对中学生物教师的PCK进行系统和持续的观察和研究,比如通过面对面访谈了解生物教师PCK的个体性差异,通过问卷调查对专家教师与新手教师的PCK特质进行对比分析,通过文献分析和课堂观察对优秀教师的PCK进行提炼和总结,或者通过教师校本行动研究对某些重要话题进行PCK内涵分析。

参考文献

篇3

关键词:动物遗传学;教学实践;教学质量

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2014)06-133-03

《动物遗传学》是动物科学等相关生物专业的一门重要的专业基础课程,主要学习内容包括遗传学基本定律―孟德尔的分离定律和自由组合定律以及摩尔根的连锁互换定律,遗传的染色体理论,遗传的重要物质核酸的结构与功能,群体遗传结构中基因频率与基因型频率的概念以及遗传平衡定律Hardy-Weinberg平衡理论、影响平衡的各种因素:选择、迁移、突变、遗传漂变等,数量性状的概念与主要遗传参数遗传力、遗传相关和重复力的概念及计算方法[1]。目的是让学生了解遗传学的发展历史,掌握遗传学的基本知识和基本理论,理解分子遗传学的基本原理与研究方法,为后续课程的学习奠定基础。

动物遗传学在学习过程中具有较强的理论性、逻辑性,并且相对抽象,属于畜牧专业中比较难学的一门课程。随着高校教育教学改革的不断深入以及素质教育的推进,课堂理论较实验课程较少并且不断压缩,已经由课程初始设置的125学时减少到目前的50学时,甚至是44学时。压缩理论课时,学生普遍反映遗传学课程的教学内容较多、时间较为紧张、知识面跨度大、学习难度大,并且在学习的过程中经常产生抵触的情绪,给教学工作带来较多的困难。因此,在教学过程中,基于以学生为本的教学思想,应积极改进遗传学教学法,并且重点培养学生学习遗传学的兴趣,调动学生的学习积极性和主动性,这对于提高遗传学教学效果,培养学生的综合素质具有十分重要的意义。采取何种教学方法,如何提高其教学效果,值得深入探讨。

1 培养学生对动物遗传学的学习兴趣,充分发挥学生主体作用

兴趣才是最好的老师,它能有效地诱发和强化学习动力。单单靠一块黑板和一本教材传授、笼统地灌输知识,势必会降低学生对课程的学习兴趣,并且直接影响学习的效果。绪论作为第一节课,是教师宏观的对学生介绍一门课的方向,并且是与学生的第一次接触,教师自身的水平、性格、态度、言语表达、情感、穿着等都会给学生留下较为深刻的印象。在绪论课上,可精选一些典型的遗传学学史事例,一些在遗传学领域中作出较为重要贡献的历史人物事迹,在当前医学、生物技术等领域的应用与遗传学相关并且所起到的至关重要的作用的事例,充分展示课程的重要性,在学生了解遗传学的建立与发展的同时,进而使学生学习兴趣得到提升。

2 采用多媒体教学,展示更多的研究信息

对于遗传学的学习,教授的引导、启发、推理以及学生的想象占据了大部分内容。在教学实践中,教授过程应运用生动的语言,教师应充当引导者和组织者的角色,充分发挥其引导作用激发学生对遗传学的学习兴趣。在有丝分裂、减数分裂、基因表达调控等内容教学过程中,应该将教学内容与实际生活充分地联系起来。把多媒体辅助教学、动画及图像结合起来激发学生强烈的学习兴趣,有利于学生对知识点形成较为直观地形象理解。以学生为主体,通过照片、视频等媒体为辅助,生动形象的介绍学习内容,建立学生对知识点的直观理解,使学生对其产生新鲜感并成为对认知过程形成主体意识的主动构建者。在学生心理方面,随着时间的推移,学生对学习的新鲜感会逐渐减弱并且产生微妙的变化,这种变化表现在学习态度以及行为方面。从教师角度来看,如果单纯利用视听媒体的优势不断地向学生灌输知识和信息,只是依托媒体照本宣科,势必成为另一种形式的“满堂灌”;追求“直观”也不能限制学生想象、思考的空间而迟滞抽象思维的发展。因此在利用多媒体教学的过程中,应当把启发式教学的思想预先注入媒体的图像、视听造型及媒体的组合之中,确定启发式精讲与媒体的启发式展示相结合的教学策略。

3 对于不同的章节,应采取不同的授课方式

采取题海战术在遗传学的教学实践中是不可取的。例如遗传的三大定律、染色体数目及结构变异等不需要死记硬背,教师应通过鼓励学生多做习题或者上习题课的方法来掌握。在布置习题的过程中,应有针对性地选择一些典型的习题并重点说明。在批改学生作业的过程中,要发现学生的问题所在,对习题进行深入地解析,使学生可以牢固地掌握所学内容。

4 增设讨论课,提高学生的分析与总结能力

遗传学内容抽象,不易掌握。在教学过程中常出现有些学生可以理解,有些学生一知半解的现象,应充分对某些学习内容开展一些必要的课堂即兴讨论,增加学生的学习兴趣。例如在有丝分裂、减数分裂、遗传学的三大遗传规律教学中,针对处于不同时期及染色体在分裂过程中的动态变化规律和对某些概念点的实质的联系、区别,在细胞核遗传、细胞至遗传以及母性影响的区别和联系,还有一些较为典型的F因子、Fc因子及Hfr区别和相互影响,这些都可以作为课堂上较为典型的问题进行提问和讨论。如有必要可将其作为一次课后作业让学生充分思考。在经过充分的讨论及课后的静心思考后,可由学生自主理清思路并且以小论文的形式提交作业或者以讨论形式在下一节课堂上进行专门的讨论。这种形式[2]可充分改变由教师一个人形成的主讲式课堂,并不是从一个教师的角度去理解问题,而是从学生个人的角度去学习理解。这种穿插式的讨论和教学方法会使学生对遗传学的学习兴趣增加并且对知识体系产生深入地认识,提高了自主学习性,并使学生的总结能力、分析能力得到提高。教师在教学中可以组织学生各抒己见、自由地表达对问题的观点,教师可适当的引导和提问,让学生相互质疑、相互补充等从中得出结论,然后教师对所得出结论进行点评。值得一提的是,在教学过程中,教师要善于发现并且捕捉到学生的闪光点,对不同水平的学生给予适当的评价和鼓励,使学生保持着一种积极好学的心态,充分发挥以学生为主体的作用。

5 精心准备遗传学的实验课

遗传学在农业、医学、环境污染治理、生物多样性的保护等方面具有重要作用,而实验教学是不可分割的重要部分[3]。实验教学在育人方面有其独特作用,不仅可以授人以知识和技术,培养学生的动手能力与分析问题、解决问题的能力,而且能够影响人的世界观、正确的思维方法和严谨的工作作风。实验室是实验教学的主要场所,而实验教学又是培养有创新思维、创新能力人才的最佳途径。在遗传学课程的安排中,实验课占了1/3~1/4。实验课不仅能激发学生的求知欲,而且能加深学生对所学理论知识的理解,锻炼学生的实验操作技能,有助于提高学生观察、思维、分析和创新等方面的能力。

随着遗传学的发展,仅仅停留在以果蝇为材料的实验方法上,远远无法满足学生的需要。可以结合生物科学目前发展的趋势,为学生开展一些分子生物学的实验,例如DNA的提取、基因克隆、DNA测序、转基因等等,让学生对当前的实验技术有所了解[4]。这不仅能够激起学生学习的兴趣,还有利于培养学生进一步在生物科学领域深造的欲望。

6 培养学生的信息素质和自学能力

教师的教学体系应该与时俱进,要利用网络的生物资源对学科的发展前沿进行适当的调整和数据库共享,对网络资源的应用和对课堂教学的引入都极大的利于学生在对遗传学课程学习知识体系的扩展、更新和学生自学能力、自身素质的提升。

随着遗传学的快速发展,遗传学在教学中的缺陷表现为教材内容的滞后性,因此产生在学习中对课本获取知识的不足。但网络的信息资源的数据共享便可弥补这一缺陷,因此为教学构建了一个较为便捷的平台。教师在教学过程中可采取由学生提出关键词、教师总结的方法,让学生进行网络查询,使网络与课本相结合,自主了解最新的研究成果和研究进程,有助对学生积累信息的能力和自主学习的能力的提升,并且可以对所学的内容有所巩固,开阔学生的专业知识视野。

7 多做习题,熟练掌握各种遗传规律

世界是多姿多彩的,性状的遗传也是非常复杂的。如果在教学中缺乏实习、加上实验条件的限制,没有接触各种遗传现象的机会,则可以通过做各种各样的习题来弥补。如为学生出各种各样的习题,每讲过一段以后,可进行一次习题课的讲解,最后再做一次综合练习。让学生从各种各样的习题中发现、掌握各种各样的遗传现象和遗传规律,从中摸索分析问题,解决问题的方法。

8 提高自身的语言表达水平

有人说教师的语言如钥匙,能打开学生心灵的窗户。好的教师语言是教师从事教育、教学工作必备的条件。教师语言水平的高低,直接影响到教学效果和教学质量的优劣[5]。作为一个合格的人民教师,必须不断地提高自己的语言表达水平,尽量使自己的语言幽默诙谐。苏联作家斯维洛夫说:“教育家最主要的也是第一位的助手是幽默。”一个概念,讲授时有无幽默感,表达效果就不大一样。幽默能引起学生的兴趣,加深学生的理解和记忆。趣味性一般指教学语言生动形象、富于情趣。教学语言的趣味性也是教育教学成败的重要条件之一。

9 结语

以上是对遗传学教学中的体会作了一些总结和探讨,如何采用不同的教学方式教学手段和网络资源,提高学生的学习积极性和主动性,从而提高教学的效率与质量,是一项非常艰巨的任务,还有待于在教学实践中逐渐探索和研究。

参考文献

[1]胡文明,徐翠莲.探讨遗传学教学方法 提高学生学习效果[J].黑龙江生态工程职业学院学报,2010(05):95-96.

[2]刘金文,曹宁,余丽芸,等.遗传学实验教学改革初探[J].安徽农学通报(上半月刊),2012,(23):177-179.

[3]王林生,张雅莉,王彬.本科遗传学教学内容与方法探讨[J].高教论坛,2010,(09):22-24.

