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分子遺傳學(xué)的中心法則范文1

關(guān)鍵詞：高中生物課程；“遺傳與進(jìn)化”模塊；邏輯體系；小進(jìn)化

Abstract: The theoretical system of modern genetics is axiom system with scientific truth as the logical starting point. At the same time， the development of genetics provide logical basis for the research of small evolution. The content system of hereditary and evolution module in The Biology Curriculum Standards in General Senior Middle Schools（experimental edition） is constructed according to logical regulations. In the developmental courses of genetics and evolutionism， scientists have used many scientific ways which have very high educational values for scientific realization. Teaching materials could be written in accordance with logical lines or with historical lines of subject development， which has its own significance . And the combination of abstract thinking and thinking in images shows the important values of thinking training in this module.

Key words: biology in senior middle schools； hereditary and evolution module； logical system； small evolution

關(guān)于生物課程內(nèi)容體系的建構(gòu)，作者曾在《高中生物課程內(nèi)容建構(gòu)及穩(wěn)態(tài)與環(huán)境模塊的分析》一文中作過討論，認(rèn)為像“遺傳與進(jìn)化”模塊的內(nèi)容，可以按形式邏輯的方法，確定若干科學(xué)事實(shí)或概念作為邏輯起點(diǎn)，通過演繹推理構(gòu)建一個(gè)公理化的體系。[1]本文擬對此做一具體分析。

一、現(xiàn)代遺傳學(xué)理論的構(gòu)建

科學(xué)研究首先要通過觀察和實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識(shí)。孟德爾正是通過豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，獲得了大量經(jīng)驗(yàn)材料。但是，感性材料的獲得只是認(rèn)識(shí)的第一步，認(rèn)識(shí)的真正任務(wù)在于達(dá)到理性認(rèn)識(shí)。這就需要用科學(xué)的方法去處理這些材料。如何處理？首先要概括總結(jié)出這些經(jīng)驗(yàn)材料所反映的事物的本質(zhì)和變化規(guī)律。這需要科學(xué)抽象。所謂科學(xué)抽象，就是人們運(yùn)用思維能力，透過事物的各種現(xiàn)象，抽取出事物的本質(zhì)屬性及其變化發(fā)展規(guī)律。科學(xué)抽象是一個(gè)復(fù)雜的思維過程。第一步是以經(jīng)驗(yàn)材料為基礎(chǔ)形成概念，就是從“感性上的具體”上升到“抽象的規(guī)定”。所謂“感性上的具體”，就是人們在科學(xué)實(shí)踐中形成的混沌的表象；所謂“抽象的規(guī)定”，就是通過一定的方法抽象出事物的本質(zhì)屬性。孟德爾正是從豌豆大量具體的遺傳性狀（如花的顏色、子葉是否飽滿、植株的高矮等）中，抽象出“相對性狀”的概念，并進(jìn)一步把它區(qū)分為“顯性性狀”和“隱性性狀”。第二步，是運(yùn)用概念進(jìn)行判斷和推理，建構(gòu)規(guī)律、原理，就是從“抽象的規(guī)定”上升為“思維中的具體”?！八季S中的具體”不同于“感性上的具體”，感性材料已不再是各種事實(shí)的混沌的總和，而是受一定規(guī)律支配的有組織的知識(shí)。孟德爾就是依據(jù)顯性性狀和隱性性狀等概念，總結(jié)出了分離現(xiàn)象和自由組合現(xiàn)象。整個(gè)過程從邏輯方法的角度看，是一個(gè)歸納推理的過程：前提是若干科學(xué)事實(shí)，結(jié)論是從前提中通過推理得到一般規(guī)律。在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，科學(xué)抽象與邏輯方法是同一認(rèn)識(shí)過程中的兩個(gè)側(cè)面。一方面，認(rèn)識(shí)過程是一個(gè)不斷抽象形成科學(xué)概念的過程；另一方面，認(rèn)識(shí)過程是一個(gè)運(yùn)用邏輯方法進(jìn)行判斷和推理的過程。

認(rèn)識(shí)了分離現(xiàn)象和自由組合現(xiàn)象后，孟德爾沒有停步，他開始建立遺傳因子假說。在科學(xué)研究中，當(dāng)對科學(xué)事實(shí)的認(rèn)識(shí)達(dá)到一定程度后，就必須通過理論思維的能動(dòng)作用，運(yùn)用各種理論思維方法進(jìn)行整理和加工，建立科學(xué)假說。這是將研究引向深入的重要環(huán)節(jié)和一般方法。在孟德爾所處的時(shí)代，科學(xué)界盛行的理論思維方法是牛頓的方法。牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提出的第一條科學(xué)方法規(guī)則，就是簡單性原則。[2]對“簡單性原則”概念的界定，學(xué)術(shù)界至今尚無一致意見。牛頓和孟德爾所運(yùn)用的簡單性原則的含義，是事物內(nèi)部的簡單性，即認(rèn)為在對自然的認(rèn)識(shí)中，最簡單的解釋總是比較可取的。正如愛因斯坦所說：“我們所謂的簡單性，并不是指學(xué)生在精通這種體系時(shí)產(chǎn)生的困難最小，而是指這種體系所包含的彼此獨(dú)立的假設(shè)或公設(shè)最少。”[3]近代科學(xué)中，道爾頓首先在19世紀(jì)初按照簡單性原則，把宏觀的、高層次的、憑感官能覺察但認(rèn)識(shí)還不夠清楚的化學(xué)物質(zhì)的多樣性、復(fù)雜性，分解成數(shù)量無限多而種類比較少的微觀的、低層次的、感官不能直接察覺的物質(zhì)最小微粒──原子（當(dāng)時(shí)道爾頓的認(rèn)識(shí)），再以原子之間的相互聯(lián)系和相互作用，來理解、說明、解釋化學(xué)物質(zhì)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能和屬性的無限多樣性、復(fù)雜性，達(dá)到對化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)變化的全面、深刻的認(rèn)識(shí)，從而奠定了現(xiàn)代化學(xué)的基礎(chǔ)。孟德爾在創(chuàng)建其遺傳因子假說的過程中，有否借鑒道爾頓的原子論認(rèn)識(shí)模式，我們不得而知。但他運(yùn)用簡單性原則取得了成功。他建立了遺傳因子成對存在的模型并創(chuàng)造了符號(hào)體系予以表達(dá)，以有限種類基因的無限組合，解釋了無限種生命形式的存在。

