“物種滅絕”的模擬實驗活動

彭月賓　金華

保護生物多樣性不僅是高中生物學教學的重點，也是培養學生環境保護意識的重要內容。但國內中學教材中并沒有設計相關活動以引導學生了解當今生物多樣性銳減的嚴重情況，而物種滅絕正是生物多樣性銳減的直接原因。為此，筆者根據日本東京書籍出版社出版的生物教材中關于“物種滅絕”的模擬實驗加以改進完善、進行教學活動設計，以期為一線教師提供參考。

1 活動目的

活動目的為利用模擬實驗的方式，使學生感悟和理解物種滅絕的現象和過程。本模擬實驗以黑、白兩色棋子類比生物的雌性與雄性，以隨機抓取棋子的過程類比生物的隨機交配過程，以骰子的投擲點數類比生物隨機產生的子代性別。通過參與模擬物種滅絕的教學活動，使學生達成以下學習目標：① 樹立或進一步加深生態保護意識；② 了解一定的保護生物多樣性的途徑與手段；③ 了解并認同模型模擬實驗的方法以及數學概率在生物學中的重要研究作用。

2 材料及準備

黑、白棋子（可選用其他適宜材料），骰子4個，不透明布袋。

3 活動實施

3.1 活動引入

教師可展示多種已經滅絕或瀕臨滅絕的生物圖片，引起學生的情感共鳴，繼而介紹具有天然抗癌物質紫杉醇的瀕危珍稀植物紅豆杉、具有重要藥用價值的瀕危植物肉蓯蓉等，使學生意識到保護生物多樣性的重要性，進一步引導學生思考：即使環境條件改善，許多瀕危物種仍需人類實施易地保護的原因。

3.2 活動說明

教師應向學生說明利用模擬實驗也是生物學研究的一種重要手段。活動中以白色棋子代替雌性生物，以黑色棋子代替雄性生物。

3.3 模擬環節

（1） 假設某一個物種雄性和雌性個體各有4個，分別用黑色棋子白色棋子代表，請一位學生分別取出4個白色棋子（雌性）和4個黑色棋子（雄性），并放入不透明布袋中。布袋中的棋子的顏色組成及數目就代表某物種的初始種群情況。

（2） 再請一位學生從不透明布袋中，每次取出一對棋子配對，將每次所取出棋子放在桌上，直至取完， 得到4種組合。

（3） 當取出的兩個棋子為一黑一白（一雌一雄），假設它們會產生4個子代，同時投擲4個骰子，子代的性別用擲骰子方式決定。投出的數目是1～3則代表是雌性，4～6則為雄性，將與產生子代性別對應的棋子也裝入布袋中。

（4） 記錄下下一代的個體數目。

（5） 重復進行步驟2～4直到第十代。

（6） 重復1～5步，共進行10次操作，每一次操作即為一個家系，制作表格統計數據。

（7） 統計活動結果，家系1、4、6、9的后代分別在第二代、第四代、第九代和第七代為0（表1），當后代數目為0時，即認為此家系已絕種。計算物種的滅絕率，第二代的滅絕率10%（1/10），第六代的滅絕率為20（2/10），第七代的滅絕率為30%（3/10），到第十代時物種滅絕的概率為40%（4/10）。可以看到，當世代增加時，物種滅絕的概率也增加。

3.4 活動總結

教師注意引導學生思考：如果初始種群中的個體數目增加（多于4個），滅絕的概率又會怎樣變化？易地保護使瀕危生物的數目得到增加后，是否應該將其回放到原有的生態環境中？組織學生討論有哪些保護生物多樣性的措施等。此外，教師應注意告知學生模擬實驗中的替代模型與科學事實原型之間是存在差異的，所有模擬實驗的模型均不能與其原型保持絕對一致。例如，前面所介紹的模擬實驗活動是假定所有個體均能正常繁衍，且排除了環境因素等諸多條件對其影響的情況。

4 活動評析

關于物種滅絕的機制，學生缺乏相關的感性認知作為支撐，這是教學中的難點。該活動設計具有成本低、簡便易行、材料易得、可重復操作等優點且能使學生全員參與其中，使學生得到更加直觀的體驗，不僅可以使學生體驗并學習模型模擬、運用數學概率等科學研究方法，也能加深其對保護生物多樣性的情感認同，培養學生的類比推理能力。

參考文獻：

淺島誠，市石博，伊藤元己等.生物[M].東京：東京書籍株式會社出版社，2016：362.