篇4

关键词 孟德尔定律概念辨析性状基因

中图分类号 Q-49

文献标识码E

新课标高中生物必修2《遗传与进化》模块在三本必修书中相对较难,尤其是其中遗传的相关内容,往往是新课学习中甚至是复习中的难点和丢分点。在学习了减数分裂、有性生殖、遗传的物质基础的前提下,继续深入学习遗传学的基本定律——孟德尔定律,对各个基本遗传实验现象进行深入分析,无疑会促进学生透过现象,把握本质,深入地理解并掌握生命遗传的内在规律。但是在以往的教学或复习过程中,在学习孟德尔的两大基本定律时,学生往往在一些基本概念上一知半解导致难以全面掌握,甚至于在高三总复习时还很模糊,因而经常在分析一些基本遗传实验时出错。下面就尝试着对克服学习孟德尔定律的难点有关的几个基本概念进行辨析,有利于学生对遗传定律的理解掌握。

1 性状与基因

遗传学中把生物体所表现的形态结构、生理特征和行为方式等统称为性状。任何生物都有许许多多性状。有的是形态结构特征(如豌豆种子的颜色、形状),有的是生理特征(如人的ABO血型,植物的抗病性、耐寒性),有的是行为方式(如狗的攻击性、服从性)……在孟德尔以后的遗传学中把作为表现型显示的各种遗传性质称为性状。在诸多性状中只着眼于一种类型性状——单位性状进行遗传学分析已成为遗传学研究中的常规手段。

基因是具有遗传效应的DNA分子片段。在DNA分子上呈线性排列,线状DNA分子上的片段很多,但是只有能转录并能有效翻译指导合成相应蛋白质的才叫基因,有遗传效应指的就是有效表达合成蛋白质,而蛋白质是各种生命活动的承担者,各种性状就是靠具体不同结构不同功能的蛋白质来体现的。

生物体的各种性状是由基因控制的。性状的遗传实质上是亲代通过生殖过程把基因传递给了子代。在有性生殖过程中,和卵细胞就是基因在亲子间传递的“桥梁”。一个人所表现出来的性状,是由基因通过转录和翻译等过程,控制蛋白质的合成所表现出来的。但是性状的表现是基因和外界环境的共同作用,以基因为主,外界环境为辅。性状就是由内在遗传物质控制的外在表现,如:中国人天生是黑发直发,后天烫成卷发染成黄发,那么黄发卷发是性状吗?很明显不是。

单位性状:孟德尔在研究豌豆等植物的性状遗传时,把植株所表现的性状总体区分为各个单位作为研究对象,这样区分开来的性状称为单位性状。豌豆的花色、种子形状、子叶颜色、豆荚形状、豆荚(未成熟的)颜色、花序着生部位和株高等性状,就是7个不同的单位性状。

2 相对性状与等位基因

相对性状,即指同种生物同一性状的不同表现类型,如豌豆花色有红花与白花之分,种子形状有圆粒与皱粒之分等。相对性状分为隐性性状和显性性状。

等位基因指的是同源染色体上决定一对相对性状的两个基因,如豌豆的紫花基因和白花基因。孟德尔遗传实验中的7对相对性状分别由7对等位基因控制。控制显性性状的基因叫显性基因,通常用大写英文字母表示;控制隐性性状的基因叫隐性基因,通常用小写字母表示。比如,控制豌豆紫花的基因用A表示,控制豌豆白花的基因用a表示,那么A--a就可以叫一对等位基因。

3 基因型与表现型

基因型又称遗传型,它反映生物体的遗传构成,即从双亲获得的全部基因的总和。据估计,人类的结构基因约有3万对。因此,整个生物的基因型是无法表示的,遗传学中具体使用的基因型,往往是指某一性状的基因型,如白化病的基因型是cc,它只是表示这一对等位基因不能产生酪氨酸酶。所以基因型是从亲代获得的,可能发育为某种性状的遗传基础。表现型是指生物体所有性状的总和。但整个生物体的表现型是无法具体表示的。因此,实际使用的表现型,往往也是指生物发育的某一具体性状,如体内不能产生酪氨酸酶等。表现型是生物体把遗传下来的某一性状发育的可能变成现实的表现。

基因型、表现型与环境之间的关系,可用如下公式来表示:表现型=基因型+环境。人类的疾病几乎都与遗传有关,也都受环境的影响,只是不同的疾病受环境与遗传两个因素影响的程度不同,某些疾病明显地受遗传支配,而另一些疾病则受环境的显著作用。

4 完全显性

有没有人对你说过,“你的睫毛长长的,像你妈妈”或“你笑起来像你爸爸”?你和你的父母相像,是天经地义的,因为你遗传了他们的基因,你的基因一半来自父亲,一半来自母亲,这些基因在你的细胞里组合在一起,最后塑造了你。你生命的所有的特征,或称为性状,都是由这些基因控制的,它构成了我们生命的小小“说明书”。

那为什么你的睫毛就得像妈妈一样是长长的,而不能像爸爸一样是短短的呢?这就是遗传学家研究的问题。研究性状是如何遗传的遗传学是一门非常复杂的科学。很多性状都是由多个基因对共同作用的,也有是由单一的基因对控制的,比如长睫毛,这类性状的遗传相对简单些。

显性基因的力量比隐性基因要强,甚至能让隐性基因失去作用。显性基因和隐性基因在你身上是怎样起作用的呢?如果你从父母身上遗传了两个长睫毛的显性基因,你的睫毛就是长的;如果你遗传了一个显性基因和一个隐性基因,你的睫毛仍然是长的,因为显性基因让隐性基因失去了作用;如果两个基因都是隐性的,那你的睫毛就是短的。这种作用现象就叫完全显性。

5 杂交、自交与测交

杂交:遗传学中经典的也是常用的实验方法。通过不同的基因型的个体之间的而取得某些双亲基因重新组合的个体的方法。通过杂交把双亲的优良性状综合到杂种后代中,再经选育而成新品种,这是目前培育新品种的重要方法。

在实践中,杂交主要用于判断性状的显隐性关系。如具有一对相对性状的纯种亲本杂交,子代所表现出来的性状就是显性性状,未表现出来的性状为隐性性状。正确选择亲本杂交,可根据子代的性状表现和数量比例判断该性状的遗传特点。

自交:自交指来自同一个体的雌雄配子的结合或具有相同基因型个体间的或来自同一无性繁殖系的个体间的。例如植物,雌雄同花植物的自花授粉或雌雄异花的同株授粉均为自交;动物,由于多为雌雄异体,所以基因型相同的个体间即为自交,其含意较植物要广泛些。

注意正确区分“自交”、“自由”和“近交”三个类似的概念,试做如下的辨析:(1)自由不同于自交。自由是指群体中的雌雄个体随机,而自交在狭义上是指植物的自花授粉或雌雄异花的同株授粉,一般来说,有性别决定的生物不能自交。可见自由与自交的界线分明,切不可混淆。(2)近交不同于自交。近交是指亲缘关系较近个体间进行的,亲缘关系相近的两个个体至少有一个共同祖先,一般以在祖代或曾祖代有共同祖先的两个体就算近交,在遗传学上属于完全或不完全的同型。可见,狭义上的自交与近交存在包含关系,如自花授粉植物就是最近的近交的典型。值得注意的是,近交是改良家畜的重要手段,但不是常规手段,因为近交会使群体均值下降,产生衰退。

在实践中,自交主要用于鉴定某对相对性状的遗传是否遵循基因的分离定律,也可用于鉴定某种显性植株的基因型,若该个体自交,在子代数量足够多的情况下,子代出现性状分离,则该个体为杂合子,若子代不出现性状分离,则为纯合子。同时在杂交育种中,连续自交是获取能稳定遗传的纯种的主要方法。与测交相比,自交不需人工去雄、套袋、人工授粉等操作,如果被鉴定者是纯合子,鉴定结束后,子代仍然是纯合子,而不象测交那样子代成为了杂合子,因此自交与测交相比更为简便易行。

但是杂合体通过自交必然导致等位基因的纯合而使隐性有害性状表现出来,因而自交往往会产生生活力降低、体重减轻、繁殖力低、抵抗力弱和畸形等不良后代。大多数雌雄同花的植物,往往靠风媒、虫媒等进行异花传粉,或者雌雄蕊成熟期不同,以保证异花传粉。自交或近亲繁殖的后代,虽然会出现产量和品质下降等问题,但白花授粉作物由于在长期进化过程中已适应了自花授粉,所以一般来说不产生明显的自交衰退现象。

在遗传学上,存在一词多用、一意多名的现象,如植物称自交,动物学中指自群繁育。

测交:是孟德尔在验证自己对性状分离现象的解释是否正确时提出的。为了确定子一代(F1)是杂合子还是纯合子,让子一代(F1)与隐性纯合子杂交,这就叫测交。但有时候即使已知某个个体是杂合子,该杂合子与隐性纯合子的也叫测交。同时教材上孟德尔在验证对两对性状重组现象的解释时,让F1与双隐个体进行测交,不少学生就误以为在研究两对相对性状时,只有亲本组合是双杂和双隐时,才叫测交,其实任何遗传规律都源于先对一对相对性状的观察。观察两对性状的遗传规律时,都是先单独观察的,所以只要保证每对性状都是测交,整个组合就是测交。进一步引申,未知基因型的显性个体和隐性纯合体亲本用以测定显性个体的基因类型,遗传学上常用此法测定个体的基因类型。

在实践中,测交往往用来鉴定某一显性个体的基因型和它形成的配子类型及其比例。在子代个体数量足够多的前提下,若所有子代均为显性个体,则F1是纯合子,若子代显性个体和隐性个体的数量接近1:1,则F1是杂合子。其原理是亲本中隐性纯合子只产生一种仅含隐性基因的配子,子代的性状种类和数量关系实际上体现了F1(显性亲本)所产生配子的种类和数量关系。例如,假设豌豆的高茎相对于矮茎是显性,现有一未知基因型的高茎豌豆,如何确定其基因型呢?可以用矮茎与之。如果后代全是高茎,则其为纯合体;如果后代既有高茎,又有矮茎,且两者比例接近’1:1,则其为杂合体,且其产生数目相等的两种配子。

6 正交与反交

基因型不同的两种个体甲和乙杂交,如果将甲作父本,乙作母本定为正交,那么以乙作父本,甲作母本为反交;反之,若乙作父本,甲作母本为正交,则甲作父本,乙作母本为反交。

篇5

关键词:遗传学实验;整合;模块

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)51-0257-02

《遗传学》是生物科学专业的基础课之一,是一门运用严密逻辑推理和大量实验论证来揭示生命奥秘的学科。实践教学是大学生素质养成和能力培养的重要环节,是沟通理论与实践的桥梁,是培养创新能力的源头。遗传学实验课是高等学校生物学科一门实践性很强的学科,内容博大,涉及的知识面广,尤其是分子生物学的快速发展从广度和深度等层面极大地丰富和拓展了经典遗传学的内容。近年来,为了全面开展素质教育,体现实验内容改革以学生为中心,逐步培养学生创新能力和创新思维的教学理念,我系认真分析现有遗传学实验内容的现状和特点,并进行有益的探索和尝试,为学习分子生物学实验技术和基因工程实验技术打下良好的基础。

一、遗传学实验内容的现状和特点

高校实验教学的目标是训练学生有较强的动手操作能力,提高设计实验和分析解决实验问题的能力[1]。遗传学实验教学服从于理论教学,当前遗传学实验内容主要存在以下问题:教学内容陈旧,验证实验较多,综合设计实验较少,缺乏新技术、新方法的内容[2],因此,不能满足学生掌握新技术、新方法的要求,学生分析问题解决问题的能力得不到锻炼。

为了跟上现代遗传学的快速发展,进一步提高实验教学质量,培养具有创新精神和实践能力的人才,必须进行实验体系和教学内容的改革。新体系主要以加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质为核心,重新整合实验内容,将原有实验内容分成经典遗传学、细胞遗传学、分子遗传学和群体遗传学四个模块,每个模块的实验内容进行整合优化,让学生参与到实验的各个环节,提高其解决实际问题和动手操作能力,为实际应用和从事科研工作打下基础[3]。