假說雖然具有一定的事實(shí)基礎(chǔ)和知識(shí)依據(jù)，但畢竟不同于科學(xué)理論，它帶有一定的猜測性和或然性。因此，在建立起假說后，孟德爾又運(yùn)用演繹推理以測交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其遺傳因子假說。演繹推理是進(jìn)行邏輯證明的一種重要方法，是運(yùn)用一般原理對具體事物進(jìn)行推論并作出科學(xué)預(yù)見和發(fā)展科學(xué)理論的必要環(huán)節(jié)。

由此可見，孟德爾工作的開拓性，除了正確選擇材料和采用統(tǒng)計(jì)方法，更重要的是巧妙地抽象出科學(xué)概念，建立假說，創(chuàng)造符號(hào)體系予以表達(dá)并與有計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。這種方法自伽利略和牛頓以來在物理學(xué)中一直被使用，但在當(dāng)時(shí)的生物學(xué)中無人知曉。這可能是孟德爾的工作沒有被與他同時(shí)代的最優(yōu)秀的生物學(xué)家所認(rèn)同的原因。但正是這種方法的建立使遺傳學(xué)不斷取得進(jìn)展并成為一門真正的科學(xué)。

從邏輯方法來分析，遺傳因子假說的邏輯起點(diǎn)是分離現(xiàn)象的自由組合現(xiàn)象，概括得出這兩個(gè)現(xiàn)象時(shí)孟德爾使用的歸納方法是簡單枚舉法，即根據(jù)若干對象都具有某種屬性而無一反例，于是推論得出該類對象都具有這種屬性的結(jié)論。簡單枚舉歸納法得出的結(jié)論帶有某種程度的或然性，不能作為科學(xué)理論來使用，只能提供尚需進(jìn)一步加以研究和驗(yàn)證的一種假定。為了從根本上提高結(jié)論的可靠性，必須努力發(fā)現(xiàn)某種屬性與某類對象之間的必然聯(lián)系。如果能夠確定某屬性是該類對象所必然具有的，那么其推論就最終成立了。這樣，推理方法也就由簡單枚舉法過渡到科學(xué)歸納法了。細(xì)胞遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)的成果，最終證明了孟德爾假說的正確性，因?yàn)樗鼈兏鶕?jù)對遺傳現(xiàn)象和遺傳物質(zhì)之間必然聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，推定分離規(guī)律和自由組合規(guī)律具有普遍性。至此，孟德爾假說才被確立為遺傳學(xué)理論。

其實(shí)，經(jīng)過分子遺傳學(xué)的建立這一場“科學(xué)革命”后，現(xiàn)代遺傳學(xué)的“范式”與經(jīng)典遺傳學(xué)已經(jīng)完全不同了。現(xiàn)代遺傳學(xué)的邏輯起點(diǎn)是三個(gè)方面的科學(xué)事實(shí)，一是有性生殖細(xì)胞的形成和受精作用（特別是這些過程中染色體的變化）；二是DNA是主要的遺傳物質(zhì)，每個(gè)染色體都是由特定的DNA鏈和蛋白質(zhì)組成的；三是遺傳物質(zhì)對遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞和表達(dá)（分子遺傳學(xué)中心法則）。通過對這三方面所發(fā)現(xiàn)的科學(xué)事實(shí)的綜合，建構(gòu)起了現(xiàn)代遺傳學(xué)理論。而前面所述的遺傳學(xué)的發(fā)生發(fā)展過程，已經(jīng)成為歷史。

二、進(jìn)化理論構(gòu)建的科學(xué)方法

達(dá)爾文進(jìn)化論包括兩方面的內(nèi)容，一是肯定生物是進(jìn)化的，二是說明生物進(jìn)化的機(jī)理。對于“生物是進(jìn)化的”這個(gè)結(jié)論，達(dá)爾文在自己的環(huán)球考察和前人研究的基礎(chǔ)上，收集了大量的材料，主要運(yùn)用歸納法得出。后來，又有越來越多的發(fā)現(xiàn)提供了新的證據(jù)。迄今未遇到反例。因此可以說，自1859年達(dá)爾文的《物種起源》發(fā)表后，進(jìn)化論取得了勝利。對“生物進(jìn)化的機(jī)理”，達(dá)爾文用自然選擇理論解釋?，F(xiàn)在有許多異議，但尚未有一個(gè)理論可以取而代之。對此，我們從科學(xué)方法的角度做一分析。

