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分子遺傳學(xué)的中心法則范文第1篇

【關(guān)鍵詞】問題串 遺傳部分 教材編寫 內(nèi)在邏輯

1.問題的提出

實(shí)行新課改后，有部分教師反映新人教版教材（以下稱“新教材”）的邏輯性不如舊人教版教材（以下稱“舊教材”）。在剛接觸到新教材時(shí)，筆者也有類似感覺，但細(xì)細(xì)體會之后，發(fā)現(xiàn)新教材的編寫有著自己的內(nèi)在邏輯。部分教師感覺邏輯性不如舊教材，實(shí)際上是思維慣性所致，即長期使用舊教材，對舊教材的邏輯形成思維定勢，而對新教材的內(nèi)在邏輯理解不深刻。所以，認(rèn)真領(lǐng)會新教材的內(nèi)在邏輯，是每一位教師鉆研新教材，適應(yīng)在新課標(biāo)理念下教學(xué)的必然要求。

筆者在近年的教學(xué)實(shí)踐中，對人教版《高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物必修②遺傳與進(jìn)化》遺傳部分（第1章 ～ 第4章）編寫的內(nèi)在邏輯有了一點(diǎn)體會，并嘗試著用問題串的形式將其層層揭示。這對深刻理解教材內(nèi)容，把握知識之間的聯(lián)系起到較好的效果。

2.教材編寫的指導(dǎo)思想

遺傳部分的內(nèi)容為必修②第1章 ～ 第4章。其中，第1、2兩章為經(jīng)典遺傳學(xué)，第3、4兩章為分子遺傳學(xué)。該部分教材的編寫，總體上是以科學(xué)史的時(shí)間先后為序。目的是讓學(xué)生能對人類認(rèn)識遺傳現(xiàn)象與規(guī)律的過程有一大致的了解；同時(shí)也使學(xué)生在了解科學(xué)史的過程中，領(lǐng)略并學(xué)習(xí)科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和精彩的科學(xué)思維。這正是新課標(biāo)“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”的理念在教材中的體現(xiàn)，也符合新課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版高考大綱（以下稱“新高考大綱”） “關(guān)注生物科學(xué)發(fā)展史上的重要事件”的要求。

3.問題揭示教材編寫的內(nèi)在邏輯

該部分內(nèi)容，以科學(xué)史的時(shí)間為序，環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)?？捎脝栴}串的形式揭示其內(nèi)在邏輯。現(xiàn)說明如下：

問題一：第1章的主要內(nèi)容是：孟德爾提出“遺傳因子”的概念并揭示了兩個(gè)遺傳基本定律。后約翰遜將“遺傳因子”取名叫做“基因”。那么，什么是生物體遺傳的基本單位呢？

答：見《生物必修①分子與細(xì)胞》第55頁：“細(xì)胞既是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位，也是生物體代謝和遺傳的基本單位?！笨梢姡矬w遺傳的基本單位是“細(xì)胞”。（從中，我們從一個(gè)側(cè)面看出了作為一套教材，不同模塊之間的前后聯(lián)系）。

那么，自然提出――

問題二：基因在哪里？具體在細(xì)胞的哪一部分結(jié)構(gòu)呢？

答：回答這一問題的，主要是第2章內(nèi)容。首先是薩頓根據(jù)基因和染色體行為的平行關(guān)系，用類比推理的方法提出“基因在染色體上”這一假設(shè)。后由摩爾根在解釋果蠅眼色遺傳現(xiàn)象時(shí)，運(yùn)用假說――演繹法證實(shí)了這一假設(shè)。從而對這一問題給出了明確的答案――基因在染色體上。

問題三：由于染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)。那么――基因的本質(zhì)到底是什么？是染色體上的DNA，還是蛋白質(zhì)？

答：這一問題的回答主要由第3章回答。故第3章標(biāo)題即為《基因的本質(zhì)》。通過“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”和“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”等一系列精彩有說服力的實(shí)驗(yàn)，證明 “染色體上的DNA是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是”。

于是又問――

問題四：DNA為什么能夠作為遺傳物質(zhì)？

答：根據(jù)“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這一生物學(xué)基本觀點(diǎn)。要回答這一問題，必須首先弄清楚DNA的空間結(jié)構(gòu)。

自然要問――

問題五：DNA的空間結(jié)構(gòu)是怎樣的？

答：第3章第2節(jié)指出：沃森和克里克首先提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這一模型表明：DNA的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其具備遺傳物質(zhì)必須具備的所有特點(diǎn)：

1.4種堿基的排列順序多種多樣，可以藏大量的遺傳信息.

2.兩條鏈通過堿基互補(bǔ)配對以氫鍵相連，使其結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性.而這一特性是蛋白質(zhì)不具備的。

由該結(jié)構(gòu)，兩人還預(yù)言了一種可能的DNA復(fù)制方式以維持遺傳的穩(wěn)定性.

