“性狀分離比的模擬”實驗優化與創新

李 軍 （廣東省佛山市順德區倫教中學 廣東佛山 528300）

生物學是以實驗為基礎的自然科學，課程標準和社會發展對人的生物學科核心素養的要求，使得師生認識到實驗教學的重要性[1]。通過性狀分離比模擬實驗，使學生在親身活動中，探討基因分離定律、配子隨機結合與遺傳結果的關系，為進一步理解孟德爾豌豆雜交實驗奠定基礎[2]。教材中的實驗還存在一些不足、甚至給學生帶來一定的理解誤區，故本文對教材實驗進行了優化，并在此基礎上設置2 對相對性狀的自交模擬實驗，是教材中沒有的實驗，實現了實驗的創新。

1 教材中實驗流程及存在的問題（圖1）

圖1 教材中性狀分離比的模擬

1.1 實驗流程

1）在甲、乙2 個小桶中放入2 種彩球各10 個。

2）搖動2 個小桶，使小桶內的彩球充分混合。

3）分別從2 個桶內隨機抓取1個小球，組合在一起，記下2 個彩球的字母組合。

4）將抓取的彩球放回原來的小桶內，搖勻，按步驟3 重復做50～100 次[3]。

1.2 存在問題

1）實驗裝置為“開放式”裝置，學生在抓取并統計結果之后，需要經歷放回、搖勻、再抓取統計的過程，程序較為繁瑣，耗時多。

2）學生在實驗操作過程中會直接接觸實驗小球，甚至能看到2 種顏色的小球，帶有主觀因素的干擾。

3）2個小桶內的小球數量均為20 個，容易讓學生產生誤解，誤認為雌、雄配子的數量是相等的。

4）教材中只有分離定律的性狀分離比模擬實驗，相對比較簡單，缺乏對學生的思維訓練[4]。

2 實驗改進：

2.1 分離定律性狀分離比模擬實驗裝置優化（圖2）

圖2 分離定律性狀分離比模擬實驗裝置優化

1）利用廢舊礦泉水瓶，將“開放式裝置”改變為“閉合式”裝置，學生在完成一次結果統計后，不需要放回，只需倒轉晃動一次，即可完成混勻和下次結果的輸出過程，操作更快速、簡便。

2）小球處于瓶內，學生操作的全過程不會與小球接觸，排除主觀因素的干擾。

3）將雄配子數量設置為明顯多于雌配子，在教學過程中，可明確提示學生雌、雄配子數量并不相等的事實，糾正誤區。

2.2 自由組合定律性狀分離比模擬實驗裝置創新（圖3）

圖3 自由組合定律性狀分離比模擬實驗裝置創新

1）2個小瓶組合在一起分別代表雌性或雄性生殖器官，其中一個瓶中的黑、白色小球，代表Y和y這一對遺傳因子，Y和y在減數分裂產生配子時會分離，紅色和綠色的小球代表另一對遺傳因子R和r，R和r同樣在減數分裂時會分離。

2）以雄性生殖器官（精巢）為例，其在產生配子的過程中，成對的遺傳因子（黑、白球或紅、綠球）會分離，不成對的遺傳因子進行自由組合，故其能產生4 種不同類型的精子（圖4）。

圖4 雌、雄生殖器官所產生的4種不同類型的配子

3）在減數分裂中，成對的遺傳因子分離，不成對的遺傳因子自由組合，故同一瓶中2 種不同顏色的小球分離，與另一瓶中搖出的小球隨機組合，并記錄，此組合即為雌、雄個體所產生的配子的基因型（如圖5，雄瓶產生YR類型的配子，雌性產生yR類型的配子，受精作用產生F1的基因型為YyRR）。

圖5 受精作用中不同基因型配子的隨機結合

表1 不同組別F2 基因型及表型結果統計

4）從各組統計的實驗結果分析，雖然各組的比例關系不一定符合9∶3∶3∶1 的自由組合定律的性狀分離比，但從全班的大數據的結果分析，很好地體現了這一比例，在教學過程中，要強調2點：①科學實驗中，無論實驗結果是否正確，都需要將結果如實記錄；②要獲得特定的比例關系，樣本的數量應足夠大。

3 實驗反思

要有層次、分階段拓展教材實驗，教材中為1 對基因分離定律性狀分離比的模擬，對學生的思維提升稍顯不足，在此基礎上優化實驗裝置，使實驗速度更快速便捷。同時，增設了2 對基因符合自由組合定律的性狀分離比，通過此實驗，讓學生對分離定律和自由組合定律的實質有更為直觀的認識。此外，本實驗中用到的材料環保，取材便利，成本合理，易于推廣。同時，也將“教師主導性實驗”轉變為“學生沉浸式實驗”。因此，本實驗無論是從實驗裝置的改進、實驗方案的設計、實驗結果的評價與分析，都是讓學生全程參與，既培養了學生能力，又激發了其學習興趣。