美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗探析

張純

[摘 要]著重介紹美國高中生物主流教材《生物·生命的動力》中“自然選擇與等位基因頻率”的實驗過程，并從實驗過程、數據分析和實驗素養三個方面分析其特點，試圖給我國高中生物實驗教學帶來新的啟示。

[關鍵詞]美國生物教材；自然選擇；基因頻率；實驗

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2017）32009402

一、問題提出

“自然選擇對種群基因頻率變化的影響”是我國高中生物人教版教材必修2《現代生物進化理論》一章的重要內容。在教材中，創設了數字化的問題情境：工業發展導致樹干變黑，不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體（ss））每年減少10%，黑色個體（SS，Ss）每年增加10%。問：第2～10年間，該種群每年的基因型頻率是多少？每年的基因頻率是多少？然后引導學生通過計算填寫表1。

從以往的教學經驗來看，通過案例探究，雖然學生容易理解這個結論，但是缺少對自然選擇過程的體驗。下面以美國高中生物主流教材《生物·生命的動力》中“自然選擇與等位基因頻率”網絡實驗為例，分析美國高中生物模擬實驗教學的特點，以期我國高中生物教學帶來新的啟示。

二、美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗的過程

1.研究背景

自然選擇會對特定的表現型產生壓力，導致產生這種表現型的等位基因頻率發生變化。本次活動中，你將模擬實驗探究鷹捕獵對兔子種群的影響。兔子基因型GG為純合子，表現型為灰色兔毛；Gg為雜合子，表現型也是灰色兔毛；gg是白色兔毛的純合子。

2.實驗步驟

（1）將數據表（表2）復制到本子上。

三、美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗的特色

1.過程模擬更直觀

由于自然選擇具有微變性和長期性，在生活中很難觀察到，導致學生對這一過程的理解浮于表面，缺乏感性認知作為支撐。用不同顏色的豆子模擬自然選擇的過程，可操作性和趣味性更強，而且材料簡單，可以重復操作。

實驗步驟清晰，看似簡單的操作，蘊含著豐富的思維推理。去掉25%的灰色兔子和100%的白色兔子，類比自然選擇的過程，讓學生經歷從抽象的自然選擇對兔子毛色的選擇，到具體地去掉雜色豆和白色豆子，再到G和g基因頻率的改變的過程，感悟和理解自然選擇對種群中個體的表現型的直接選擇，導致基因型頻率的改變，最終影響種群基因頻率，有助于培養學生的科學思維方法。

2.數據分析更全面

現代社會，由于電腦、智能手機的普及，越來越多的人能夠非常方便地接入到互聯網。利用互聯網交流數據，獲取信息也是美國實驗教學的一個特點。在本實驗中，有明確的網址公布數據，并要求學生將自己的數據與網上的數據進行比較。另外，要求學生將表格的數據繪制成折線圖，讓實驗結果更清晰。重視數據的采集、交流、匯總，有助于引導學生養成實事求是、嚴謹踏實的科學態度和團結合作的科學精神。

3.素養培養更專業

本實驗用到了豆子，豆子易滾到地上，如果有人踩到容易摔跤，教材中“安全警示注意：散落到地上的豆要立即清理干凈”透露出濃濃的人文關懷。實驗步驟的最后“清潔與整理：將所有材料放回原處”提醒學生物歸原處，透露出對細節的關注和對基本實驗素養的培養。

考慮到不是每個學生的實驗都是成功的，在交流數據之后，教材設置了誤差分析：將你的數據與網上的數據進行比較，它們有差別嗎？如果有，差別是怎樣產生的？采集大量的數據有什么好處？利用網上的數據可能存在什么問題？一系列問題的提出，有助于幫助學生分析錯誤的原因，讓錯誤成為寶貴的學習資源。重視實驗細節，關注結果分析，有助于訓練學生的邏輯推理能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1]奧爾頓·比格斯.生物·生命的動力[M].廖蘇梅，曾立，等，譯.杭州：浙江教育出版社，2008.

[2]劉學廷.美國高中教材《生物·生命的動力》網絡生物實驗研究[J].中學生物學，2016，32（3）.

[3]蔣晨康.中美高中生物教材“葉綠素提取和分離”實驗的比較研究[J].中學生物學，2016，32（11）.

（責任編輯 黃春香）