性狀分離比模擬實驗的優化和拓展

彭 飛

(陜西省商洛中學 726000)

1 性狀分離比模擬實驗尚待優化之處

性狀分離比模擬實驗在教學中存在的問題有：①模擬實驗材料簡單單一，實驗效果較差；②教材中對雌雄配子的數目處理上，容易給學生造成知識誤區；③教師重視度不高，學生缺乏思考，往往使實驗課堂缺乏啟發性和創造性。

2 實驗的改進要點

2.1 改進小球數量 將教材中向模擬雌雄的容器中放代表配子的彩色小球各20個，改成向雌配子容器中放入20個，向雄配子容器中放入30個。

改進理由：讓學生認識到雌雄配子容器一次產生的配子數目是不相等的，雄配子多于雌配子。但無論雌雄配子，參與受精作用時的概率相等。

2.2 改進模擬材料 將教材中的模擬材料進行了改進，打破教材局限于小桶和彩色球，讓學生主動開發新的模擬材料。學生先后兩次開發了模擬實驗材料(圖1、圖2)。

圖1 學生第一次開發的實驗材料(從左向右依次是暗箱和小球、小桶和彈珠、紙袋和豆子)

圖2 學生第二次開發的實驗材料(從左向右依次是乒乓球、彈珠盒、搖獎機)

改進理由：教材中由于小桶開口較大，在實驗中學生抓取小球時容易受到主觀干擾，導致隨機性不足，而且規定的材料限制了學生自主選材。

2.3 改進數據處理 在數據處理方式上，將學生獲得的原始數據，利用Excel表格進行全班統計，最后優化成單純利用Excel中的RAND( )函數來進行數字模擬[1]。

改進理由：使學生認識到統計方法在遺傳規律探索中具有重要的作用，引導學生學會借助計算機技術來實現實驗的高效性和便捷性。

3 實驗教學的過程

3.1 在課前向學生發放實驗準備任務單 通過個人微信公眾號向學生發布實驗任務單。

3.2 實驗材料用具及方案的評選和修正 各個小組展示自己準備的實驗材料及實驗方案，展示過程中接受教師和其他小組學生的提問和建議，各個小組根據評價的意見討論修正方案，最終確定了小桶組、暗箱組和口袋組(依據容器來分)。

3.3 小組開始模擬實驗 具體如下：

3.3.1 實驗操作步驟 向代表雌雄生殖器的容器中放入代表配子的小球，開始抓取小球前搖動容器混勻小球，分別從兩個容器里隨機抓取一個小球，組合在一起，記下兩個小球的字母組合。記錄完畢后，將抓取的小球放回原來的容器中搖勻，重復上述步驟50～100次。

3.3.2 數據統計過程 把每次獲得的數據如實地記錄在設計的數據表格中(表1)。

表1 性狀分離比模擬實驗數據小組記錄樣表

3.3.3 數據的對比分析 具體如下：

(1) 將小組中50次重復實驗獲得的數據與100次重復所獲得的數據對比分析，最終小組得出結論，實驗樣本越多，比例越接近1 ∶2 ∶1。為了驗證結論將全班的數據進行匯總發現，樣本數量越多，性狀分離比的比值越接近固定值。從而肯定和體驗到了孟德爾的雜交實驗的科學性。

(2) 運用不同實驗材料實驗的結果對比出現了比較顯著的差異，通過差異分析，各小組講出了自己在實驗過程中出現的問題。小桶組的學生提出了小桶中容易看到小球，容易產生主觀干擾；口袋組的學生，取豆子時發現豆子大小不一樣，取得時候容易產生干擾，同時由于在口袋中看不見，當連續取到相同的豆子時，總擔心是因為沒有搖勻引起的；暗箱組的學生說用的玻璃珠太光滑，容易掉落，撿的時候很費時間，效率比較低。

3.4 問題啟發學生優化實驗 通過實驗數據的對比和分析，學生達成了重要的共識，一個好的模擬實驗需要做到三點：首先模擬用具應形象；其次獲得數據快而可靠；最后數據處理應方便簡單。圍繞著這樣的共識，教師提出問題：“你能否有更好的模擬實驗用具來進行模擬呢？你能運用更好的手段來進行數據處理嗎？”帶著這樣的問題，學生進行積極的資料查閱和討論，不久便制作和找到了更加便攜的實驗材料用具，也設計出了利用計算機輔助Excel統計和模擬的數據處理工具。

利用第二次開發實驗材料模擬兩對相對性狀雜交實驗，在圖2中三組實驗材料的特點是：①在乒乓球上打一小孔，上面插上一根細管，細管的空間每次只能進入一個小珠，把代表配子的彩色小珠裝入乒乓球中，每次搖動會有一個小珠掉入細管中，記錄后再倒回，省去了抓取的步驟，隨機性強；②用裝玩具彈珠的盒子，原理與乒乓球材料一樣，每次只需要按壓瓶蓋開關，便會收集到隨機倒出的小彈珠；③選用兩個相同型號的搖獎機，分別代表雌雄器官，用紅色小球代表雌配子，棕色小球代表雄配子，將這兩種顏色的小球放入雌雄器官(搖獎機)中，轉動搖把，小球便會混勻并隨機搖出滾入機槽，將滾出的小球進行記錄，記錄完成后將小球放回，并重復搖取，在多個班的實踐過程中發現，每分鐘可以搖取9～12次。兩對相對性狀雜交實驗數據記錄表格(表2)。

表2 性狀分離比模擬實驗數據小組記錄表

3.5 由課內模擬向課外模擬延伸 無論模擬實驗材料的選擇如何精致，都無法代替真實實驗材料帶給學生的生命本真觀念。

因此，在多次課內模擬實驗后，帶領學生走向課外，去利用真實的實驗材料，去體驗和模擬雜交實驗的過程。

(基金項目：陜西省教育廳“基于微信公眾平臺的微型學習資源設計與應用研究”，No.20170306)