自然選擇理論的邏輯起點(diǎn)是四個(gè)科學(xué)事實(shí)：過度繁殖、遺傳變異、生存斗爭和隔離。達(dá)爾文以它們?yōu)榛A(chǔ)，通過與人工選擇的類比，依據(jù)因果關(guān)系而建立起理論體系。在作為邏輯起點(diǎn)的四個(gè)科學(xué)事實(shí)中，過度繁殖和生存斗爭，可以通過觀察直接證實(shí)；對遺傳變異，現(xiàn)代科學(xué)研究也已充分證明，在各種生物中都發(fā)現(xiàn)了大量的突變，遺傳多態(tài)現(xiàn)象（polymorphism）廣泛存在；隔離阻斷了基因交流，對于小種群來說，確實(shí)能使物種分化，這已成為珍稀動(dòng)物保護(hù)中建立“種群通道”的理論依據(jù)?，F(xiàn)在的爭議在選擇理論。達(dá)爾文的自然選擇理論是通過與“人工選擇”的類比而建立的，因此僅僅是一種推斷。人工選擇是在有限范圍內(nèi)進(jìn)行的，而且是實(shí)驗(yàn)上可控的原理。把這樣一種原理擴(kuò)展成普遍意義上的原理，是否可以？而且到目前為止，人們除了在多倍體植物中發(fā)生的一些例子外，在可以觀察的范圍內(nèi)從來沒有出現(xiàn)過新物種。所以，通過自然選擇產(chǎn)生新物種尚缺乏實(shí)證。因此，一些人從思維方式和科學(xué)方法的角度，對自然選擇學(xué)說提出了質(zhì)疑。伴隨對生物進(jìn)化過程中物種演變認(rèn)識(shí)的深入，遺傳學(xué)家歌德斯密特（R.B.Goldshmidt）在1940年提出了“大進(jìn)化”和“小進(jìn)化”的概念。1944年古生物學(xué)家辛普森（G.G.Simpson）對此概念又做了修正并給予明確定義，認(rèn)為小進(jìn)化（microevolution）考察進(jìn)化過程中物種內(nèi)性狀維持或變異的規(guī)律，大進(jìn)化（macroevolution）則研究物種規(guī)模演變的特征。達(dá)爾文和他以后的許多進(jìn)化論者把生物個(gè)體看作是進(jìn)化的單位，但小進(jìn)化的研究表明這樣的認(rèn)識(shí)是不對的。實(shí)際上，進(jìn)化的單位，對無性生殖的生物是無性繁殖系，對有性繁殖的生物是通過有性生殖聯(lián)系起來的種群。這樣，在遺傳學(xué)研究成果的直接推動(dòng)下，達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說發(fā)生了一次大的改造，主要體現(xiàn)在選擇的效果不再是“生”或“死”的問題，而變成了在生物的繁衍過程中，突變基因?qū)ΨN群基因庫分布（某突變基因和與它同源的等位野生型基因在種群總基因數(shù)中的比例）的影響大小的問題；生物進(jìn)化的單位不再是生物個(gè)體，而是擴(kuò)展到種群。這是對達(dá)爾文進(jìn)化論的一次重要修正，人們把這次修正后的達(dá)爾文進(jìn)化論稱為“現(xiàn)代綜合論”（the modern synthesis）。

現(xiàn)代進(jìn)化理論對小進(jìn)化的研究，以遺傳平衡定律（Hardy-Weinberg定律，1908）為基礎(chǔ)，引進(jìn)適合度（fitness）和選擇系數(shù)（selective coefficient）的概念后，為自然選擇學(xué)說提供了可靠的邏輯基礎(chǔ)和定量概念，是自然選擇學(xué)說的重要發(fā)展。現(xiàn)在許多生物學(xué)家接受選擇理論，正是因?yàn)檫z傳學(xué)在這個(gè)方面的發(fā)展。然而，對現(xiàn)代綜合論，基于種群遺傳學(xué)基礎(chǔ)之上的小進(jìn)化模式是否可以解釋物種形成和高級(jí)分類群起源等大進(jìn)化現(xiàn)象，多年來一直是進(jìn)化生物學(xué)中爭論的一個(gè)焦點(diǎn)問題。特別是20世紀(jì)70年代以來，古生物學(xué)研究證明生物的大進(jìn)化過程并不總是與環(huán)境的變遷相一致。例如，我國云南澄江動(dòng)物群化石揭示的寒武紀(jì)大爆發(fā)之類的進(jìn)化現(xiàn)象（還包括大絕滅現(xiàn)象）告訴我們，進(jìn)化不是一個(gè)連續(xù)的過程而表現(xiàn)為階段性的過程，最初是以迅速形成幾種主要類群的方式爆發(fā)性地形成類群的階段，然后是緩慢的物種形成和在每個(gè)類群內(nèi)對不同棲息地逐漸適應(yīng)的階段，最后是衰落和絕滅階段。因此，進(jìn)化不僅是由環(huán)境的變化和生存斗爭決定的，它還受生命系統(tǒng)內(nèi)部因素的制約。特別是大進(jìn)化，更是如此。

