“性狀分離比的模擬實驗”的優(yōu)化與改進

杜修全 葉綿雪

（1.海南省教育研究培訓(xùn)院 海南海口 571100）

（2.海南省國興中學(xué) 海南海口 571100）

“性狀分離比的模擬實驗”是人教版高中生物學(xué)教科書《必修2·遺傳與進化》第一章“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”第一節(jié)“孟德爾豌豆雜交實驗（一）”的模擬實驗教學(xué)內(nèi)容，實驗的目的是通過模擬實驗，理解遺傳因子的分離、配子的隨機結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，體驗孟德爾的假說，同時充分體驗大量重復(fù)實驗、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析等在生物遺傳規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程中的作用。但在開展該模擬實驗時，發(fā)現(xiàn)存在諸多不足：①抓球模擬時間長，難以保證實驗的隨機性；②學(xué)生易存在雌雄配子數(shù)量是相等的、大小一致等科學(xué)知識誤區(qū)；③數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理耗時長，容易出錯；④容易忽略實驗數(shù)據(jù)的分析。下面主要通過實驗器材、數(shù)據(jù)處理方式、注重實驗數(shù)據(jù)分析等方面的改進，有效地縮短實驗時間，提高實驗教學(xué)效率，同時試圖幫助學(xué)生培養(yǎng)數(shù)據(jù)收集、分析、歸納等科學(xué)思維能力。

1 改進實驗裝置和材料

自制有機玻璃模擬裝置，該裝置有上下兩層，要搖動一次，只有一個球通過小孔進入下層模擬配子形成，增強實驗?zāi)M性和隨機性；利用2.0 cm和2.5 cm的塑料彩球（紅色小球模擬遺傳因子D、藍色小球模擬遺傳因子d）分別模擬雄雌配子，避免雌雄配子大小一致的誤解；2.0 cm的紅色藍色彩球各20個，2.5 cm的紅色藍色彩球各10個，增加“雄配子”數(shù)量，避免產(chǎn)生雌雄配子數(shù)量相等的誤解，同時增加配子隨機結(jié)合的概率。

2 改進數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計方式

教師利用Excel電子表格的相應(yīng)求和公式及比例公式，提前設(shè)計好模擬F1的雌配子遺傳因子組成統(tǒng)計表、雄配子遺傳因子組成統(tǒng)計表等，并利用WPS的分享多人編輯功能制成金山文檔小程序分享給各個小組。每個小組3個記錄統(tǒng)計員同步利用微信打開小程序中的統(tǒng)計表，輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，完成各自負責(zé)的表格數(shù)據(jù)匯總，如模擬F1自交的后代遺傳因子組成統(tǒng)計表如圖1所示，快速直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。

圖1 模擬F1自交的后代遺傳因子組成統(tǒng)計表示意圖

3 模擬安裝、模擬實驗及實驗數(shù)據(jù)分析

3.1 模擬安裝

分別打開雌、雄性生殖器官模擬裝置蓋子，把相應(yīng)模擬雌雄配子的小球放入裝置中，蓋上蓋子，如圖2所示。

3.2 模擬實驗的操作過程

3.2.1 模擬實驗

兩名學(xué)生分別搖動雌、雄生殖器官模擬裝置（圖2）一次，每個小孔都有一個小球進入下層模擬相應(yīng)雌雄配子的形成。兩個裝置放一起，模擬雌雄配子隨機結(jié)合，完成一次模擬。然后，把裝置倒置，讓下層的小球通過小孔回到上層搖均勻，再重復(fù)以上操作繼續(xù)模擬。

圖2 雌性生殖器官模擬裝置

3.2.2 統(tǒng)計數(shù)據(jù)

每個小組的3名記錄統(tǒng)計員分別打開金山文檔小程序同步記錄相應(yīng)表格的數(shù)據(jù)：紅色球（D）；藍色球（d）；紅紅結(jié)合（DD）；紅藍結(jié)合（Dd；）；藍藍結(jié)合（dd）。重復(fù)模擬實驗10次，統(tǒng)計結(jié)果。