二、遗传学实验内容的整体优化

1.经典遗传学模块。传统的经典遗传学实验包括果蝇饲养以及生活史观察、果蝇的性别鉴定及突变体观察、果蝇唾腺染色体的制备与观察、果蝇单因子实验、果蝇的双因子实验、果蝇的伴性遗传和基因的连锁交换及三点测交等实验内容,整合优化后改为果蝇杂交大实验,见图1。实验材料为黑腹果蝇的纯系野生型(红眼、长翅、灰身、直刚毛)和突变型(白眼、长翅、灰身;白眼、小翅、焦刚毛;红眼、残翅、黑檀体)。并告诉同学们眼色位于果蝇的X染色体上;体色、翅型、刚毛形态均为于常染色体上。让学生根据所学的分离定律、自由组合定律、连锁互换定律、伴性遗传、三点测验等理论知识设计实验,例如正交:檀黑身(雌)×灰身小翅焦刚毛白眼;反交:灰身小翅焦刚毛白眼(雌)×檀黑身。学生通过设计实验一方面能加深对理论知识理解和应用,另一方面锻炼了学生实验设计能力。学生自己培养果蝇,观察记录,写出实验报告,并运用理论分析实验结果。

学生在实验过程中出现的问题或发现的现象可以先查阅相关资料,然后与指导老师商量,写出具体解决方案,这个过程锻炼了学生独立思考问题、解决问题的能力。传统的教学将这些实验分开来做,而且都是提前告知学生怎么做,去验证一些现象或规律等,整合后,将验证实验改为综合实验,并具有一定的连续性,学生还可以自己动手参与进来,尽管实验内容没有变,学生积极性却提高了,不仅培养了学生多种实验技能,而且增强了学生的综合素质。

2.细胞遗传学模块。细胞遗传学模块中植物细胞有丝分裂的制片和观察、植物微核实验、姊妹染色单体分染技术、植物染色体核型分析和植物多倍体的诱发及细胞学鉴定等实验内容主要是锻炼学生培养材料、制片、染色、观察、分析。整合后的内容改为蚕豆根尖细胞不同处理后的观察与分析,见图2。实验前将学生分组,把实验步骤和注意事项讲清楚,让学生自己培养材料,并鼓励学生材料和处理试剂自选,如“多倍体诱发与鉴定”实验,让学生自主选用不同的实验材料,摸索秋水仙素适宜浓度和最佳处理时间,研究探讨影响染色体加倍效果的不同因素[4]。

这样学生实验的兴趣大大地激发,主动性得到发挥,并且学生在实验过程中还会发明一些小装置,例如:在暖壶盖边缘一圈打孔穿线,做成网状,然后在孔上滴蜡封孔,制备水培的培养瓶,简单、耐用、环保、经济。

传统教学内容中,这些实验分开讲解,尽管观察的实验结果不同但是实验步骤大同小异,学生就会感觉实验过程单一,没有创新,没有兴趣,从而影响实验效果。整合后学生分组培养材料,同时制片观察实验结果,同一时间内就可完成几个实验的内容,不仅解决了实验学时少的现实问题,而且将枯燥单一的实验教学改为灵活多变的内容,提高了学生的积极性,加深了学生对理论知识的掌握。另外,学生还可以自选材料进行相应的设计研究,培养学生查阅资料、分析问题和解决问题的能力,教学效果也提高了。

3.分子遗传学模块。分子遗传学的实验主要包括突变型的筛选与检出、突变型的鉴定、DNA提取及纯化和PCR扩增及检测,整合后改为大肠杆菌基因突变型的筛选与鉴定,学生从突变体的诱导,到鉴定,每一步都需要自己查阅资料,理论联系实际进行操作。比如突变体的诱导可以通过多种方法(包括物理的和化学的),学生可以任选一种进行诱导。突变具有多方向性,实验结果没有唯一性,这样学生实验内容灵活多样,学生的主观能动性,积极主动性得到很好发挥。

4.群体遗传学模块。群体遗传学的实验主要包括人类ABO血型的群体遗传学分析、人类指纹的群体遗传学分析和人类对苯硫脲尝味能力的遗传分析,这些实验的主要目的是通过对人类群体遗传性状基因频率的分析,了解群体基因频率测算的一般方法;加深理解遗传平衡定律,了解改变群体平衡的因素。保证教学目的不变的情况下,将3个实验整合为人类群体一些遗传性状的调查和分析,学生可以任选某一感兴趣的遗传性状进行调查、分析,写出相应的调查报告。

三、教学效果

我系遗传学实验内容整合以后,经过2年的尝试,学生普遍反映良好。实验内容灵活,学生自由选择,大大激发了学生的探索热情,提高了学生的学习积极性与主动性。学生实验过程中会发现很多问题,通过查阅资料和教师讨论,得到结果,锻炼了学生科学思维的能力。大多实验是分组完成,学生在实验过程中意识到团队协作的重要性,懂得了实验的成功需要每个成员积极配合,团结协作。对今后的科学研究有一定的帮助。尽管实验内容整合以后大多数变成了综合型实验,学生参与机会多了,但是教师应该在实验前做好实验指导的关键环节,使学生在实验思想和态度的培养、实验方法和条件的确定等方面都受到系统的训练。保证实验顺利开展。同时,教师也需要不断学习和探索新的实验方法,完善教学内容,改革考核制度,跟上学科发展的步伐。

参考文献:

[1]闫绍鹏,王秋玉,王晶英.遗传学实验教学改革的思考与实践[J].实验室研究与探索,2010,29(7):275-277.

[2]宋宇,朱昌兰.遗传学实验教学改革与实践[J].安徽农业科学,2011,39(13):8173-8174,8177.

篇6

[关键词]生物科学史 基因 染色体 探究 类比推理 假说演绎

《 普通高中生物课程标准》提出:“科学是一个发展的过程,学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路,理解科学的本质和科学研究的方法,学习科学家献身科学的精神。这对提高学生的科学素养是很有意义的。”课程标准也明确指出,要“注重生物科学史的学习,知道生物科学发展史上的重要事件,养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度”。

《基因在染色体上》是人教版高中生物教材必修2《遗传与进化》第二章《基因和染色体的关系》第二节的内容。本节内容是“总结人类对遗传物质的探索过程”的一部分,教学难点较多[1],但知识脉络清晰,即科学家萨顿通过类比推理得出基因在染色体上的假说,摩尔根通过假说演绎法证明基因在染色体上,最后运用基因和染色体的知识对孟德尔遗传规律进行现代解释。实际教学中,很多教师认为该课题名称已告诉学生答案,部分知识点可以在“伴性遗传”中渗透,因此,本节教学一句话带过即可,没有必要再进行详细的探究教学,以便节约课时。笔者认为此节内容,既包含探索历程,又渗透类比推理和假说演绎两种科学研究方法,更有科学精神的体现,充分展示了科学发展史多方面的教育价值,是培养学生科学素养和思维能力的绝好素材。因此,笔者对本节课进行了基于科学发展史的探究教学尝试。

一、回顾历史,引入课题

[幻灯片展示]1866年,孟德尔将研究结果整理成,遗憾的是没有引起世人的重视;1891年,科学家描述了形成和卵细胞的减数分裂的全过程;1900年,孟德尔研究成果被重新发现;1903年,美国遗传学家萨顿用蝗虫细胞作材料,研究和卵细胞的形成过程。萨顿发现孟德尔假设的一对遗传因子,也就是等位基因,它们的分离与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。

[引发思考,导入课题]将孟德尔分离定律中的遗传因子换成同源染色体,这个替换有问题吗?引导学生画一对同源染色体(含一对等位基因)的精原细胞减数分裂示意图。

二、列表比较,类比推理

根据学生所绘图示,列表比较减数分裂过程中基因和染色体的行为。学生能够据表推出基因与染色体存在平行关系,从而提出与萨顿假说相似的观点。教师积极肯定学生的结论,使之体验成功的喜悦,再以此介绍类比推理法,强调类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性,其正确与否,还需要观察和实验的检验,从而引出基因在染色体上的实验证据。

三、大胆猜想,假说演绎

美国生物学家、遗传学巨人摩尔根曾经明确表示不相信孟德尔的遗传理论,对萨顿的基因位于染色体上的学说持怀疑态度,认为这是主观的臆测,缺少实验证据。为探究遗传和染色体的关系,摩尔根设计了一个新的实验。摩尔根敢于质疑的态度,激发了学生的求知欲望。学生们很想知道摩尔根实验结果是肯定还是否定了孟德尔和萨顿的结论。接下来,让学生带着好奇心阅读教材“基因位于染色体的实验证据”,多媒体设置问题串,以层层递进、环环相扣的问题,引导学生思考、归纳、探究、总结。

(一)实验材料

实验材料的选择,是实验能否成功的关键。摩尔根选用什么材料做实验?原因有哪些?结合孟德尔的豌豆杂交实验,总结如何选择遗传学实验材料。

(二)假说演绎

1.观察现象:根据教材果蝇杂交实验图解,分析红眼和白眼这一对相对性状显隐性关系如何?是否符合孟德尔遗传规律?与孟德尔一对相对性状的杂交实验相比,不同之处在于什么?

2.提出问题:为什么此实验中白眼果蝇都是雄性?如何解释?幻灯片呈现雌雄果蝇体细胞的染色体图解,教师解释常染色体、性染色体概念,介绍雌、雄果蝇性染色体组成。

3.作出假设:如果你是摩尔根,发现白眼的遗传和性别相联系,你认为控制白眼的基因位于哪条性染色体上?课堂教学中大多数学生的假设是控制白眼的基因位于Y染色体上,因为白眼果蝇都是雄性;少数学生的假设是位于X染色体上。两种观点的学生进行辩论,通过辩论,学生发现如果白眼基因位于Y染色体上,F1代雄性果蝇必然从亲本白眼雄性果蝇中继承Y染色体,应为白眼,而事实却全部为红眼,从而得出控制白眼的基因位于X染色体上的假设比较合理。引导学生写出亲本中红眼雌性果蝇和白眼雄性果蝇的基因型,并写出完整的遗传图解。教学中发现,很多学生对亲本中红眼雌性果蝇的基因型不确定,认为可能是XWXW或XWXW。以此为契机,让学生猜测摩尔根偶然在一群红眼果蝇中 发现了一只白眼果蝇,此白眼果蝇是变异还是杂交导致?展开辩论,辩论的结果应为变异,因为如果是杂交产生的,此白眼果蝇在数量上应该不止一只,因此原本的红眼雌性果蝇应都为纯合体XWXW。