從控制論的角度看，生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)是反饋調(diào)節(jié)的結(jié)果。生命系統(tǒng)可能通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)而保持穩(wěn)態(tài)，也可能通過正反饋調(diào)節(jié)打破原有的穩(wěn)態(tài)，從而建立新的穩(wěn)態(tài)或趨于毀滅。因此，選擇并非只是自然的選擇，生命系統(tǒng)作為自組織系統(tǒng)，對系統(tǒng)的發(fā)展也存在一定的自身干預(yù)，如作為進(jìn)化單位的種群內(nèi)部的性選擇對基因頻率的影響等。從熱力學(xué)的角度看，熱力學(xué)第二定律揭示的孤立系統(tǒng)的熵增加，是一個(gè)退化的過程。20世紀(jì)中葉誕生的非平衡態(tài)熱力學(xué)，說明生命系統(tǒng)在本質(zhì)上都是開放系統(tǒng)。它們的結(jié)構(gòu)都是耗散結(jié)構(gòu)，因而可以發(fā)生“熵減少”的個(gè)體生長發(fā)育和系統(tǒng)進(jìn)化過程，同時(shí)其中也可以包含局部的熵增加過程。所以，任何生命系統(tǒng)都在大量偶然的隨機(jī)因素中發(fā)展著，并不只是適應(yīng)環(huán)境的變化。在生物進(jìn)化的過程中，內(nèi)因是變化的根據(jù)，而外因只是變化的條件。

三、“遺傳與進(jìn)化”模塊邏輯體系的構(gòu)建

（一）模塊體系構(gòu)建的邏輯方法

《標(biāo)準(zhǔn)》對“遺傳與進(jìn)化”模塊的知識(shí)體系，沒有按遺傳學(xué)和進(jìn)化論的發(fā)展歷史線索構(gòu)建，而以邏輯線索構(gòu)建，形成一個(gè)公理化的體系。公理化體系的特點(diǎn)是先提供不容置疑的科學(xué)事實(shí)或概念作為邏輯起點(diǎn)，然后主要運(yùn)用形式邏輯的方法，通過判斷、推理、證明來建構(gòu)，其邏輯形式包括邏輯起點(diǎn)、邏輯中介、邏輯順序和邏輯終點(diǎn)四個(gè)基本環(huán)節(jié)。

1.邏輯起點(diǎn)。邏輯起點(diǎn)是形成理論的起點(diǎn)，它必須是：①對事物最簡單和最一般的本質(zhì)規(guī)定；②能構(gòu)成所研究對象的基本單位；③包含事物整個(gè)發(fā)展過程中一切矛盾的“胚芽”。例如，經(jīng)典遺傳學(xué)中的“相對性狀”“基因”等概念，就是經(jīng)典遺傳學(xué)理論的邏輯起點(diǎn)。

2.邏輯中介。邏輯中介是聯(lián)結(jié)起點(diǎn)和終點(diǎn)之間由一系列的概念、模型所組成的中間環(huán)節(jié)。它具有以下特點(diǎn)：①起溝通和聯(lián)結(jié)的作用，能把邏輯起點(diǎn)和邏輯終點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成一環(huán)扣一環(huán)的邏輯整體；②以事物之間的內(nèi)在聯(lián)系為依據(jù)，不能任意跳躍。例如，經(jīng)典遺傳學(xué)中的表現(xiàn)型、基因型、等位基因等概念和模型，就是經(jīng)典遺傳學(xué)理論的邏輯中介。

3.邏輯順序。邏輯順序是概念、模型、原理之間前后相繼或相互隸屬的關(guān)系。確定邏輯順序的方式主要有兩種：①從屬性的聯(lián)系方式，如相對性狀與顯性性狀、隱性性狀之間，基因型與純合子、雜合子之間的聯(lián)系，按照這種方式確定的邏輯順序主要反映客觀事物內(nèi)部各個(gè)組成部分之間的從屬關(guān)系；②繼起式的聯(lián)系方式，如相對性狀與分離現(xiàn)象、自由組合現(xiàn)象、等位基因與基因的分離規(guī)律之間的聯(lián)系，按照這種方式確定的邏輯順序大體上與客觀事物的發(fā)展順序以及人類認(rèn)識(shí)的發(fā)展歷史相一致。

4.邏輯終點(diǎn)。邏輯終點(diǎn)意味著一個(gè)特定范圍內(nèi)的認(rèn)識(shí)上升周期的結(jié)束，也是另一個(gè)新的認(rèn)識(shí)上升周期的開始。思維從起點(diǎn)到終點(diǎn)的整個(gè)上升運(yùn)動(dòng)，一方面是對客觀事物和實(shí)際過程的反映，另一方面又具有其嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)。

（二）模塊邏輯體系的構(gòu)建

1.第一個(gè)邏輯起點(diǎn)──“專題1.遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)”

現(xiàn)代遺傳學(xué)的第一個(gè)邏輯起點(diǎn)是有性生殖細(xì)胞的形成和受精作用（特別是這些過程中染色體的變化），因此，《標(biāo)準(zhǔn)》安排了“舉例說明配子的形成過程”和“舉例說明受精過程”這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)在“闡明細(xì)胞的減數(shù)分裂并模擬分裂過程中染色體的變化”。

2.第二個(gè)邏輯起點(diǎn)──“專題2.遺傳的分子基礎(chǔ)”

其中的“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”“概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)”這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，說明DNA是主要的遺傳物質(zhì)，每個(gè)染色體都是由特定的DNA鏈和蛋白質(zhì)組成的。

3.第三個(gè)邏輯起點(diǎn)──分子遺傳學(xué)的中心法則

圍繞中心法則，“專題2.遺傳的分子基礎(chǔ)”安排了“說明基因和遺傳信息的關(guān)系”“概述DNA分子的復(fù)制”“概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”等內(nèi)容。