（1）模擬活動一：F1代產(chǎn)生雌雄配子種類比及隨機結(jié)合的結(jié)果記錄及如圖3所示，全班匯總表如圖4所示。

圖3 F1代產(chǎn)生雌雄配子種類比的結(jié)果記錄示意圖

圖4 全班匯總統(tǒng)計表示意圖

（2）模擬活動二：測交實驗的統(tǒng)計結(jié)果如圖5所示。

圖5 模擬測交的后代遺傳因子組成統(tǒng)計表示意圖

3.3 實驗數(shù)據(jù)的分析

教師可利用希沃授課助手把圖4所示的全班各小組模擬F1自交的后代遺傳因子組成數(shù)據(jù)匯總表同步投屏到電腦屏幕上，同步觀察各個小組長填寫各小組模擬數(shù)據(jù)，觀察樣本數(shù)據(jù)變化。

教師提出問題：每個小組的實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算的DD∶Dd∶dd的比值是否符合孟德爾的性狀分離比？這些數(shù)據(jù)是否科學(xué)？孟德爾的假說是否合理？例如，第1小組的DD∶Dd∶dd為1∶3.11∶1.44，第3小組的DD∶Dd∶dd為1∶1.19∶0.94。學(xué)生通過各小組50個樣本實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)比值波動大，不能歸納出孟德爾性狀分離比的遺傳規(guī)律。

教師引導(dǎo)學(xué)生統(tǒng)計計算150個樣本的DD∶Dd∶dd的比值：前3個小組150個樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果是DD∶Dd∶dd為1∶1.78∶0.97，發(fā)現(xiàn)計算的比值結(jié)果比50個樣本的結(jié)果接近理論值，但還是有差距。

學(xué)生接著統(tǒng)計計算300個樣本的DD∶Dd∶dd的比值：前6個小組300個樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果是DD∶Dd∶dd為1∶1.90∶0.90，發(fā)現(xiàn)計算的比值結(jié)果趨近理論比值1∶2∶1。

最后，學(xué)生統(tǒng)計計算全班10個小組的500樣本數(shù)據(jù)是：DD∶Dd∶dd為1∶2.07∶0.96，發(fā)現(xiàn)計算的比值結(jié)果更加趨近孟德爾分離定律的理論分離比值1∶2∶1。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：根據(jù)以上的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)要更加趨近孟德爾的分離定律分離比，需要什么條件？對比每個小組的實驗數(shù)據(jù)比值，為什么DD、Dd、dd出現(xiàn)數(shù)量差異？教師引導(dǎo)學(xué)生歸納分析數(shù)據(jù)，進而得出孟德爾一對相對性狀雜交實驗分離比滿足的條件。

教師通過改進實驗裝置、優(yōu)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方式，縮減了實驗操作時間，有效增加實驗數(shù)據(jù)分析的時間，逐步引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、歸納，促進學(xué)生理解大量實驗和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析在孟德爾分離定律的分離比形成過程中的作用，充分體驗孟德爾假說內(nèi)容。

4 思考與討論

本實驗的改進有效縮短模擬實驗操作的時間，教師有更多時間引導(dǎo)學(xué)生數(shù)據(jù)分析、歸納，排除雌雄配子數(shù)量是相等的、大小一致等科學(xué)知識誤區(qū)，落實了科學(xué)思維核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。學(xué)生體驗了配子的分離和結(jié)合的隨機性，加深了對孟德爾分離定律本質(zhì)的理解。同時，一次清點，將塑料彩球裝入模擬裝置后即可重復(fù)使用，減少實驗準備的工作量，每個組員都有各自負責(zé)的實驗任務(wù)，讓學(xué)生都參與到實驗中，解決了只有少數(shù)學(xué)生實驗、多數(shù)學(xué)生觀摩實驗的現(xiàn)象。