“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(xué)教學(xué)的重點，也是培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境保護意識的重要內(nèi)容。但國內(nèi)中學(xué)教材中并沒有設(shè)計相關(guān)活動以引導(dǎo)學(xué)生了解當(dāng)今生物多樣性銳減的嚴(yán)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(jù)日本東京書籍出版社出版的生物教材中關(guān)于“物種滅絕”的模擬實驗加以改進完善、進行教學(xué)活動設(shè)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(xué)生感悟和理解物種滅絕的現(xiàn)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(shù)類比生物隨機產(chǎn)生的子代性別。通過參與模擬物種滅絕的教學(xué)活動，使學(xué)生達成以下學(xué)習(xí)目標(biāo)：① 樹立或進一步加深生態(tài)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(rèn)同模型模擬實驗的方法以及數(shù)學(xué)概率在生物學(xué)中的重要研究作用。

2 材料及準(zhǔn)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(jīng)滅絕或瀕臨滅絕的生物圖片，引起學(xué)生的情感共鳴，繼而介紹具有天然抗癌物質(zhì)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(xué)生意識到保護生物多樣性的重要性，進一步引導(dǎo)學(xué)生思考：即使環(huán)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(yīng)向?qū)W生說明利用模擬實驗也是生物學(xué)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(huán)節(jié)

（1） 假設(shè)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(xué)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(shù)目就代表某物種的初始種群情況。

（2） 再請一位學(xué)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(dāng)取出的兩個棋子為一黑一白（一雌一雄），假設(shè)它們會產(chǎn)生4個子代，同時投擲4個骰子，子代的性別用擲骰子方式?jīng)Q定。投出的數(shù)目是1～3則代表是雌性，4～6則為雄性，將與產(chǎn)生子代性別對應(yīng)的棋子也裝入布袋中。

（4） 記錄下下一代的個體數(shù)目。

（5） 重復(fù)進行步驟2～4直到第十代。

（6） 重復(fù)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(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（7） 統(tǒng)計活動結(jié)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(dāng)后代數(shù)目為0時，即認(rèn)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）?？梢钥吹剑?dāng)世代增加時，物種滅絕的概率也增加。

3.4 活動總結(jié)

教師注意引導(dǎo)學(xué)生思考：如果初始種群中的個體數(shù)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(shù)目得到增加后，是否應(yīng)該將其回放到原有的生態(tài)環(huán)境中？組織學(xué)生討論有哪些保護生物多樣性的措施等。此外，教師應(yīng)注意告知學(xué)生模擬實驗中的替代模型與科學(xué)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(huán)境因素等諸多條件對其影響的情況。

4 活動評析

關(guān)于物種滅絕的機制，學(xué)生缺乏相關(guān)的感性認(rèn)知作為支撐，這是教學(xué)中的難點。該活動設(shè)計具有成本低、簡便易行、材料易得、可重復(fù)操作等優(yōu)點且能使學(xué)生全員參與其中，使學(xué)生得到更加直觀的體驗，不僅可以使學(xué)生體驗并學(xué)習(xí)模型模擬、運用數(shù)學(xué)概率等科學(xué)研究方法，也能加深其對保護生物多樣性的情感認(rèn)同，培養(yǎng)學(xué)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.