4.得出第一個(gè)理論──“專題3.遺傳的基本規(guī)律”

先通過“分析孟德爾遺傳實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法”，然后以上述三個(gè)邏輯起點(diǎn)為基礎(chǔ)，來“闡明基因的分離規(guī)律和自由組合規(guī)律”。這里的邏輯證明和“分子與細(xì)胞”模塊不同，那里是通過“使用顯微鏡觀察多種多樣的細(xì)胞”等活動(dòng)來證明沒有反例，而這里是通過“專題1.遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)”和“專題2.遺傳的分子基礎(chǔ)”，來闡明基因的分離規(guī)律和自由組合規(guī)律的內(nèi)在必然性。

5.得出第二個(gè)理論──“專題4.生物的變異”

以前述三個(gè)邏輯起點(diǎn)為基礎(chǔ)，再根據(jù)遺傳的基本規(guī)律進(jìn)行推理，便可“舉例說出基因重組及其意義”“舉例說明基因突變的特征和原因”“簡述染色體結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異”。

6.從遺傳學(xué)出發(fā)討論進(jìn)化問題

從遺傳學(xué)出發(fā)來討論進(jìn)化機(jī)理，主要在小進(jìn)化的范疇。所以安排了“用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化”的活動(dòng)建議。然而小進(jìn)化能否說明大進(jìn)化，還有許多爭議，所以《標(biāo)準(zhǔn)》只是要求通過“搜集生物進(jìn)化理論發(fā)展的資料”活動(dòng)，“說明現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容”。

至于對“生物是進(jìn)化的”這個(gè)問題，因已為現(xiàn)代社會(huì)普遍接受，初中也已涉及，所以《標(biāo)準(zhǔn)》只在初中的基礎(chǔ)上安排了一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：“概述生物進(jìn)化與生物多樣性的形成”。

考慮到遺傳學(xué)和進(jìn)化論發(fā)展中的科學(xué)認(rèn)識(shí)模式和方法所具有的教育價(jià)值，《標(biāo)準(zhǔn)》又安排了“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”“分析孟德爾遺傳實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法”“探討生物進(jìn)化觀點(diǎn)對人們思想觀念的影響”等內(nèi)容。

當(dāng)然，在編寫教材時(shí)，可以有不同的體系。例如，對遺傳學(xué)的內(nèi)容，既可以根據(jù)現(xiàn)代遺傳學(xué)理論體系構(gòu)建，也可以根據(jù)遺傳學(xué)發(fā)展史上的學(xué)科思想和方法構(gòu)建。

四、“遺傳與進(jìn)化”模塊的思維方式特點(diǎn)分析

自孟德爾開始，遺傳學(xué)便使用模型來表征概念及判斷和推理的過程。例如，“表現(xiàn)型”就是一種實(shí)物模型，相當(dāng)于生物體某性狀的模式標(biāo)本；減數(shù)分裂圖解、染色體圖解等則屬于模擬模型。這些都是物質(zhì)模型。而DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、蛋白質(zhì)合成示意圖等屬于具象模型，“基因型”和雜交過程圖解等屬于抽象模型，二者都是思想模型。基因型，其實(shí)質(zhì)是“基因組成模型”，它用英文字母來表示生物體中與所研究問題有關(guān)的基因組成。雜交過程圖解是理想化的過程模型，它按遺傳學(xué)規(guī)律把雜交過程簡化，用以反映和解釋雜交試驗(yàn)的過程和結(jié)果，并通過演繹推理來預(yù)測某些雜交試驗(yàn)的結(jié)果。

模型屬于表象。過去的生物學(xué)課程在邏輯實(shí)證主義的影響下，往往只重視概念在思維中的作用而忽視對表象的研究。而認(rèn)知心理學(xué)家一般認(rèn)為，表象是更適合于進(jìn)行創(chuàng)造性思維的認(rèn)知成分。眾所周知，想象是一種重要的創(chuàng)造性思維形式，而它正是大腦對表象進(jìn)行分析綜合、加工改造，從而形成新的表象的心理過程。因此，在教學(xué)改革中許多教師提倡要發(fā)揮生物學(xué)圖解教學(xué)的功能，其實(shí)質(zhì)就是運(yùn)用模型來設(shè)計(jì)新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，注意通過對表象的操作、加工而實(shí)現(xiàn)的思維活動(dòng)。例如，在遺傳學(xué)問題解決中，人們經(jīng)常使用模型方法。利用模型方法解決問題，需先建立模型，簡稱生物建模。所謂建模，就是要尋找變量之間的關(guān)系，構(gòu)建模型；然后依據(jù)模型進(jìn)行推導(dǎo)、計(jì)算，作出預(yù)測。其過程在實(shí)質(zhì)上是一個(gè)需要概念思維和表象思維參與的過程。我們以2003年全國高考“理綜”卷第26題為例說明。題目是：“小麥品種是純合體，生產(chǎn)上用種子繁殖，現(xiàn)要選育矮稈（aa）、抗?。˙B）的小麥新品種；馬鈴薯品種是雜合體（有一對基因雜合即可稱為雜合體），生產(chǎn)上通常用塊莖繁殖，現(xiàn)要選育黃肉（Yy）、抗?。≧r）的馬鈴薯新品種。請分別設(shè)計(jì)小麥品種間雜交育種程序以及馬鈴薯品種間雜交育種程序。要求用遺傳圖解表示并加以簡要說明。（寫出包括親本在內(nèi)的前三代即可。）”運(yùn)用模型方法解題程序如下表所示。