4.进行验证:需要设计一个测交实验来验证你的假说吗?如果需要,如何设计?引导学生写出测交亲本的基因型和遗传图解。

5.得出结论:通过测交等方法,摩尔根等人进一步验证了控制果蝇红眼白眼的基因位于X染色体上,从而用实验证明了基因在染色体上。

通过果蝇的红眼、白眼这一对相对性状的实验,摩尔根不但没有孟德尔的实验结论,反而成为其坚定的拥护者。纵观摩尔根的整个实验流程,不难发现他所用的正是孟德尔的假说演绎法。当然,摩尔根敢于怀疑、勤奋实践的科学精神是值得肯定和赞赏的,他用果蝇继续进行了大量的实验,绘出了第一个果蝇各种基因在染色体上相对位置的图,说明基因在染色体上呈线性排列,并发现了遗传学的第三定律,成为第一个以遗传学领域的贡献获得诺贝尔奖的科学家。接下来,教师介绍现代分子生物学技术将基因定位于染色体上的研究成果,学生进一步认同基因在染色体上呈线性排列,肯定摩尔根的研究成果。

四、动手画图,尝试解释

在《孟德尔遗传规律的现代解释》的教学中,学生对基因分离定律实质很容易理解,对同源染色体上的非等位基因和非同源染色体上的非等位基因在减数分裂过程中的行为区别却不甚了解。为此,可要求学生画出一对同源染色体(其上有两对等位基因)、两对同源染色体(其上各有一对等位基因)精原细胞减数分裂示意图,思考是否所有的非等位基因都遵循孟德尔的自由组合定律。让学生通过自己动手画图,体会基因自由组合定律的实质。

很多生物教学者都有这样的困惑:学生踏入社会,如果不再从事与生物相关的工作,对于呼吸作用、减数分裂等高中生物重难点知识还能记住多少?踏入社会的学生也许不会再记住多少生物学知识,但是像道尔顿发现红绿色盲等生物学故事或者像孟德尔、达尔文等生物学巨人的名字却会长久留存在记忆里。因此,生物教学不应单单是知识的结论式的教学,更应是过程的教育、情感的渗透、科学思维的内化。基于科学发展史的教育功能就恰恰体现了过程的教育,教学的目的不仅是“基因在染色体上”这一句话,更是类比推理、假说演绎等科学方法的培养,也是科学家大胆质疑和勤奋实践的科学精神、科学态度和科学的世界观的体验。当然,在高中生物教学中,一方面需要我们充分挖掘和落实科学发展史的教育功能[2];另一方面,也需要我们依据教学目标、教学重难点、学生的思维能力、教学课时等因素,设计教学过程,化解教学难点,做到真正行之有效地教学。

[ 参 考 文 献 ]

篇7

元认知(metacognition)是美国心理学家弗拉维尔(Flavell)于1976年在《认知发展》一书中首先提出的,他指出元认知就是对认知的认知,即指人们对认知活动的自我意识,自我控制和自我调节。具体来讲,包括三方面的内容:一是元认知知识,即人们关于认知个体、认知任务和认知策略等方面的知识;二是元认知体验,即伴随着认知活动产生的认知体验和情感体验;三是元认知监控,即人们在认知活动过程中,不断地对自己的认知活动进行监控,并相应地对其加以调节,以达到最佳的认知目标。这三方面是互相依赖、互相制约、互相促进的,其中某一方面的功能的实现,往往需要其他两个方面的辅助和支持。主体元认知知识的丰富性,元认知体验的深刻性,以及元认知监控的能动性,将直接影响主体使用策略的自觉性水平和有效性水平。

国内外的许多研究表明:元认知水平对学生学习有着重大的影响。

牛卫华、张梅玲发现,导致学生解数学题的成绩产生差异的主要原因在于优秀生和学习困难生的元认知差异。[1]优秀生的元认知策略指向问题解决,对问题解决有积极的指导作用。而学习困难学生的元认知知识主要是对任务难度的自我评价或是指向放弃做题,对解决问题帮助不大。

胡志海、梁宁建在对50名学业不良学生与同样数量学生对照组的元认知特点进行研究后发现,学业不良学生的元认知在计划性、方法性与总结性三方面得分最低,暴露了他们在元认知上的主要缺点,而这三方面恰恰又分别体现于学习活动进行前、进行中、完成后三个不同阶段。[2]

北京师范大学董奇教授等人近些年的研究表明:一个人的元认知能力直接制约着智力,思维的发展水平。而元认知的训练是改善学生认知能力、认知结构的关键。[3]

元认知在学生学习活动中起着重要的作用,是影响学生学业成绩的重要因素之一。在教学中重视提高学生的元认知水平,注重对学生进行元认知能力的培养,对于增强教学效果,发展学生的思维能力,增强学生自主学习的能力具有重要意义。因此,对于学生元认知能力的培养,在学习过程中占有十分重要的地位和作用。

2.在医学遗传学教学中培养学生元认知能力的方法

2.1丰富学生的元认知知识

我们先给学生讲授关于认知主体、认知材料和认知策略的元认知知识,使学生掌握各种学习策略,让学生懂得在具体的学习情境中,只有根据自己的个人特点和学习材料的性质,灵活地选择适当的学习策略,才能取得理想的学习效果。

2.1.1丰富学生的个体元认知知识

在课堂教学中教师向学生传授一些有关群体和个体学习的知识,如思维特点、记忆特点、个性特点、兴趣特点、情感特点等方面的知识,并设计一些题目,通过课堂或座谈等形式,使学生认识自己已有的知识水平,认识自己的优势与劣势,认识自己的学习类型,知道自己的认知能力及特点。丰富学生对认知个体的知识,帮助学生找出适合自己特点的学习方法和策略。

2.1.2丰富学生的任务元认知知识

在一节课内容学习之前教师明确指出本节课学习目标、任务和要求,使学生有明确的学习目的。根据每一节课的教学目的,教师提醒学生注意“知道、识记理解、应用”每一个层次的具体要求,使学生学习的时候有的放矢,根据不同的要求,达到不同的目标。例如:中专《医学遗传学》中基因的表达是要求识记的内容;同样遗传的基本定律,分离定律是要求应用的内容,自由组合定律是要求理解的内容,而连锁和交换定律只是要求知道的内容。根据学习要求,学生可以合理分配时间,不必在一些深奥的问题上花费过多的精力。在学生对学习目标、任务和要求了解的基础上,也应该增进学生对教材编排体系的了解。教师在教学过程中引导学生去发现教材中隐含的方法、技巧及思想、去领会编者的意图。例如医学遗传学中讲述细胞结构时,每一种结构的编排方式为该结构的位置、结构、功能。如此提示,便于学生对知识进行整理,易于把新知识纳入自己知识网络,形成一定的知识体系。在学习遗传学的三大基本定律的过程中,不仅要了解科学家发现定律的过程,学习科学家的优秀品质,而且要分析他们的研究思路,学习他们思考问题的方法。如此提示,学生学习的时候,能够从单纯的知识性学习深入思维方式学习,为科学思维奠定基础。

2.1.3丰富学生的策略元认知知识

最有价值的知识是关于方法的知识。要学会学习,真正成为学习活动的主体,就必须首先掌握必要的学习策略。在平时学习过程中要培养和训练学生自觉地选用适当的学习策略进行学习和解决问题,并体会到学习策略的重要作用。

学习策略的知识可以帮助学生选用合适的方法提高学习的效率。在刚开始学习医学遗传学知识的时候向学生介绍医学遗传学中通常用的认知策略,包括预习策略、听课策略、记笔记策略、复习策略、作业策略。在复习考试的时候针对性地讲解考试策略;在具体的学习过程中结合案例进行医学遗传学科学习策略(包括观察法、图表法、探究法、实验法、系统法、联系实际法)的学习。在具体的学习内容中还有一些特殊的方法,例如:做遗传题的时候,主要利用图解法。其中有雌雄配子交叉线图解法、棋盘法、分枝法。提醒学生注意每一种方法都有其适用的范围和特点,根据具体的题目选用合适的方法。比如,医学遗传学教材中有很多需要记忆的内容,我们在让学生了解记忆的规律和各种记忆方法的基础上,促使学生自觉地根据记忆内容选择相应的记忆方法。在计算染色体数目教学中,结合解题过程来讲授有关思维过程(分析、综合、比较概括、判断、推理、抽象、系统化和具体化等)的知识;在介绍同源染色体、非同源染色体、姐妹染色单体等容易混淆的概念时,我们重视讲授有关问题解决过程(明确问题、提出假设和检验假设)的知识,让学生了解思维和问题解决之间的关系,了解几种不同的思维方式(发散性思维、辐合性思维、逆向性思维、多向性思维和直觉性思维等),掌握几种常用的解决问题的思维方法(分析法、比较法、归纳法和演绎法等)。

2.2积累学生的元认知体验

元认知体验,是指学生在解决一个问题时体验到用原来的方法思考不好、不容易解决问题,而用现在学到的新的思维方法去思考更好更容易解决问题。当学生有了这种体验以后,再遇到问题,他们就知道应该用简便方法去思考,不用笨拙方法。在课堂中,我们可以给学生讲授关于元认知体验的知识,让学生在学习过程中有意识地、清晰地感受到对所学的医学遗传学知识是否已经掌握,掌握的程度如何,有没有获得新知识的愉,有没有解决学习难题后的成功感和自信感,有没有对奇妙的医学遗传学的热爱和对医学遗传学知识的强烈求知欲,等等;可以通过创设具体情境提问、呈现考查性的试题等方式,使学生认识自己有哪些方面已经达到学习的要求,哪些还没有达到学习要求;可以在合作学习过程中,丰富元认知体验。通过合作学习,学生既能拓宽知识的广度和深度,畅谈自己的心得,评价自己的学习效果,反馈自己学习方法的有效性,相互取长补短,又能增进同学间的了解,促使同学间的情感交流,增强自信心和责任心。还可以在课后练习和考试中丰富学生的元认知体验。课后练习是考查学生是否达到教学要求的一个重要手段,题目的变换形式多种多样,可以从多个侧面反映学生的学习状况。具有良好学习习惯的学生,会根据自己做习题的情况反思对知识的掌握情况,及时查漏补缺,达到教学要求。根据考试情况,学生会对自己认知情况有进一步了解,对自己在全班和全年级的排名有一个大致的了解,根据自己的体验,为自己下一步的努力提供外在的动力。

2.3训练学生的元认知监控能力

元认知监控包括两个方面,一个是自我监视,一个是自我控制。就是在思考问题的时候,学生先要监视自己:是否有用好方法去思考,也就是要意识到自己正在用什么方法思考问题,这方法好不好,这是监视。之后要实施控制:如果发现这是好方法,就继续下去;当发现自己方法不得当时,就开始控制,换一种方法去思考。元认知监控是一个元认知发挥作用的过程,但是这种监控很难。学生在思考问题时,往往把思维集中在问题上,而不注意自己在运用什么方法思考,因此,要培养元认知监控的能力,就要进行训练。训练的方法是自我提问法,自己给自己提问题,比如说,学生拿到一个习题后,就问:“我首先该干什么呢?”“我应该分析问题。”然后问:“我仔细分析问题没有?”“这问题针对于什么知识点?可以采用什么办法解决?”问题分析之后:“接着该干什么呢?应该怎么做好?”自己问自己,通过自我提问来实行元认知能力的训练,推动思维的发展。例如学生学习遗传题的时候,看似题目很多,实际上可以归纳为两种,一种是遗传关系题,一种为系谱题。每一种题型都有自己解题的思路和方法。总结出规律以后,解题速度就会快很多。

参考文献:

[1]胡志海,梁宁建.学业不良学生元认知特点研究[J].心理科学,1999,VOL22,(4):354-355.