問題六：DNA為什么能保持遺傳的穩(wěn)定性――即如何精確的自我復(fù)制？

答：見第3章第3節(jié)。從DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，沃森、克里克預(yù)言了“半保留復(fù)制”的方式，這一方式由Meselson和Fstahl通過15N同位素示蹤和密度梯度離心實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

綜上，DNA是遺傳物質(zhì)，基因在染色體上控制遺傳性狀。

那么――

問題七：DNA與基因是什么關(guān)系？

答：第3章第4節(jié)明確指出：基因是有遺傳效應(yīng)的DN段。

既然如此，那么――

問題八：基因怎么控制性狀？

答：由這一問題自然過渡到第4章內(nèi)容。

由《必修①分子和細(xì)胞》第24頁提到：“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”。由此可知，生物的性狀主要由蛋白質(zhì)體現(xiàn)。所以基因是通過控制蛋白質(zhì)的合成來控制性狀。主要有兩個(gè)途徑：一是通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物體的性狀。另一個(gè)是通過直接控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。

至此，又可提出以下問題：

問題八：DNA主要分布在細(xì)胞核內(nèi)，而蛋白質(zhì)主要分布在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，DNA如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成？

答：關(guān)于這一問題，克里克率先提出“中心法則”這一遺傳信息流動方向的假說，并于后來被證實(shí)。即為

這樣，問題又來了――

問題九：由中心法則可知，mRNA是蛋白質(zhì)合成的直接模板。mRNA用的是“核苷酸語言”，而蛋白質(zhì)用的是“氨基酸語言”。那么――這兩種語言之間是怎樣的對應(yīng)關(guān)系？

答：這便是第4章第3節(jié)《遺傳密碼的破譯》要講的主要內(nèi)容。通過伽莫夫、克里克、尼倫伯格、馬太等科學(xué)家的努力，破譯了全部的密碼子，并發(fā)現(xiàn)密碼子在生物界具有通用性，即絕大多數(shù)生物，從低等的細(xì)菌直至高等動物人類，共用一套遺傳密碼。

4.結(jié)語

分子遺傳學(xué)的中心法則范文第2篇

關(guān)鍵詞：假說—演繹法；孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)；科學(xué)方法

假說—演繹法是形成和構(gòu)造科學(xué)理論的一種重要思維方法。它的基本特點(diǎn)是：在科學(xué)研究過程中，研究者在觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對所獲得的事實(shí)材料進(jìn)行加工制作，首先提出某種作為理論基本前提的假說來，然后以假說作為出發(fā)點(diǎn)，邏輯地演繹出可由經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)的結(jié)論，構(gòu)成一個(gè)理論系統(tǒng)。用這個(gè)理論系統(tǒng)解釋和預(yù)見所研究的對象系統(tǒng)的各種現(xiàn)象，并用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。圖1為假說—演繹推理的邏輯關(guān)系。

圖1假說—演繹推理的邏輯關(guān)系

近代科學(xué)到現(xiàn)代科學(xué)，以“觀察（實(shí)驗(yàn)）—?dú)w納”為主的方法逐漸讓位給以假說—演繹為主的方法。假說—演繹法不僅僅是科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的方法，也是學(xué)生認(rèn)識客觀事物，形成客觀規(guī)律的重要的科學(xué)探究方法。假說—演繹法相對于觀察—?dú)w納法對于培養(yǎng)學(xué)生大膽想象的創(chuàng)新能力、嚴(yán)密的邏輯推理能力都有很好的作用。

一、假說—演繹法在高中生物新課程中的要求及體現(xiàn)

在《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》的“課程設(shè)計(jì)思路”部分，闡述“遺傳與進(jìn)化”模塊的教學(xué)價(jià)值時(shí)指出，該模塊有助于學(xué)生領(lǐng)悟“假說演繹、建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”。在新課標(biāo)中分為了解、理解、應(yīng)用三個(gè)水平要求，其中屬于應(yīng)用水平的僅有兩項(xiàng)，一項(xiàng)是“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”，另一項(xiàng)是“分析孟德爾遺傳實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法”。在課程標(biāo)準(zhǔn)必修二模塊的前言部分，還特別指出要讓學(xué)生“體驗(yàn)科學(xué)家探索生物生殖、遺傳和進(jìn)化奧秘的過程”，可見引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)的過程和方法，是必修二模塊的重要任務(wù)之一。

必修二教材中涉及假說—演繹方法的內(nèi)容還有：dna分子半保留復(fù)制方式的提出與證實(shí)（第52頁，沃森和克里克提出遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說，1958年科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了dna是以半保留的方式復(fù)制的），整個(gè)中心法則的提出與證實(shí)（第68—第69頁）以及遺傳密碼的破譯（第73—第75頁）等內(nèi)容。這些內(nèi)容可以讓學(xué)生體會，領(lǐng)悟其中蘊(yùn)含的方法。同時(shí)在教材中，編者也設(shè)計(jì)了類似的練習(xí)題對學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。如教材第38頁拓展題“……你怎樣解釋這種奇怪的現(xiàn)象？如何驗(yàn)證你的解釋”，及第71頁的技能訓(xùn)練——提出假說，得出結(jié)論“請針對出現(xiàn)殘翅果蠅的原因提出假說，進(jìn)行解釋”，必修三教材第69頁進(jìn)一步探究“根據(jù)你對影響酵母菌種群數(shù)量增長的因素作出的推測，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證”等。