我們可以運(yùn)用認(rèn)知心理學(xué)的雙重編碼理論對這個(gè)思維過程進(jìn)行分析。該理論認(rèn)為人的認(rèn)知結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)系統(tǒng)──言語系統(tǒng)和表象系統(tǒng)，二者之間存在三個(gè)重要的聯(lián)結(jié)關(guān)系：一是言語刺激與表象刺激之間的表達(dá)聯(lián)結(jié)，在上表中，“（1）分析變量”這一步驟建構(gòu)了這個(gè)聯(lián)結(jié)，如“矮稈或高稈”對應(yīng)“aa或A_”；二是言語系統(tǒng)與表象系統(tǒng)之間的指稱聯(lián)結(jié)，上表中的“（2）構(gòu)建親本基因組合模型”步驟完成了這個(gè)聯(lián)結(jié)，如小麥親本“矮稈不抗病”對應(yīng)“aabb”；三是言語系統(tǒng)和表象系統(tǒng)內(nèi)部的聯(lián)想聯(lián)結(jié)，這是在“（3）推導(dǎo)雜交過程”和“（4）作出預(yù)測”中完成的，這兩步既有運(yùn)用言語的思維，又有運(yùn)用表象（模型）的思維。根據(jù)雙重編碼理論，第一步驟中的表達(dá)意義即言語刺激和表象刺激之間的聯(lián)結(jié)，來自對外在事件、字詞或表象的熟悉感，表達(dá)意義以經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)；第二步驟中的指稱意義指相應(yīng)的表象表達(dá)的激活或相應(yīng)言語表達(dá)的激活，它來自言語系統(tǒng)與表象系統(tǒng)之間的相互激活和相互作用；最后兩個(gè)步驟中的聯(lián)想意義是分別在言語系統(tǒng)或表象系統(tǒng)本系統(tǒng)內(nèi)的一種深層次表達(dá)，它依靠本系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予認(rèn)知者以意義，這個(gè)過程在表象系統(tǒng)和言語系統(tǒng)的共同作用下完成。從整個(gè)問題解決過程來看，遺傳學(xué)建模問題對學(xué)生來說有一定難度，其根本原因可能也在這里，它需要言語和表象兩個(gè)系統(tǒng)共同作用才能完成。

在思維方式中，以科學(xué)概念為思維材料而進(jìn)行的思維是科學(xué)抽象思維，以表象為思維材料進(jìn)行的思維是科學(xué)形象思維。上述遺傳學(xué)問題解決思維過程的特點(diǎn)在于抽象思維與形象思維相結(jié)合，這正是“遺傳與進(jìn)化”模塊的重要思維訓(xùn)練價(jià)值之所在。

參考文獻(xiàn)

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分子遺傳學(xué)的中心法則范文2

通過概念復(fù)習(xí)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生理解和掌握生物科學(xué)領(lǐng)域中核心的基礎(chǔ)內(nèi)容，并在新的情境中加以應(yīng)用，才能有助于形成或提高理解能力、實(shí)驗(yàn)與探究能力、獲取信息的能力、綜合運(yùn)用能力，不斷提高自身科學(xué)素養(yǎng)。因此，生物學(xué)概念復(fù)習(xí)教學(xué)是高三生物學(xué)教學(xué)的核心任務(wù)與基礎(chǔ)。

為了提高高中生物學(xué)概念復(fù)習(xí)教學(xué)的有效性，筆者認(rèn)為應(yīng)注意下列兩方面的教學(xué)。

一、強(qiáng)化核心概念的復(fù)習(xí)

所謂核心概念是指位于生物學(xué)知識(shí)領(lǐng)域中心的概念性知識(shí)，即是與生物科學(xué)事實(shí)相對應(yīng)的知識(shí)，包括了重要概念、原理、模型及理論等的基本理解和解釋，在某種程度上，我們可以將核心概念等同于課標(biāo)所述的“核心的基礎(chǔ)內(nèi)容”，它是生物學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，有著廣泛的應(yīng)用且能經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)。

高中生物課程強(qiáng)調(diào)核心概念的教學(xué)，這就要求進(jìn)行模塊備課、單元備課及課時(shí)備課時(shí)，必須學(xué)會(huì)準(zhǔn)確地把握模塊、單元及課時(shí)的核心概念。核心概念具有基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性及聯(lián)系性等特征，即核心概念具有內(nèi)涵豐富，可以發(fā)展其他概念、核心概念與其他概念以一定的關(guān)系組成了同類事物的整體、核心概念引領(lǐng)整個(gè)系統(tǒng)知識(shí)塊的發(fā)生、發(fā)展和深化等。一般來說，每個(gè)模塊的核心概念數(shù)目控制在10―15個(gè)。如生物必修Ⅱ《遺傳與進(jìn)化》的核心概念有：染色體、基因、中心法則、減數(shù)分裂、性狀、突變、重組、遺傳規(guī)律、基因頻率、物種、種群、自然選擇、隔離等。此處直接用生物學(xué)名詞術(shù)語代替了概念的表述，是鑒于讀者知道這些生物術(shù)語的內(nèi)涵和外延，而在課堂教學(xué)中，應(yīng)該要用適當(dāng)?shù)年愂鼍洹⒖茖W(xué)地表達(dá)這些概念，才能有利于學(xué)生分析、理解、掌握與應(yīng)用。