篇8

一、电泳图谱概述

1. 原理。

电泳是利用带电分子或离子所带电荷或分子量不同,在电场中移动距离(或速度)不同的原理分离分子或离子的方法,如等位基因A与a,经限制酶切开后,由于相关片段分子量等差异,在电场中移动距离不同,从而使两种基因得以分离。

2. 实例。

对图1中1~4号个体进行基因检测,将含有该遗传病基因或正常基因的相关DN段各自用电泳法分离。正常基因显示一个条带,患病基因显示为另一个不同的条带,结果如图2。请据图1、图2分析图1中5号及7号个体基因电泳条带应为何类?

分析如下:

(1)先据图1求得1~4号个体基因型,4为aa,则1、2均为Aa,3为AA或Aa。

(2)将1~4基因型与图2的电泳图谱作对照发现只有c编号的个体基因电泳带特别――只有条带2,无条带1,则c所代表的个体中基因型为“纯合子”,即只含一种基因,由此推测c为1~4中的4号个体。进一步结合图1与图2可推知a、b、d所代表的个体既含A又含a(由此确定3号不可能为AA)。

(3)由5、6均正常,所生女儿7号为患者可推知:5号基因型为Aa,应含条带1、条带2,7号个体基因型为aa,其电泳条带应与c吻合。

二、典例剖析

【例1】(2015・江苏卷)由苯丙氨酸羟化酶基因突变引起的苯丙氨酸代谢障碍,是一种严重的单基因遗传病,称为苯丙酮尿症(PKU),正常人群中每70 人有1 人是该致病基因的携带者(显、隐性基因分别用 A、a 表示)。 图3是某患者的家族系谱图,其中Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3 及胎儿Ⅲ1(羊水细胞)的 DNA 经限制酶 Msp玉消化,产生不同的片段(kb 表示千碱基对),经电泳后用苯丙氨酸羟化酶 cDNA 探针杂交,结果见图4。 请回答下列问题:

(1)Ⅰ1、Ⅱ1 的基因型分别为 。

(2)依据 cDNA 探针杂交结果,胎儿Ⅲ1 的基因型是 。Ⅲ1 长大后,若与正常异性婚配,生一个正常孩子的概率为 。

(3)若Ⅱ2 和Ⅱ3 生的第2 个孩子表型正常,长大后与正常异性婚配,生下 PKU 患者的概率是正常人群中男女婚配生下 PKU 患者的 倍。

(4)已知人类红绿色盲症是伴 X 染色体隐性遗传病(致病基因用 b 表示),Ⅱ2 和Ⅱ3 色觉正常,Ⅲ1 是红绿色盲患者,则Ⅲ1 两对基因的基因型是 。 若Ⅱ2 和Ⅱ3 再生一正常女孩,长大后与正常男性婚配,生一个红绿色盲且为 PKU 患者的概率为 。

【考点】伴性遗传;基因的分离规律的实质及应用;常见的人类遗传病。

【分析】根据题意和图示分析可知:Ⅱ1为患病女孩,而其父母正常,说明苯丙酮尿症属于常染色体隐性遗传病.根据电泳后用苯丙氨酸羟化酶cDNA探针杂交结果,Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅲ1的基因型分别为aa、Aa、Aa、Aa。

【解答】解:(1)由于Ⅱ1为患病,且属于常染色体隐性遗传病,所以其基因型为aa.由于Ⅰ1正常,所以其基因型为Aa.

(2)依据cDNA探针杂交结果,胎儿Ⅲ1的基因型是Aa.Ⅲ1长大后,若与正常异性婚配,由于正常人群中每70人有1人是该致病基因的携带者,所以生一个正常孩子的概率为1-1/70×1/4=279/280;

(3)若Ⅱ2和Ⅱ3生的第2个孩子表型正常,其基因型为AA或Aa,长大后与正常异性婚配,生下PKU患者的概率是2/3×1/70×1/4;又正常人群中男女婚配生下PKU患者的概率是1/70×1/70×1/4。因此,前者是后者的2/3×1/70×1/4÷1/70×1/70×1/4=140÷3=46.67.

(4)根据Ⅱ2和Ⅱ3色觉正常,Ⅲ1是红绿色盲患者,则Ⅲ1两对基因的基因型是AaXbY,Ⅱ2和Ⅱ3的基因型分别为AaXBY和AaXBXb.若Ⅱ2和Ⅱ3再生一正常女孩,其基因型是2/3Aa、1/2XBXb。长大后与正常男性婚配,生一个红绿色盲且为PKU患者的概率为2/3×1/70×1/4×1/2×1/4=1/3360。

【点评】本题结合系谱图,考查伴性遗传、基因自由组合定律的应用,意在考查考生分析题图提取有效信息的能力,运用所学知识综合分析问题和解决问题的能力.

【答案】(1)Aa、aa (2)Aa 279/280 (3)46.67 (4)AaXbY 1/3360

三、跟踪训练

1.(2013・高考安徽卷)图5是一个常染色体遗传病的家系系谱。致病基因(a)是由正常基因(A)序列中一个碱基对的替换而形成的。图6显示的是A和a基因区域中某限制酶的酶切位点。分别提取家系中Ⅰ1、Ⅰ2和Ⅱ1的DNA,经过酶切、电泳等步骤,再用特异性探针做分子杂交,结果见图7。

(1)Ⅱ2的基因型是________。

(2)一个处于平衡状态的群体中a基因的频率为q。如果Ⅱ2与一个正常男性随机婚配,他们第一个孩子患病的概率为________ 。如果第一个孩子是患者,他们第二个孩子正常的概率为________。

(3)B和b是一对等位基因。为了研究A、a与B、b的位置关系,遗传学家对若干基因型为AaBb和AABB个体婚配的众多后代的基因型进行了分析。结果发现这些后代的基因型只有AaBB和AABb两种。据此,可以判断这两对基因位于________染色体上,理由是___________________________。

【考点】常见的人类遗传病;基因的自由组合规律的实质及应用;基因突变的原因。

【分析】分析图1:图1是一个常染色体遗传病的家系系谱.Ⅰ1和Ⅰ2均正常,但他们有一个患病的儿子,即“无中生有为隐性”,说明该病为常染色体隐性遗传病,则Ⅰ1和Ⅰ2的基因型均为Aa,Ⅱ1的基因型为aa,Ⅱ2的基因型为AA或Aa.

分析图6:图6显示的是A和a基因区域中某限制酶的酶切位点,其中A基因含有3个该限制酶的酶切位点,而a基因只有2个该限制酶的酶切位点.

【解答】(1)图5是一个常染色体遗传病,由图可知该病为常染色体隐性遗传病,因此Ⅰ1、Ⅰ2均为Aa,所以Ⅱ2的基因型是AA或Aa.

(2)Ⅱ2的基因型是1/3AA、2/3Aa;一个处于平衡状态的群体中a基因的频率为q,正常男性为Aa的概率为Aa/AA+Aa=2(1-q)q/(1-q)(1-q)+2(1-q)q=2q/1+q,则他们第一个孩子患病的概率为2/3×2q/1+q×1/4=q/3(1+q)。如果第一个孩子是患者,则Ⅱ2与正常男性的基因型均为Aa,他们第二个孩子正常的概率为3/4。

(3)由于基因型AaBb个体只产生Ab、aB两种类型配子,结果这些后代的基因型只有AaBB和AABb两种,因此可以判断这两对基因位于一对同源染色体上.

【点评】本题结合图解,考查人类遗传病、基因分离定律和基因自由组合定律等知识,要求考生识记几种常见的人类遗传病的类型及特点,能根据系谱图确定该遗传病的遗传方式及相应个体的基因型;掌握基因分离定律和基因自由组合定律的实质,能进行相关概率的计算;能分析图6和图7,从中提取有效信息答题。

【答案】(1)AA或Aa (2) (3)一对同源 基因型AaBb个体只产生Ab、aB两种类型配子,不符合自由组合规律

2.(2015・南京市二模)单基因遗传病可以通过核酸杂交技术进行早期诊断。镰刀型细胞贫血症是一种在地中海地区发病率较高的单基因遗传病。已知红细胞正常个体的基因型为BB、Bb,镰刀型细胞贫血症患者的基因型为bb。有一对夫妇被检测出均为该致病基因的携带者,为了能生下健康的孩子,每次妊娠早期都进行产前诊断。下图为其产前核酸分子杂交诊断和结果示意图。

(1)从图中可见,该基因突变是由___________________引起的。正常基因该区域上有3个酶切位点,突变基因上只有2个酶切位点,酶切后,凝胶电泳分离酶切片段,与探针杂交后可显示出不同的带谱,正常基因显示________条,突变基因显示________条。

(2)DNA或RNA分子探针要用________________等标记。利用核酸分子杂交原理,根据图中突变基因的核苷酸序列(―ACGTATT―),写出作为探针的核糖核苷酸序列________________。

(3)根据凝胶电泳带谱分析可以确定胎儿是否患有镰刀型细胞贫血症。这对夫妇4次妊娠的胎儿Ⅱ-1~Ⅱ-4中需要停止妊娠反应的是________,Ⅱ-4的基因型为________。

【分析】(1)由题图可看出该基因突变是由碱基对的改变引起的,即碱基A变成T;由凝胶电泳分离酶切片段与探针杂交后显示的带谱可看出,正常的基因显示2条带谱,而突变基因显示1条。(2)DNA或RNA分子探针要用放射性同位素(或荧光分子)等标记,便于检测,作为探针的核糖核苷酸序列和突变基因的核苷酸序列之间遵循碱基互补配对原则,为―UGCAUAA―。(3)由凝胶电泳带谱可得出Ⅱ-1和Ⅱ-4的基因型是BB,Ⅱ-3的基因型是Bb,Ⅱ-2的基因型是bb,Ⅱ-2患有镰刀型细胞贫血症,需要停止妊娠反应。(4)Ⅰ-2的基因型是Bb,正常女性是镰刀型细胞贫血症携带者的概率是1/10 000,因此生出患病儿子的概率是1/10 000×1/4×1/2=1/80 000。

【考点】基因工程的原理及技术;基因突变的特征。

【分析】分析题图:正常基因中有三个酶切位点,能将探针杂交区域切成2段,即形成两个条带,而突变的基因只能形成一个条带;I-1为Bb、I-2为Bb、Ⅱ-1是BB、Ⅱ-2bb、Ⅱ-3是Bb、Ⅱ-4是BB。

【解答】(1)由图可知A变成T是碱基对改变引起的基因突变,正常基因能形成两个条带,而突变的基因只能形成一个条带。

(2)探针是用放射性同位素(或荧光分子)标记的含有目的基因DN段.若突变基因的核苷酸序列(…ACGTGTT…),则作为探针的核糖核苷酸序列为…UGCACAA…。

(3)由以上分析可知:Ⅱ-1是BB,Ⅱ-2bb,Ⅱ-3是Bb,Ⅱ-4是BB。

【点评】本题结合产前核酸分子杂交诊断和结果示意图,考查基因工程和基因分离定律的相关知识,要求考生识记基因工程的相关知识。解答本题的关键是题图的分析,要求考生能根据题图正确判断正常基因和突变基因形成的条带数及Ⅱ代中4个个体的基因型。

【答案】(1)碱基对改变(或A变成T) 2 1 (2)放射性同位素(或荧光分子)―UGCAUAA―

(3)Ⅱ-2 BB

四、深度拓展

【例2】英国科学家Sanger因发明了链终止DNA测序法而获诺贝尔奖。其主要内容步骤是:先向DNA复制体系中加入能够终止新链延伸的某种脱氧核苷酸类似物,以得到各种不同长度的脱氧核苷酸链;再通过电泳呈带(按分子量大小排列),从而读出对应碱基的位置(如图10所示)。请分析回答:

(1)若在活细胞内发生图中“加热变性”的结果,必需有______的参与.