二、假說—演繹法的典型課例分析

孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)教學(xué)的經(jīng)典內(nèi)容。遺傳因子分離導(dǎo)致性狀分離這一命題，是孟德爾通過豌豆的一對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用假說—演繹法，歷經(jīng)“提出問題—構(gòu)建假說—驗(yàn)證假說—獲得結(jié)論”建立起來的。因此，這一內(nèi)容非常適合作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的素材。構(gòu)建假說需要大膽設(shè)想，演繹推理需要縝密思維,驗(yàn)證假設(shè)則需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，尋求證據(jù),進(jìn)行論證。這一系列過程非常有利于訓(xùn)練學(xué)生的思維。下面以一對相對性狀的分離實(shí)驗(yàn)為例（如圖2），看看孟德爾在進(jìn)行豌豆雜交實(shí)驗(yàn)過程中，以及提出基因的分離定律的過程中，是怎樣體現(xiàn)假說—演繹法的。

本案例教學(xué)的難點(diǎn)，在于讓學(xué)生理解孟德爾研究過程中的哪個(gè)步驟是演繹。學(xué)生看到的是，孟德爾提出假說后，就設(shè)計(jì)測交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)了，那么哪一步是演繹呢?事實(shí)上，測交實(shí)驗(yàn)所檢驗(yàn)的不是假說本身，而是假說的推論。如果孟德爾要直接驗(yàn)證他的假說，只能用顯微觀察的方法，確定遺傳因子的真實(shí)存在和遺傳因子的傳遞方式，顯然在當(dāng)時(shí)這是不可能的。只能由假設(shè)演繹出一個(gè)必然的可證明的待檢驗(yàn)陳述,即子一代如果是雜合體，則必然會產(chǎn)生兩種數(shù)量相等的配子。那么如何最直觀、最簡單地證明這個(gè)推論呢？孟德爾非常巧妙地設(shè)計(jì)了測交方法，即將子一代與隱性親本類型回交，這是因?yàn)殡[性親本性狀不能遮蓋顯性性狀，并能顯出純隱性性狀，這樣測交結(jié)果就能直接反映出子一代所產(chǎn)生的配子的類型和數(shù)目。如果測交結(jié)果能得到后代的性狀分離比例是1：1的話，就證明了推論的正確性。這應(yīng)該是孟德爾之所以采用測交試驗(yàn)的真正目的。孟德爾所做的測交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果完全相符，證明了推論的正確性，由此就得出被確證的結(jié)論，即分離定律。

三、在應(yīng)用假說—演繹法時(shí)需注意的問題

（一）給學(xué)生更多思考的時(shí)間和空間

活躍的思維是課堂教學(xué)成功的保證，在再現(xiàn)孟德爾實(shí)驗(yàn)和思維的過程中，不僅有分析、推理、歸納、演繹，還有設(shè)計(jì)和想象等思維活動，教師要有足夠的耐心，提出問題或由學(xué)生提出問題后，再引導(dǎo)學(xué)生分析，因此給學(xué)生足夠的時(shí)間進(jìn)行思考和討論非常重要。

（二）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理推理而非主觀臆斷

在演繹推理這一環(huán)節(jié)中最好以問題“為什么孟德爾不是用f1代自交或用f1代與純種高莖豌豆雜交來證明其假說，而是將f1代與矮莖豌豆進(jìn)行測交呢”來引導(dǎo)學(xué)生思考，而非主觀臆斷地告訴學(xué)生，孟德爾當(dāng)時(shí)就是這么想的，就是將f1代與純隱性類型雜交，至于為什么這樣做卻沒有進(jìn)行分析。這種教學(xué)的結(jié)果是使學(xué)生失去了思考的動力，不進(jìn)行分析和思考就被動接受，其后果是學(xué)生遇到檢驗(yàn)?zāi)骋簧飩€(gè)體是否是雜種的實(shí)際問題時(shí)，只會想到測交而不會根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析判斷，這是一種失敗的教學(xué)。

四、假說—演繹法在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用與限制

回顧經(jīng)典遺傳學(xué)的歷史就會發(fā)現(xiàn)，人們對基因和性狀關(guān)系的認(rèn)識，首先是從性狀傳遞的規(guī)律變化提出合理的假說，然后再分析、演繹推理、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在“合理”和“不合理”的沖突中發(fā)現(xiàn)正確的結(jié)論。如孟德爾在不知道遺傳因子為何物、在細(xì)胞何處的情況下，選取豌豆若干對相對性狀進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，對呈現(xiàn)的現(xiàn)象提出假說，合理演繹，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而歸納得出兩個(gè)遺傳的基本規(guī)律。基于當(dāng)時(shí)的情況，孟德爾的假說是合理的，可以演繹地說明其他類似的現(xiàn)象。如果聯(lián)系到基因在染色體上的位置，就可以看出孟德爾假說的局限性，譬如孟德爾講的顆粒式遺傳、基因的獨(dú)立自由問題。如摩爾根和他的合作者就是在覺得孟德爾遺傳理論“不合理的”基礎(chǔ)上，通過大量的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)連鎖和交換定律。