《性狀分離比的模擬》實驗材料的優化及實驗拓展

廣東

生物學科教學過程中應該注重實踐，強調學生學習過程的參與度。教師在教學中可以靈活設計探究問題，通過探究性活動，培養創新精神。如人教版必修2第1章第1節第6頁實驗《性狀分離比的模擬》設計簡單，可行性強，其中的小球也可以用乒乓球代替。但是作為分組實驗，在布置相關任務時，許多學生反映小球所需數量較多，實驗室里沒有，能否用其他材料替代？

基于此，筆者布置了課外探究：在網絡上查找相關資料或自己思考，是否有較好的替代材料？是否可以對該實驗內容進一步拓展？

1. 替代材料的選擇

通過對探究資料匯總，選擇了4種物品替代乒乓球作為實驗材料。同時筆者在所教班級利用所選物品分組進行實驗，并分析結果。

1.1 用拋硬幣的方法模擬，正面或反面朝上代表不同配子。該方法來自于網絡。優點：易于操作、操作快速。缺點：由于每組用一個硬幣模擬，與教材實驗中每桶不同顏色的彩球各20個不相符，對實驗結果的可信度造成明顯的干擾。而如果一次性拋出20枚硬幣進行統計，又與教材設計實驗程序不符。

1.2 用不同顏色的粉筆頭代替彩色小球，該方法由學生思考得到。優點：材料易得，操作簡便。缺點：很難讓粉筆頭大小形狀一致，且操作過程不夠衛生。

1.3 用教室黑板上固定掛圖的彩色塑料磁塊代替小球（該材料價格便宜，一瓶50粒裝，網購價格不到十元），該方法在匯總評價時由學生提出，當時并沒有反對意見，所以筆者順勢布置課下分組嘗試（如表1）。

表1

結果：5個教學班30組結果中，27組均無法統計出1∶2∶1（3∶1）的分離比。

結果分析 ：1.磁塊數量太少，影響了抓取的隨機性；2.抓取次數較少引起的誤差偏大；3.透明袋或桶造成學生在抓取時會下意識地按自己喜好選擇性抓取導致較大偏差。

歸納使用彩色磁塊的主要缺點： 磁塊之間存在吸引或排斥作用，在抓取時對隨機性影響較大。

對個別材料（如彩色磁塊）的針對性改進和再實驗：用彩色磁塊（去除磁性部分）代表配子，其中綠色代表D，黃色代表d，重復模擬上述分組實驗，結果：第1組偏差最大；第6組統計數據處理后比值最接近1∶2∶1（3∶1）。

結論：通過以上針對性改進和再實驗，可以確定影響上述1.3實驗結果的主要干擾因素是磁塊間的作用。

通過對上述各種替代方案的比較分析和再思考，師生最終達成共識：用圍棋子作為替代材料是較為恰當的選擇。

2. 模擬實驗材料的拓展應用

雖然使用彩色磁塊模擬配子的分組實驗未達到預期效果，但經過學生討論發現，這一材料可以用于演示或模擬如下知識內容：

2.1 用綠色磁塊代表綠色豌豆，黃色磁塊代表黃色豌豆，直觀展示孟德爾一對相對性狀的豌豆自交、雜交、測交實驗過程。

2.2 用大小不同的彩色磁塊代表非同源染色體，用顏色區分其來源（父方或母方），模擬有絲分裂、減數分裂過程中染色體的行為特點。

2.3 用綠色（或黃色）磁塊代表未標記的個體，用黃色（或綠色）磁塊代表被標記的個體，模擬標志重捕法的調查過程。（注：該模擬材料選擇黑白圍棋子效果更好）

2.4 用不同顏色的彩色磁塊代表不同種類的氨基酸，模擬多肽鏈的結構特點，說明其結構的多樣性的原因。

3. 《性狀分離比的模擬》的實驗拓展

采用教材提供的實驗材料，在孟德爾的豌豆雜交實驗范圍內，為了從不同的層面提升學生的認識，也可以考慮在課本實驗的基礎上，提供如下拓展實驗環節：

只使用一個塑料桶，內裝20只分別標記為D、d的小球各10個（或20只分別標記為AB、Ab、aB、ab的小球各5個），采用教材相關步驟，可以模擬統計親本在受精作用時提供雌（或雄）配子D（d）的概率是否為D∶d≈1∶1或可以模擬統計親本在受精作用時提供不同遺傳因子組成雌（或雄）配子的概率是否為AB∶Ab∶aB∶ab≈1∶1∶1∶1。

驗證性實驗通常有明確的實驗步驟和預期結果，教學中，師生往往按部就班地進行操作，得到預期結果便完成任務。在處理這一實驗時，筆者更加注重激發學生主動思考和探究的積極性。這樣安排，在加強學生動手技能的同時，也培養了學生的科學思維和科學探究能力，這也是《課程標準》及高考的關注方向。