(2)假设一模板链中含N个腺嘌呤脱氧核苷酸,通过上述操作能得到______种长度不同的脱氧核苷酸链。

(3)所得到的各种长度不同的脱氧核苷酸链之所以能通过电泳而分离开来,主要是依据它们的______差异.

(4)若用上述测序方法读出碱基G的位置,则必须加入带标记的______类似物.

篇9

一、1、原理:每对同源染色体上的任何一对等位基因,遗传时都遵循分离定律,因此可将多对等位基因的自由组合分解为若干个分离定律问题分别分析,最后将各种情况进行组合。

2、解题加速基础:理解并牢记分离定律中一对性对形状杂交实验的结果,子二代基因型比例1:2:1,表现型比例3:1。测交实验结果,子代性状分离比1:1。

3、应用

(1)、基因型与表现型的推断问题

用不同方法分析每对等位基因的遗传组合得出结果。

常见类型:

①后代分离比的计算:子代个体基因型或表现型的比等于每对等位基因或性状遗传至后代的分离比的乘积;

例 AaBbCc×AabbCc杂交,后代可能有多少种基因型和表现型?

解析:分为三个分离定律

Aa×Aa AA、Aa、aa 后代有3种基因型、2种表现型

Bb×bb Bb、bb 后代有2种基因型、2种表现型

Cc×Cc CC、 Cc、cc 后代有3种基因型、2种表现型

所以 AaBbCc×AabbCc 后代有3×2×3=18种基因型、2×2×2×=8种表现型。

②配子组合类型递推法:子代表现型分离比之和=雌雄配子结合方式种类=雌配子种类×雄配子种类两亲本的基因型。

例 番茄高茎(T)对矮茎(t)为显性,圆形果实(S)对梨形果实(s)为显性(这两对基因对于非同源染色体上)。现将两个纯合亲本杂交后得到的F1与表现型为高茎梨形开果的植株杂交,其杂 交后代的性状及植株数分别为高茎圆形果120株,高茎梨形果128株,矮茎圆茎圆形果42株,矮茎梨形果38株。这种杂交组合的两个亲本的基因型是( )

A、TTSS×ttSS B、TTss×ttss

C、TTSs×ttss D、TTss×ttSS

解析:可先考虑后代中高矮这对性状。高茎总数:120+128=248,短茎总数:42+38=82,高茎:矮茎=248:80≈3:1,故亲本基因型必为Tt和Tt,而圆果:梨形果=(120+42):(128:38)=162:166≈1:1,推知亲本基因型为Ss和ss,综合可知F1基因型是TtSs,而F1又是由两纯合亲本杂交获得,故D正确。

(2)、有关基因自由组合的计算问题

将问题分解为多个一对基因(相对性状)的遗传问题并按分离定律分析运用乘法原理组合出后代的基因型或表现型及概率。示例:

F1(YyRr)

Yy 基因型及比例:1YY:2Yy:1yy表现型及比例:3/4黄:1/4绿

Rr 基因型及比例:1RR:2Rr:1rr表现型及比例:3/4圆:1/4皱

基因基因型 (1/4YY : 2/4Yy : 1/4yy)×(1/4RR : 2/4Rr : 1/4rr) 1/16YYRR 2/16YYRr 1/16YYrr同理: 2/16YyRR 4/16YyRr 2/16Yyrr 1/16yyRR 2/16yyRr 1/16yyrr 型表现 3/4黄 : 1/4绿 × 3/4圆 : 1/4皱 9/16黄圆 3/16黄皱 3/16绿圆 1/16绿皱型

例如:黄色圆粒豌豆(YyRr)与黄色皱粒豌豆(Yyrr)杂交 ,后代中黄色圆粒豌豆占的比例为多少?

解析:将表现型用基因型形式表达出来,再求出该基因型的个体在后代中的比例。

YyRr×YyrrY_R_ (黄色圆粒豌豆)

Yy×YyY_(黄色)占3/4,Rr×rrR_(圆粒)占1/2

二者相乘得黄圆粒豌豆(Y_R_)占3/4×1/2=3/8

(3)按自由组合定律遗传的两种遗传病的发病情况

当两种遗传病之间具有“自由组合”关系时,各种患病情况的概率如下表:

二、基因型问题

(1)基因型种类

例: 基因型为AaBbCc与AaBbCC的个体杂交,其后代有多少种基因型?

方法:先分解为三个分离定律,计算后代基因型种类

Aa×Aa 后代有3种基因型(1AA:2Aa:1aa)

Bb×Bb 后代有3种基因型(1BB:2Bb:1bb)

Cc×CC 后代有2种基因型(1CC:1Cc)

将所得基因型种类数值相乘,即3×3×2=18种基因型。

(2)基因型比例

例如:AaBbCc与AaBbCc杂交后代中基因型为AaBbCc的个体占多少?

方法:分解成三个分离定律,分别计算Aa、Bb、Cc在后代中出的比例。

Aa×Aa Aa基因型占1/2

Bb×Bb Bb基因型占1/2

Cc×Cc Cc基因型占1/2

三者相乘即得到基因型为AaBbCc的个体占后代总数的比例:1/2×1/2×1/2=1/8。

(3)基因型推断

方法:独立考虑每一对相对性状,根据子代的基因型,表现型及比例来推断亲代基因型,或根据亲代基因型表现型及比例推断子代基因型。

4、表现型问题

(1)表现型的种类

(3)判断表现型类型

常先判断出基因型类型,确定表现型。判断基因型方法前面已介绍,不作赘述。

5、计算概率

篇10

关键词:规律 生物学 历史性 特异性

一、引言

规律或定律(law)观念是传统科学和哲学的基本信念。 这种观念的本质就是亨普尔概括的“演绎—规律论”解释模型。根据这一模型,科学的本质就是发现现象背后不变的联系,并把它们建立成规律体系。对单个事件的解释就是要把这个事件从这些规律和初始条件中演绎出来。这就是说,如果要对一个事件的发生做出科学的解释,就必须把这一事件归并到已经发现的一条或几条定律之下。否则,这一事件就是不可理解的。

“演绎—规律论”解释模型把规律看作是科学最本质的东西。那么什么是规律呢?一般人们认为一个陈述如果满足如下条件就是一个规律或定律:(1)普遍性标准,即该陈述必须包含普遍限定词, 不涉及任何具体的个体、时间和空间地点;(2)可检验性标准, 即该陈述必须具有经验内容,并已得到确证;然而满足这两个条件还不能说是一条定律,它还必须满足第三个往往被大多数人忽略的标准,即(3 )连贯性标准,就是说这个陈述必须能够整合到一个更大的理论体系之内,或者说它必须从属于一个更大的理论,因而有理论上的根据和保证。

“演绎—规律论”解释模型既说明了科学的本质,又指出了科学结构及其运作过程。这种解释模型,其主要依据是物理科学,不论是经典物理、经典化学还是现代物理和现代化学,都采取的是这种演绎规律论的方法或覆盖定律的方法进行运作的。这种解释模型适合与物理科学之外的其他学科吗?或者说其他学科是否也要把它们的理论建立成规律性的理论体系?是否也要把它们要解释的事件归并到规律之下?

本世纪中期,生物学日益成为可以与物理科学相抗衡的新学科,生物科学因此成为检验传统科学哲学普适性的一个新标本。所以从六十年代开始,大量的思想家开始从生物科学出发研究哲学,他们或者用生物科学检验已有的哲学理论,或者从生物科学中概括出新的哲学思想。这里,规律问题自然成为新的科学哲学家们重新思考的一个重要问题。

1963年,著名的科学哲学家斯玛特(J.J.C.Smart )通过对生物科学的考察认为,严格意义上讲,只有物理学和化学才具有规律,生物学中并不存在规律。因为物理学和化学中概括具有普遍性,“它们可以适合于时空中的任何地方,”“并且可以用非常完美的普遍概念来表达而不使用专有名词或暗中提到专有名词。”(〔1〕,p.53 )然而生物学就不同,生物学中的陈述,比如“所有的天鹅都是白的”,在斯玛特看来就不是规律性的陈述。因为天鹅是根据它们在进化树中的位置定义的。这样的定义隐含着一个特殊的指称——我们的地球。这个特殊的指称使该命题不符合前述的标准(1)。当然, 人们可以用不同的方式来定义天鹅,比如通过提到天鹅所拥有的特性来定义,但是,这样做的话,我们就没有理由认定那种陈述在整个宇宙中都是成立的,因为其他星球可能有不是白的天鹅,尽管它们有我们所定义的特性(即与标准(2 )不符)。另外,它也不符合标准(3)。 因为这样的陈述并不能整合到更广的生物学理论中去,也不能从其它生物学理论中推导出来。

为什么物理学和化学与生物学相比在规律上有较优越的地位呢?斯玛特认为这与它们研究的客体的性质有关。物理学和化学研究的客体是相对简单和均一的系统,其组成成分比如基本粒子被认为在宇宙中是无所不在的。而生物客体则不同,它们相对来说是复杂的,并且具有特异性,它们是自然史中一定阶段的产物或客体,所以在宇宙中是受时空限制的。贝尔纳也曾这样说过:“我认为生物学和所谓精确的或无机的科学、特别是物理学之间有一个根本的不同。在无机科学里,我们假定宇宙结构所必须的基本粒子以及支配它们运动和转化的定律都是必不可少的,并且一般都适合于整个宇宙。另一方面,生物学则涉及对宇宙中那些极其特殊的部分,即对我们所谓生命的描述和有序化。当前,说得更具体些,就是地球上的生命。它象地理学一样,主要是一门描述性的科学,它所涉及的是在特定的时间内、特定行星上一批特别有组织的实物的结构和作用。”所以,贝尔纳说,目前的生物学不具有普遍性,但贝尔纳认为应当有一门真正普遍的生物学。