強(qiáng)調(diào)核心概念教學(xué)的目的是避免傳統(tǒng)的對繁雜的生物學(xué)事實(shí)性知識(shí)的記憶教學(xué)，轉(zhuǎn)變?yōu)樽非髮诵母拍畹睦斫鈱W(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了國際科學(xué)教育倡導(dǎo)的“少而精”（less is more）的教學(xué)原則。

開展核心概念復(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)，除了關(guān)注核心概念的內(nèi)涵、外延、例證、前科學(xué)概念等科學(xué)概念的要素以及核心概念與一般概念、核心概念與核心概念之間的關(guān)系之外；應(yīng)注意下列問題。

1.概念與術(shù)語不同

名詞術(shù)語僅是標(biāo)記概念的符號(hào)，學(xué)生能說出光合作用、呼吸作用、生態(tài)系統(tǒng)等生物學(xué)名詞術(shù)語，但不知道如何提出和解答相關(guān)的問題，這意味著他只是知道了這些“字眼”，卻沒有真正理解這些生物學(xué)概念。

2.概念與定義不同

通常人們將概念的含義直接與定義相對應(yīng)，這觀點(diǎn)從上世紀(jì)70年代起受到質(zhì)疑：有一些概念如等邊三角形有明確的定義，但更多的概念特別是更為抽象復(fù)雜的概念，它們所包含的意義無法用一句定義確切表達(dá)。同時(shí)，隨著時(shí)代的發(fā)展、科學(xué)的進(jìn)步，人們對它的理解不斷地發(fā)生變化。如現(xiàn)代遺傳學(xué)尚沒有給基因一個(gè)統(tǒng)一的定義，多數(shù)分子遺傳學(xué)著作闡述現(xiàn)代基因的概念時(shí)，主要從基因與性狀的關(guān)系、與染色體的關(guān)系、與DNA分子的關(guān)系、與遺傳信息的關(guān)系、基因的結(jié)構(gòu)特征以及基因的分類等六個(gè)方面上進(jìn)行界定。此外，對學(xué)生而言，隨著學(xué)習(xí)的深入，“定義”的描述會(huì)不斷變化、加深。如光合作用這一概念，初中階段的定義是綠色植物利用光提供的能量，在葉綠體中合成了淀粉等有機(jī)物，并且把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，儲(chǔ)存在有機(jī)物中，這個(gè)過程就是人們常說的光合作用。高中階段的定義是光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。光合作用的過程是十分復(fù)雜的，它包括一系列化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)是否需要光能，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段?？梢?，高中階段對光合作用要求提高了。

明確概念與名詞術(shù)語及定義的區(qū)別，就要求概念復(fù)習(xí)教學(xué)過程中，杜絕將概念以孤立的名詞解釋的方式讓學(xué)生死記硬背，這是一種無意義的學(xué)習(xí)。長此以往，學(xué)生可能知道或記得某個(gè)生物學(xué)名詞術(shù)語或定義，但不理解概念及概念之間的聯(lián)系，無法構(gòu)建良好的生物知識(shí)結(jié)構(gòu)，就談不上在新情境中運(yùn)用這些知識(shí)。另外，隨著學(xué)生年齡的不同，“定義”的描述會(huì)不斷變化、加深。所以“定義”可能會(huì)讓學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)時(shí)產(chǎn)生困惑。

概念復(fù)習(xí)教學(xué)還應(yīng)通過生物圖、生物表、概念圖等形式幫助學(xué)生構(gòu)建概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成知識(shí)鏈、知識(shí)網(wǎng)。

二、注意區(qū)分生物學(xué)事實(shí)和生物學(xué)概念

生物學(xué)基本事實(shí)包括動(dòng)物、植物等生物的名稱；大小、形狀、顏色等生物的外部特征以及生物、生命現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展的過程等。概念是人腦在感覺、知覺和表象的基礎(chǔ)上，對感性材料進(jìn)行去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里的思維加工和改造的產(chǎn)物?？傊聦?shí)是客觀的，是通過感官或者一定的儀器器材進(jìn)行觀察測量得到的。概念往往是主觀的，是人的思維活動(dòng)的結(jié)果，即是由眾多的事實(shí)歸納推理得出的。

請分析下列陳述句哪些表述的是生物學(xué)事實(shí)？哪些表述的是生物學(xué)概念？“細(xì)胞核控制著細(xì)胞的代謝與遺傳?！薄坝薪z分裂中期每條染色體的著絲點(diǎn)排列在細(xì)胞中央的一個(gè)平面上?！薄坝杉?xì)胞外液構(gòu)成的液體環(huán)境叫做內(nèi)環(huán)境。”根據(jù)上述對事實(shí)和概念的認(rèn)識(shí)，我們不難作出判斷：“有絲分裂中期每條染色體的著絲點(diǎn)排列在細(xì)胞中央的一個(gè)平面上?！边@個(gè)陳述句表述的是生物學(xué)事實(shí)，它是可以通過顯微鏡、細(xì)心觀察得到的；“細(xì)胞核控制著細(xì)胞的代謝與遺傳”及“由細(xì)胞外液構(gòu)成的液體環(huán)境叫做內(nèi)環(huán)境”這兩個(gè)陳述句表述的是生物學(xué)概念，它們是通過眾多的生物學(xué)基本事實(shí)歸納推理得出的，符合客觀實(shí)際的。

