淺談模擬實驗在高中生物教學中的應用

高中《生物》模擬實驗過程不同于一般的直接實驗，主要包括以下三個步驟：1.選擇和建立研究對象（原型）的模型；2.將模型置于與原型相似的條件下進行實驗；3.將模擬實驗的結果類推到原型上。模擬實驗是進行科學研究的一種基本方法。

一、模擬實驗探究的提出

新教材的學生實驗中出現的模擬實驗有：制作DNA雙螺旋結構模型，性狀分離比的模擬實驗。但這些實驗，其操作方法簡單，看似一目了然，且這些實驗中所使用的材料，都是“非生物材料”，如硬塑方框、不同形狀的塑料片、彩色塑料球等等。

二、模擬實驗具有的特點

1.模擬實驗直接作用于模型而非實際的研究對象（原型）

2.模擬實驗根據相似性原理：模型和研究對象之間具有相似性，模型所處的實驗條件與研究對象所處的實際條件也是極為相似的

3.要運用類比推理的方法，將模擬實驗的結果類推到原型上去，以揭示研究對象的本質和規律

三、模擬實驗的一般過程

模擬實驗具有三個特點，決定了模擬實驗的實驗過程不同于一般的直接實驗。那么，該怎樣進行一個模擬實驗呢？

1.選擇和建立研究對象（原型）的模型

無論是直接實驗還是模擬實驗，實驗之前都在明確實驗目的和實驗原理，配齊實驗儀器和設備等。除此之外，模擬實驗還有一個重要步驟，那就是要選擇原型。

2.將模型置于與原型相似的條件下進行實驗

嚴格控制模擬實驗條件，要讓模型與原型所處的條件盡可能相同或相似，只有這樣，才能把從模型上獲取的信息可靠、有效地類推到原型上去。

3.將模擬實驗的結果類推到原型上

觀察實驗現象，根據實驗結果分析并得出實驗結論，這是科學實驗的幾個重要步驟。

四、模擬實驗的典型事例：性狀分離比的模擬實驗

1.實驗原理

根據孟德爾對分離現象的解釋，生物的性狀是由遺傳因子（基因）決定的，控制顯性性狀的基因為顯性基因（用大寫字母表示如：D），控制隱性性狀的基因為隱性基因（用小寫字母表示如：d），而且基因成對存在。遺傳因子組成相同的個體為純合子，不同的為雜合子。生物形成生殖細胞（配子）時成對的基因分離，分別進入不同的配子中。當雜合子自交時，雌雄配子隨機結合，后代出現性狀分離，性狀分離比為顯性∶隱性=3∶1。

用甲乙兩個小桶分別代表雌雄生殖器官，甲乙兩小桶內的彩球分別代表雌雄配子，用不同彩球的隨機結合，模擬生物在生殖過程中，雌雄配子的隨機組合。

2.實驗材料

（1）兩種顏色（黃、白）的大小體積相同的小球各200個，共400個。

（2）不透明的大小體積相同的小桶20個。

（3）計算器一部。

3.實驗過程

學生分組→取小桶和小球→分裝小球→抓取小球→統計數據→班級匯總→結果分析→得出結論

4.實驗步驟（學生自主探究）

（1）全班60個同學分成10個小組，每小組進行合作探究實驗。

（2）每個小組可以領取2個小桶和40個小球（紅、白各20個），然后每個小桶放置20個小球（紅、白各10個）。

（3）每個小組安排3個同學（甲、乙、丙），甲負責從兩個小桶中隨機抓取1個小球進行組合，乙負責統計實驗數據，丙負責把抓取的小球放回原處。

（4）每個小組抓取的次數在50～100次之間，完成任務之后，小組長負責把本小組的實驗數據向班級匯報（把實驗數據填寫到指定表格上）。

（5）10個小組都完成任務后，把各個小組的實驗數據進行匯總并計算平均值，得出最終數據。

5.注意事項（教師先創設問題情景，引導學生思考）

（1）負責抓取小球的同學（甲）要求先閉上眼睛，然后才可以實施抓取任務。

（2）負責把小球放回原處的同學（丙），要留意每個小球原來的位置，不能放錯地方。

（3）負責統計數據的同學（乙）要認真觀察甲每次抓取小球的組合情況，并如實記錄，不能主觀更改實驗數據。

6.問題探討（師生互動）

（1）為什么每次抓取小球后都必須先放回原位，然后才重新抓取？

答：確保每個小球被抓取的幾率相等，數據準確。

（2）如果孟德爾當時只統計10株豌豆雜交的結果，他還能正確地解釋性狀分離現象嗎？（提問：隨機抓取10次，請同學們統計結果，是否出現三種基因組合，且性狀分離比是否為1∶2∶1？）

答：不能，因為實驗統計的樣本數目足夠多，是孟德爾能夠正確分析實驗結果的前提條件之一。當對10株豌豆的個體做統計時，會出現較大的誤差。實驗重復的次數越多，實驗結果越準確。

五、模擬實驗在高中生物教學中的作用

1.學生在模擬實驗活動中學會了合作與分享

合作的意識和能力是現代人應當具備的基本素質。模擬實驗為學生提供了一個更有利于人際溝通與合作的良好空間。

2.模擬實驗能對學生進行科學方法的訓練，形成解決問題的良好思維習慣

問題解決的過程一般分成五個基本階段：發現問題和認識問題—分析問題和明確問題—提出假設—檢驗假設—做出結論。

參考文獻：

［1］劉水明．模擬實驗及其在生物教學中的應用.中學生物教學.2005.1~2.

［2］汪忠.生物新課程教學論.高等教育出版社，2003.7.

作者單位：江蘇省淮安中學