著名的生物进化论专家恩斯特·迈尔进一步论证并发挥了斯玛特等人的观点,认为规律的观念是物理主义、本质主义观念的必然结果,在生物学中必须摈弃。([2],p.41)迈尔认为,生物学是19 世纪的产物。在19世纪以前,作为独立的生物学并不存在,存在的只是一些零散的与生物学有关的研究传统。但那时物理科学已经比较发达,所以当17世纪和18世纪科学哲学家们发展他们哲学思想时,完全是以物理科学为基础的。物理科学的规律,特别是牛顿力学规律的解释和预言作用给哲学家们以深刻的影响,以致于这个时代的哲学家都把建立规律作为科学的决定性标准。当时的生物学家也不例外。早期的生物学家象拉马克、达尔文等就都以揭示生物界的规律为己任。然而100多年过去了, 生物科学获得了长足的进展,在涉及生命现象的各个领域都建立起了生物学分支。然而,奇怪的是;各生物学分支中都很少提到“规律”二字。迈尔认为,这不是偶然的,因为生物学中并不存在普遍定律,生物学中的概括一律具有例外。他说:“生物学中只有一条规律,那就是所有的概括都有例外。”([2],p.41)与斯玛特类似,迈尔认为生物学概括具有例外的原因是,生物学努力描述的事件是历史的、特异的事件。任何生物都是长期进化的结果,都与历史相关,都具有独特性。这就要求我们,对生命现象的解释不能象物理科学那样是由规律提供的。事实上,迈尔把规律观念看作是本质主义的错误结果。本质主义是由柏拉图发展起来并一直支配西方思想界的哲学思潮。在本质主义看来,可变化的现象世界只不过是固定不变的本质的反映。世界上真实和重要的东西就是这些本质,现实世界的变异只是内在本质的不完备的表现。因此,不变性和不连续性是本质主义特别强调的论点。迈尔认为,这种思想在今天是有其局限性的,它必须被新的群体思想所代替。群体思想与本质主义相反,它认为,重要的东西不是本质而是个体。许多生命现象,特别是种群现象是以高度的变化为特征的,进化的速率或物种形成的速率彼此的差别有三到五个数量级,这种变化程度在物理现象中是很少有记录的。物理世界的实体具有不变性的特征,而生物实体却以可变性为特征。生物实体的这种特异性告诉我们,必须用与研究完全均一的无生命的东西完全不同的精神来研究生命现象。这种新精神就是要摆脱规律思想的影响,充分考虑到生物体的历史特异性。

与斯玛特、迈尔等人类似,著名科学哲学家波普尔也断言进化生物学中没有规律。他认为,由于地球上的生命进化或者人类社会的进化只是一个单独的历史进程,因此,对进化过程的描述就不是规律性的描述,而只是一个单纯的历史陈述。所以,波普尔认为,探索进化的“不变秩序”和“规律”是不可能的。([3],pp.85—86)

这么多的思想家否定生物学中存在规律,是不是生物学中真的没有规律?这些思想家的观点一经提出,就有其他思想家从不同侧面提出自己的否定意见。

二、例外的出现与连贯性标准的作用

斯玛特、迈尔等人的观点,概括起来可以归结为:(1 )生物学中的概括一律具有例外,不是全称普遍陈述,原因是(2 )生物客体具有历史性、特异性、非均一性。针对第一点,鲁斯(M.Ruse)认为,生物学中的概括比如孟德尔定律有例外,但这不损坏它作为一条定律。事实上,它是一条真正的规律,因为例外可以由生物学家作出合理的阐释。只要我们考虑到生物的较低水平及适当的边界条件,发生在表型水平的例外可以根据细胞水平和分子水平上的变化得到说明。比如孟德尔自由组合定律的一些例外就可以根据亚细胞水平的基因连锁与互换得到解释。〔4〕鲁斯的这种论证表明,连贯性(coherence)在讨论“普遍性”时将起重要作用。在经典遗传学中,对孟德尔定律的连贯论解释采取的是纵向整合的形式(vertical integration),即对组织不同层次的整合。通过这种整合,宏观层次(或表型层次)的规律及其例外,可由微观层次(基因层次甚至分子层次)的规律推导出来。

哈尔(D.Hull)也认为,通过不同层次之间的理论整合,是建立生物学规律的唯一可能。在《生物学的哲学》一书中,哈尔曾举出个体发育的例子。他认为,个体发育阶段的顺序性是受规律控制的,但在我们把描述这种发育顺序的陈述看作规律之前,我们需要找到能把它们从中推导出来的有关系统的规律。这样做,我们就不能局限在表型层次,而必须深入到生物体的基因型中,看这些基因型是如何起作用而控制这种特殊的发育过程的。对于系统发育,哈尔给出了相似的论证。他认为,生物表型特征关系的陈述可以被看作是规律,只要我们的认识已扩展到指出有机体的遗传构造以及产生这些表型特征的生化反应。[5]不过, 哈尔不象鲁斯那样乐观。鲁斯认为经典遗传学已经基本整合到分子遗传学中,而哈尔认为这种整合仍存在许多障碍。

列旺汀(R.C.Lewontin)也有类似的思想,他认为,在群体遗传学中有许多假定的一般规律,但很难检验它们。所以,群体遗传学要想成为一门成熟的科学,人们必须建立起一种联结基因型和表现型水平的整合理论,有了这种整合理论,群体遗传学中规律才能真正成为规律。[6]

可以看出,鲁斯、哈尔、列旺汀等人对生物学规律的连贯性辩护实际上就是要把高层次的概括还原到低层次的理论。由于这种辩护采取的是理论还原的策略,所以,关于这种辩护的反对意见自然也就从反驳理论还原的可能性入手。因为,如果理论还原或纵向整合存在困难或者是不可能,那么,采用这种方式为生物学规律辩护,说服力就会大大降低。鲁斯曾竭力论证经典遗传学可还原为分子遗传学。哈尔承认这种纵向整合的可能性,但也看到这种整合的困难,看到目前人们还远远未做出这种整合。今天,虽然生物学的快速发展已使我们能从基因水平解释越来越多的表型层次的特征及其关系,但毕竟我们尚不能解释许多事情。所以,鲁斯和哈尔等人的结论是建立在未经证实的哲学假设之上的。也许这种假设是正确的,但这毕竟是一个假说而已。

斯蒂因(W.J.Van der Steen)看到纵向整合的困难,所以, 他采取一种新的连贯论策略为生物学规律辩护—横向整合或水平整合(horizonal integration)。他认为, 人们不应当把纵向整合看作是为生物学规律辩护的唯一途径。同一组织层次上的理论整合也可以使我们在生物学中建立普遍规律。比如说,孟德尔的分离律具有例外,像透明金鱼与不透明金鱼杂交,子一代是半透明金鱼,而不像显性规则所说的那样只呈现一种性状,即显性性状。子一代的金鱼互相,子二代不是呈现3:1的比例,而是1:2:1的性状比,即透明金鱼和不透明金鱼各占一份,半透明金鱼占两份。对此,生物学家解释说,显性具有相对性,即对有些相对性状来说,并没有哪个性状占绝对显性,哪个性状占绝对隐性,所以,透明金鱼和不透明金鱼杂交,子代有半透明金鱼。另外,遗传上的并显性,互换等都可以通过引进补充性假设来解释,而不必采取纵向整合的形式。这种解释例外的方式,斯蒂因称之为水平整合,即在同一组织层次上的整合。所以,斯蒂因说,连贯性不必采用纵向整合或还原论的形式,水平整合也是确保生物学规律存在的理论根据。(〔7〕,p.450)

三、物种特异性能否定规律的存在吗?

斯玛特和迈尔等人否定生物学规律的存在,一个重要的根据是生物客体的独特性、变异性和历史性。确实,与物理实体比如原子、分子相比,生物实体物种具有高度的变异性和独特性,但变异性、独特性能成为否定生物规律的可靠依据吗?

哈尔和迈尔一样反对本质主义,承认生物实体与物理实体的不同,但哈尔并没有因此走上否定生物学规律的道路,而是努力寻求为生物学规律辩护的新的方法。

哈尔认为,对生物学没有普遍规律的指责源于对种的类别的本体论地位的误解。生物的物种是历史进化的实体,这种历史性使物种不具有某种特殊的本质。 所以, 哈尔认为, 物种不是某种自然类(naturalkinds)。物种不是自然类,那么物种是什么呢? 对物种独特性的强调使哈尔提出了一条令西方思想界广泛讨论的命题:物种是自然个体(natural inpiduals)或自然特殊物(natural particulars)。在哈尔看来,物种类似于一个特殊的有机体。有机体由许多部分组成,但不包含成员,并且,特殊有机体的部分之所以是这个有机体的部分,是因为这些部分之间具有时空的和因果的联系。这一点与类中的成员要求具有某类性质相反。金中的成员都具有共同的原子结构这一特性,这些成员并不依赖与其他金块的特殊的时空关系和因果关系。物种的个体与个体之间就不同,它们彼此之间都有着特殊的时空关系和因果关系,因为物种是在一定区域内聚合在一起连续的联合性实体(或历史实体)。物种之所以是时空上连续性的实体是因为物种是进化的单位,即能够通过自然选择进化的实体。物种通过自然选择进化,必须满足三个条件:(1)变异,即有机体的性状与亲代相比具有差异性;(2)不同的适应力,即有机体性状的变异使它们各自具有不同的适应能力;(3)遗传, 即变异的性状必须是可遗传的。其中,条件(3)非常关键。 一个性状当它通过繁殖被忠实地传递给下一代就是遗传,而繁殖是一个时空上特化的过程一双亲和胚胎必须具有时空上的连续性。所以,性状传递给物种的后代,条件是那些后代必须通过繁殖关系在时空上互相连接。因而,唯有形成时空上连续的实体,物种才可能通过自然选择进化。由于物种的个体与个体之间具有时空上的连续性和因果关系,所以物种不是有机体的种类,它的成员不是它的特例;相反,每一个物种都是个体,一种时空上受限制的特殊客体,其成员是它的部分和组成,不是它的例子。

转贴于 哈尔认为,如果物种是个体,进化生物学就不应当被指责没有自然定律。考虑到气象学和地理学中的一个类似情况。在气象学和地理学中,没有关于特殊气象现象和特殊岩石的组成部分的规律,但并没有人指责气象学和地理学中没有规律。气象学和地理学的规律存在于不同的本体论水平之上,这些规律涉及是一般的气象现象、一类岩石(比如大理石)、以及组成那些岩石的一类元素(比如金和铁)。同样的考虑也适用于进化理论和物种。也许并没有涉及某一特殊物种所有成员的规律,但这并不表示进化理论没有普遍规律。在进化理论中,物种是个体,不是类,所以,如果进化理论中有规律,这些规律将存在于其他本体论水平之上。哈尔认为存在关于一类物种的规律,比如群体生态学家谈到的K—选择物种和R—选择物种——生活在稳定环境和非稳定环境中的物种,对它们的共同特性的概括就可以看成是规律。另外,也存在关于一类群体的规律。比如迈尔的地理成种概念详述了弧立种群何时变为新种,哈代一温伯格定律预言在一定种类的随机群体中发现的基因的频率。[8]

