“性狀分離比模擬實驗”教具的改進與應用*

祝燕飛 （江蘇省奔牛高級中學 江蘇常州 213139）

“孟德爾豌豆雜交實驗（一）”是人教版高中生物《遺傳與進化》第1章第1節的內容，是學生學習遺傳規律的基礎，教學難點是對分離現象的解釋，但由于遺傳因子難以觀察，遺傳因子的成對存在、分離與組合，以及后代的數量比例對學生而言太過抽象，難以理解[1]。遺傳模擬實驗將抽象的遺傳因子實物化，模擬遺傳因子的分離及雌、雄配子的隨機結合，得出后代的性狀與比例，能使學生更好地體驗與理解分離定律，提升學生深入學習概念時的參與感。

通過教學實踐，發現教材中設計的“性狀分離比模擬實驗”有一定的局限性，因此，自制教具改進模擬實驗，并對改進前、后的優、缺點進行了對比分析（表1）。

表1 “性狀分離比模擬實驗”改進前、后對比

1 制作材料

50 mL錐形瓶、錐形瓶橡膠塞、透明塑料管（透明珍珠奶茶吸管，直徑11 mm）、黑色油性筆標記D的黃豆、紅色油性筆標記d的黃豆、剪刀、透明膠帶、保鮮膜。

2 制作過程

1）錐形瓶橡膠塞打孔，孔徑11 mm左右；2）將透明吸管（長約3 cm）固定在打孔的橡膠塞上，使其一端與錐形瓶內聯通，另一端預留約1顆黃豆的空間，讓學生能觀察到黃豆上標識的字母；3）透明吸管的另一端用透明薄膜封口；4）取一個錐形瓶，瓶體標記“♀”，模擬母本生殖器官，“♀”錐形瓶中放入5顆標記D的黃豆模擬D雌配子，5顆標記d的黃豆模擬d雌配子；5）另一個錐形瓶瓶體標記“♂”，模擬父本生殖器官，在瓶內放入20顆標記D的黃豆模擬D雄配子，20顆標記d的黃豆模擬d雄配子；6）蓋上制作好的帶有透明吸管的橡膠塞。

3 改進后教具在教學過程中的應用

應用1：模擬遺傳因子的分離、配子的隨機組合，得出F2基因型、表型及比例。

1）2人一組進行分組實驗，2位學生分別將♀、♂錐形瓶中黃豆搖勻，將裝置朝下倒立，觀察并報出黃豆上的標記字母，其中一個學生同時負責記錄字母組合（圖1）；2）將裝置回正，使進入吸管中的黃豆退回小瓶，搖勻后再朝下倒立，觀察并記錄字母組合，重復上述步驟，共記錄15次，將實驗結果交給教師；3）教師用Excel表格實時統計全班各小組模擬雌、雄配子隨機結合的結果并展示。

圖1 教具使用示意圖

教師統計并展示各小組的實驗數據，學生發現各小組所統計的性狀分離比不是“3∶1”，而且沒有規律可循，與他們的預期不符，因此產生認知沖突。教師通過Excel求和計算，將全班的實驗結果相加，實時得出F2基因型及比例為DD∶Dd∶dd=112∶213∶95，表型及比例為高莖:矮莖=3.42∶1，根據實驗結果，學生認為并不能說明F2性狀分離比為3∶1。教師進一步展示其他4個班級的實驗數據，并通過Excel求和計算得出DD:Dd:dd=512∶1 058∶530，性狀分離比為2.96∶1，約為3∶1。學生發現實驗所得數據與理論值具有一定的偏差，但不能確定這種偏差究竟是屬于實驗誤差造成的，還是真實的差異。此時，教師向學生簡單地介紹遺傳學實驗中通常用χ2檢驗進行判斷，χ2=S（實測值-理論值）2/理論值，根據χ2檢驗表查出P值，即實測值與理論值差異發生的概率。在遺傳學實驗中，P＞0.05，說明實測值與理論值“差異不顯著”。教師提前在Excel中錄入公式，最終計算得出χ2值，查表得出P＞0.05，說明2.96∶1與3∶1無統計學差異。

通過3次數據處理與展示，學生可深刻地體會到3∶1的性狀分離比是基于統計學的，并且有科學、嚴謹的計算方法分析實驗數據。通常情況下，F2代統計的樣本量越小，實驗誤差越大，越可能偏離“3∶1”分離比。這時才達到概率統計學教學的要求，才能讓學生真正地理解運用數學方法處理實驗數據的嚴謹性。

應用2：模擬測交實驗，得出測交后代的性狀分離比。

教師提供模擬“dd”植株產生的“d配子”的教具，學生在完成測交實驗的演繹推理后，通過模擬實驗完成測交實驗驗證的過程。該過程可使學生更深刻地理解“演繹推理”和“實驗驗證”的區別。

應用3：設置對比實驗，突破分離定律的核心要點。

全班分為28個小組，1～14組的2個錐形瓶中D∶d=1∶1；15～28組的2個錐形瓶中D:d=2∶1。學生統計結果表明，D:d=1∶1時，后代性狀分離比接近于3∶1；D∶d=2∶1時，后代性狀分離比接近于8∶1。通過模擬實驗，學生進一步理解F2性狀分離比為“3∶1”的原因：在形成配子的過程中，成對的遺傳因子彼此分離，分別進入不同的配子。

4 總結與建議

在教學中，很多教師認為性狀分離比模擬實驗操作簡單，沒有思維深度。同時，由于教具準備繁瑣、課時緊張等諸多因素影響導致該實驗開出率很低。改進后的教具制作簡單、可重復使用，極大減輕教師準備教具的負擔；改進的實驗流程，減少了模擬實驗在教學中所占的時間，不影響教學進度；在對實驗數據的分析處理中，學生對數據進行熱烈的討論、質疑，教師實時評價，分析原因，可順利突破教學難點；學生在模擬實驗、記錄數據、分析數據的過程中，充分體會了小組合作、實驗分析的樂趣，加深了對分離定律的理解，并且能深刻體會科學實驗的嚴謹性。