區(qū)分生物學(xué)基本事實(shí)與生物學(xué)概念的目的是教師在設(shè)計(jì)課堂教學(xué)方案時(shí)，必須將生物學(xué)核心概念作為每節(jié)課的知識(shí)目標(biāo)與教學(xué)重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生通過一定的生物學(xué)事實(shí)構(gòu)建正確的生物學(xué)概念及合理的概念體系，并以此解決所面臨的實(shí)際問題。這就要求教師在教學(xué)活動(dòng)中必須采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段開展概念復(fù)習(xí)教學(xué)。如通過設(shè)置問題串：“為什么用果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料？根據(jù)哪一個(gè)雜交組合可以判斷出果蠅的顯性性狀?為什么?果蠅的白眼性狀遺傳是否符合孟德爾的分離定律?與孟德爾分離定律相比較，這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有什么特殊的情況嗎?和性別有關(guān)嗎？如果控制果蠅眼色的基因用字母A表示，你能寫出摩爾根的兩組果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的遺傳圖解嗎?如果你是摩爾根，你將如何解釋果蠅白眼性狀的遺傳?需要設(shè)計(jì)一個(gè)測交實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證你的解釋嗎?為什么?如何設(shè)計(jì)?”等引導(dǎo)學(xué)生深入理解并應(yīng)用知識(shí)。應(yīng)避免出現(xiàn)類似：“減數(shù)分裂發(fā)生的場所在哪？減數(shù)分裂過程，染色體復(fù)制幾次，在哪個(gè)時(shí)期復(fù)制？細(xì)胞分裂幾次？減數(shù)第一次分裂染色體的行為、數(shù)目、形態(tài)有何變化？減數(shù)第二次分裂染色體的行為、數(shù)目、形態(tài)有何變化？減數(shù)分裂中染色體的“減數(shù)”發(fā)生在什么時(shí)期？”等僅僅是識(shí)記生物學(xué)事實(shí)的設(shè)問，這將導(dǎo)致學(xué)生死記硬背，違背了生物科學(xué)教學(xué)的“做中學(xué)”原則，學(xué)生不是通過觀察、實(shí)驗(yàn)、思考、交流等方式學(xué)習(xí)生物學(xué)，那么，提高學(xué)生的生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)這一課程理念就會(huì)落空。

同理，區(qū)分生物學(xué)基本事實(shí)與生物學(xué)概念也有利于教師在命制試題時(shí)，關(guān)注生物學(xué)核心概念的考查。

試題1西瓜消暑解渴，深受百姓喜愛，其中大籽（B）對小籽（b）為顯性，紅瓤（R）對黃瓤（r）為顯性，兩對基因位于兩對同源染色體上，遵循基因的自由組合定律，已知西瓜的染色體數(shù)目2n=22，請根據(jù)如圖所示的幾種育種方法的流程圖回答有關(guān)問題：（注：甲為黃瓤小籽，乙為紅瓤大籽，且甲乙都能穩(wěn)定遺傳）

（1）二倍體西瓜子房發(fā)育成果實(shí)，與種子產(chǎn)生的 有關(guān)，該化學(xué)物質(zhì)發(fā)揮生理作用的特點(diǎn)是 。

（2）②過程常用的試劑2是 ，③過程得到的無子西瓜B果實(shí)的基因型和表現(xiàn)型分別為 ， 。

（3）若甲乙為親本，雜交獲得F1，F(xiàn)1相互授粉得到F2，在F2中兩對性狀均為顯性個(gè)體所占的比例為 。⑥過程進(jìn)行原生質(zhì)體融合得到雜種體細(xì)胞，該過程需要用到的酶是 ，⑦過程的原理是 。

（4）過程⑧是花藥在MS培養(yǎng)基所提供的特定條件下脫分化，發(fā)生多次細(xì)胞分裂，形成 ，然后，最后長成單倍體植株。

該試題圍繞核心概念“基因的自由組合定律”考查學(xué)生是否把握了單倍體、二倍體、三倍體、育種方法等相關(guān)概念間的內(nèi)在聯(lián)系，形成知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；考查了學(xué)生能否運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與觀點(diǎn)，通過比較、分析與綜合等方法對生物學(xué)問題進(jìn)行解釋、推理，做出合理的判斷或得出正確的結(jié)論。

試題2已知西瓜紅色瓤（R）對黃色瓤（r）為顯性。第一年將二倍體黃瓤西瓜種子種下，發(fā)芽后用秋水仙素處理，得到四倍體西瓜植株；以該四倍體西瓜植株為母本，以二倍體純合紅瓤西瓜為父本進(jìn)行雜交，所結(jié)西瓜中有種子，第二年種下該種子得到三倍體植株，開花后授以二倍體西瓜的成熟花粉，即可結(jié)出無籽西瓜。請回答以下問題：

（1）秋水仙素作用于 ，可誘導(dǎo)四倍體的產(chǎn)生，秋水仙素的作用機(jī)理是 。

（2）四倍體母本的基因型是 ，三倍體的種子位于

（3）三倍體西瓜的基因型是 ，第二年對三倍體植株的花要授以二倍體西瓜成熟花粉，目的是 。

（4）三倍體西瓜無子的原因是 無子形狀能否遺傳 （能或不能）。

（5）要想獲取大量的三倍體西瓜幼苗，最快的培育方式是 ，請寫出培育過程 。