与哈尔类似,罗森伯格也认为,物种的个体性并不影响在生物学中建立规律,因为,“生物学中的一般发现并不建立在有关特殊物种的规则之上”,而是“建立在所有物种都与之适合的规则之上”的([9],p.205)。在罗森伯格看来, 生物学中关于所有物种的经验概括有两类:一类是最低水平的概括,比如:“非特化物种比特化物种趋于灭绝的时间要长”,“物种在进化过程中体形趋于增加”,“生活在相同环境中的现代物种趋于以相同的方式变化”等等。这类概括与其他经验概括一样有例外,但是这些例外可通过诉诸于第二类更普遍的经验概括来解释。这些较高水平的概括就是生命科学中的规律。罗森伯格认为,这种经验概括与比如“所有的天鹅都是白的”等陈述不同,如若其他条件保持不变,在其他有生命的星球上也是可以期望获得的。这样的规律有哪些呢?罗森伯格列出了以下五条:

(1)物种是在有机体中传递下来的宗谱分支(lineage of decent a-mong organisms)。

(2)任何一个物种后代的生物体数有一个上限。

(3)每一个有机体与它的环境之间都有一定程度的适应性。

(4)在一个物种中,如果D是一个在生理上和行为上都相似的亚族(subclass),且D 比该物种的其他成员在适应性上许多世代都足够优越,那么在该物种中D的比例将增加。

(5)在一个不是处于灭绝边缘的物种的每一个世代中, 都有一个亚族D,它比该物种的其他成员更优越,且有足够长的时间确保D相对于该物种成比例增多,并将获得充分的优越性继续增加,直至在某一时间达到构成整个物种的活的成员。([9],p.212)

罗森伯格认为,这些定律与前面第一类经验概括不同,它们没有例外。这些生物学定律没有提到特殊的物种,并且它们把物种看作是特殊进化的宗谱分支,而不是有机体的类型、集体或种类。

鲁斯也捍卫生物学规律。但在处理物种的特异性问题上,他与哈尔有着完全不同的看法,尽管在处理生物学概括例外问题上他们有着相同的思维方式(即他们都采取连贯论的思维)。哈尔和罗森伯格等人把物种看作是个体而不是自然类,鲁斯等人则认为物种是自然类而不是个体;哈尔和罗森伯格等人把生物学规律看作是超越物种层次之上的普遍概括,否定关于个体物种规律的存在,鲁斯等人则认为关于物种成员的规律是存在的。

鲁斯指出,如果象哈尔所说的那样没有关于特殊物种规律的话,那么,任何关于人类自身的特有主张就都不是规律,因为它们都是关于单一物种—人类属性的研究。因此,我们通常所说的社会科学、历史科学、语言学等都不是真正意义上的科学。事实上,由于物种不是个体,而是自然类—即同一物种之所以是同一物种,就是因为它们的成员共有某一性质,因此,关于某一特殊物种的所有成员的普遍陈述是可能的。([10],p.225)凯切尔(Kitcher,P.)也认为存在关于具体物种的生物学规律,因为我们能找到这样的性质P,它们与物种S特有的遗传组成的关系非常密切,以致于P的不存在就意味着这种遗传组成的变化, 并导致新种的出现或不能存活的个体出现,这样“凡S必有P”这类陈述就是可以得到的。([11],p.312)

四、历史叙述可以代替规律解释吗?

“演绎—规律论”的科学解释理论把科学看作是由各种互相关联的定律组成的规律体系。如果生物学不存在规律,那么生物学还是不是科学,特别是与功能生物学相差较远的进化生物学还是不是科学?一些人走得很远,他们认为进化论不是科学的理论。斯玛特、波普尔等人都是如此。迈尔也否认生物学定律的存在,但他并没有因此否定进化理论的科学性,相反他认为,人们应当改变对科学的传统观念。他说:“有一些科学并没有运用无可争辩的被称为定律的表达方式也运行得非常顺利。”([12],p.20)迈尔所说的“有些学科”最主要指的就是生物学。

既然生物学中没有定律,那么生物学中的解释是如何进行的呢?迈尔认为,生物学的解释方式采取的是不同于物理学的历史叙述的方式。他说:“规律观念远远没有历史叙述的观念那样有助于进化生物学。”([2],p.140)这就是说,在生物学中历史叙述比规律解释更重要。

冈奇(T.A.Gondge)也有类似思想。冈奇曾经指出:“在讨论生命历史上具有重大意义的单个事件的时候,叙述性解释进入了进化生物学……叙述性解释的建构一点也没有提到一般规律,……进化过程中的事件不是某种事件的例子,而是单独发生的事,是某种只发生一次,不能〔以同一方式〕再发生的事情,这时候要求叙述性解释……历史性解释构成进化理论的基本部分。”([2],p.77)

在迈尔等人看来,历史叙述具有解释价值,是因为生物学的对象—生命客体是历史客体,在历史过程中,早先的生命事件通常对后来的事件起到一定的作用。例如,白垩纪末期恐龙的灭绝留下了许许多多的生态小生境,为哺乳动物在古新世和始新世向四面八方的惊人发展提供了空间,因此,历史叙述的目标之一就是发现后继事件的原因。然而,在迈尔看来,“那些由基本逻辑公理系统训练出来的哲学家,看来是很难理解特异性和事件历史序列的特殊性的。他们想要否认历史叙述的重要性,并想用结构性法则把它们公理化,但他们的想法并没有说服人。”([2],p.77)

确实有许多人指出,历史叙述并不能否定规律解释。比如鲁斯就认为,叙述性解释的推理过程或者总体上不能令人满意,或者在解释过程中或明或暗地运用到规律。举例来说,描述到生物演化史上的历史事件时,经常要运用“适应”、“优越性”等概念,然而这些概念只能在自然选择和群体遗传学的背景中才能被理解。所以,历史叙述具有解释价值,必须有理论上的保证。这些理论虽然在具体叙述时未提及,但它们却在知识背景中起作用。所以,鲁斯认为,不是赞成规律解释的人的思想没有说服人,而是否定规律解释的人的观点没有说服人。

在我看来,鲁斯说的不无道理,然而,我们也应看到,在生物学中,独特性确实比物理学和化学更普遍,因为生物体在结构上是如此的复杂,以致于它们显示出更多的变异和个性。迈尔等人希望人们关注到这一点,希望人们用特殊的词恰当地描述生物事件,若不是走得太远的话,是包含有合理因素的。因为在很多情况下,生物事件是如此的复杂,以致于完全的解释需要诉诸于许许多多的规律和初始条件,这时,人们在实践上就不得不满足于描述性工作或者“大略解释”工作。在作大略解释时,人们可能要用到规律,但这些规律可以不表现出来,而只是停留在背景知识中。我们不必用非常精确的形式把它们表达出来。所以,在生物学中,历史叙述的解释形式很普遍,但我们应知道,历史叙述并不否认规律解释。

五、结论:走向新的解释

规律观念的本质涉及的是科学理论的结构及科学的运作方式。传统科学哲学认为科学是通过建立越来越普遍的规律向前发展的,规律或定律的建立,既是科学理论成熟的标志,又是科学解释和预言的依据。我国的科学哲学研究几乎无例外地都认为科学是由规律经演绎形成的理论体系。如果我们忽视了科学的具体实际,这种观点仿佛很是圆满。但当我们面对具体的各门科学时,会发现这样的理论图景其实是依据物理科学得出的,并主要适合于物理科学。当代生命科学正如迈尔所说,几乎很少用到规律或定律一词(只有遗传学中有所谓的三定律和哈代—温伯格定律等少数例外)。达尔文进化论对生物学就象牛顿力学对经典物理一样重要,然而达尔文进化论并不象牛顿力学那样由几条规律经数学演绎形成理论。生命科学理论在实践上缺乏定律或规律!

生命科学在规律或定律上的缺乏说明了什么?是传统的科学哲学有问题?还是生物学迄今还不是一门成熟的科学?如果生物学存在规律,生物学是否也应当建立成类似牛顿力学、爱因斯坦相对论那样的规律体系?

依我看,传统规律观念有其深厚的理论基础,从生物客体的历史性、特异性出发,从概念上否定生物学中存在规律,尚缺乏较坚实的理论基础,所以我们必须从另外的角度寻求生物学缺乏规律的原因。实际上,生物学理论在规律上的缺乏完全是由生物学所面对的问题与物理科学不同所造成的。物理学最关心的问题是物质本身所内涵的性质,所以必须借助大量抽象的符号来描述,因此,物理学很容易就走入数学的世界,建立数学的逻辑工具。但是,生物学的重心一开始就落在结构上面,诸如什么动物长什么样子,拥有什么样的器官,长在什么位置,构造和功能有什么关系等等。即使是最近的生物学进展,其重心依然在结构上面,从细胞的各种显微构造到基因的构筑及表现,还有各种生物大分子的三维空间的立体结构等等,生物学家们一直致力的,是如何将各种生命现象在实体形象上求得解释。所以,生物学家最常用的表达方式便是“看图讲故事”,亦即对于已知的构造经由类比联想去阐释其功能。在生物学中叙述性解释成为主要的解释方式,物理科学中那种从规律(由数学公式表示)出发,经由严格的数学推理的解释方式很少出现在生物学里。从早期孟德尔的遗传实验,到摩尔根对染色体的解释,直到近期分子生物学的发展,实际存在的构造成了理论好坏的依据。一个理论成功与否完全依赖其是否能将所观察到的现象嵌附到已知的结构上去。于是,结构变成了所有解释的出发点。染色体也好,DNA双螺旋也好, 都是如此,在这里,数学形式的逻辑推理派不上用场,结构的合理性才是最好的解释手段。另外,由于生物系统及其环境的复杂性,也必须限制在该领域建立一般视律或定律来解释详细细节,所以,生物学家在建立他们的理论体系时,通常更强调先在条件而不是一般规律。

从本世纪五十年代起,许多哲学家从不同方面对逻辑实证主义发起了进攻,出现了一系列新的科学哲学思潮。然而,实际上逻辑实证主义思想仍然在背后支配着许多人的行动。许多人仍然认为一般定律的多少是“好科学”的标志就是一例。然而,我认为,在科学中,除了普遍性推理之外,人们也需要结构性描述,并且在一定的背景中,结构性描述可能是非常重要的。所以,生物学中缺少定律而有更多的叙述性解释,并不一定是生物学的消极特征。生物学不但是一门真正的科学,而且其成就及其思维方式必然要引起哲学的新的变革。

参考文献

[1] J. J. C. Smart, Phibosophy and Scientific Realism, Routledge and Kegan Paul,1963.

[2]迈尔:《生物科学思想的发展》,刘jùn@①jùn@①等译,湖南教育出版社1990。

[3]波普尔:《历史决定论的贫困》, 杜汝楫译, 华夏出版社,1987。

[4]Ruse,M.,The Philosophy of Biology,Hutchinson,1973.

[5]Hull,D.,Phiosophy of Biological Science, Pretice- Hall,1974.

[6]R.C.Lewontin,The Genetic Basis of Evolutionary Change.Columbia University Press,1974.

[7]Steen,W,J.Van der and Kamminga,Harmke:Laws and NaturalHistory in Biology,Brit.J.Phil.Sci.1991(42).

[8]Hull,D.,The Metaphysics of Evolution, State Universityof New York,1989.

[9]Rosenberg,A.,The Structure of Biological Science.Cambridge University Press,1985.

[10]Ruse,M.,Biological Species:Natural Kinds, Inpiduals or What?Bri.J.Phil.Sci,1987(38).