“性狀分離比的模擬”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與擴(kuò)展

宋廷軍

摘 要：本文通過(guò)對(duì)人教版《高中生物·必修二》遺傳與進(jìn)化中"性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)"的改進(jìn)，學(xué)生通過(guò)親歷了實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，感受自然界的生命現(xiàn)象和規(guī)律，不僅達(dá)成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的要求，而且通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展，能夠延伸到對(duì)自由組合定律等其他知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中;讓學(xué)生深刻理解基因分離定律和自由組合定律的本質(zhì)，為學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的形成奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn);性狀分離比的模擬;改進(jìn)與擴(kuò)展

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）的基本理念是“教學(xué)過(guò)程重實(shí)踐”，高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程是主動(dòng)參與的過(guò)程，讓學(xué)生積極參與動(dòng)手和動(dòng)腦的活動(dòng)，通過(guò)探究型學(xué)習(xí)活動(dòng)和完成工程學(xué)任務(wù)，加深對(duì)生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而能用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法，探討或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問(wèn)題。人教版《高中生物·必修二》遺傳與進(jìn)化中“性狀分離比的模擬”實(shí)驗(yàn)，目的要求是通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)和理解遺傳因子的分離和配子的隨機(jī)結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，體驗(yàn)孟德爾的假說(shuō)。結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念和性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)的目的要求，綜合考慮以下幾方面，第一，課本安排的方法步驟，學(xué)生只能認(rèn)識(shí)和理解配子隨機(jī)結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，并不能落實(shí)“認(rèn)識(shí)和理解遺傳因子的分離及其與性狀之間的數(shù)量關(guān)系”的目的要求;第二，提高學(xué)生的參與度、增加實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)量，認(rèn)識(shí)和理解科學(xué)實(shí)驗(yàn)中樣品數(shù)量的重要性;第三，擴(kuò)展模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)和理解生物屆普遍存在的雄配子數(shù)遠(yuǎn)多于雌配子數(shù)的現(xiàn)象及其生命意義;第四，降低材料用具的成本，又便于學(xué)習(xí)自由組合定律時(shí)，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解“決定同一性狀的成對(duì)的遺傳因子彼此分離，決定不同性狀的遺傳因子自由組合”，及其配子的隨機(jī)結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，我對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下改進(jìn)和擴(kuò)展。

一、材料用具

用小桶和不同顏色彩球作為材料用具，成本相對(duì)較高，也不方便準(zhǔn)備，教師提前對(duì)彩球進(jìn)行標(biāo)識(shí)的過(guò)程，“剝奪”了學(xué)生體驗(yàn)“遺傳因子分離”的模擬過(guò)程。用紙和筆作為材料用具，既能很好地模擬“體細(xì)胞中遺傳因子是成對(duì)存在的，生物體在形成生殖細(xì)胞——配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子中”的過(guò)程，又能保證學(xué)生全員參與，同時(shí)還可以得到更多的樣品，符合統(tǒng)計(jì)學(xué)要求。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

教科書中的“方法步驟”是在假設(shè)兩個(gè)小桶中分別是雌、雄兩種不同配子的前提下，模擬配子隨機(jī)結(jié)合的情況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)和理解遺傳因子分離的目的要求，我改用以下方法步驟，先認(rèn)識(shí)和理解配子形成時(shí)遺傳因子的分離，然后再進(jìn)行配子的隨機(jī)結(jié)合，這樣既充分實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的目的要求，又能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解自然界中雄性配子數(shù)量遠(yuǎn)多于雌性配子數(shù)量的現(xiàn)象及其生命意義。

（1）將班級(jí)學(xué)生分成每6人一個(gè)大組，每個(gè)大組的學(xué)生均分成A、B兩個(gè)小組，A組為雄配子組，B組為雌配子組。

（2）每人拿出一張A4紙，要求A、B組紙張顏色不同，同一小組內(nèi)紙張顏色相同，將紙撕成4-6張紙條，放在桌面上備用。

（3）設(shè)想每張紙條就是一個(gè)將要形成配子的細(xì)胞，用筆在紙條豎直中線左右的兩側(cè)適當(dāng)位置分別寫上D和d，代表F1體細(xì)胞中成對(duì)的遺傳因子。將紙條沿豎直中線位置撕開，模擬成對(duì)的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入到不同的配子中，再將撕開的每張小紙條分別揉成紙團(tuán)，“形成”配子。A組每人重復(fù)5-6次，B組每人重復(fù)3-4次。

（4）以小組為單位，A組同學(xué)的所有“雄配子”放在一起混合均勻，B組同學(xué)的所有“雌配子”放在一起混合均勻。然后，先將B組的“雌配子”撒在桌面上，使其分散開，再將A組“雄配子”隨機(jī)撒在上面，模擬雌雄配子隨機(jī)結(jié)合產(chǎn)生合子。取雌、雄配子相互靠近（距離較遠(yuǎn)的可以不要）的組合作為合子，展開紙團(tuán)，記錄合子中遺傳因子（字母）組合。

三、結(jié)果和結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，是否存在雌配子遇不到雄配子的情況？如何提高雌配子遇到雄配子的機(jī)會(huì)？

（2）統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：遺傳因子的組合有幾種類型？每種組合類型的數(shù)量是多少？計(jì)算遺傳因子不同組合類型之間的數(shù)量比。設(shè)計(jì)表格，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（3）統(tǒng)計(jì)全班的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求平均值。計(jì)算不同組合類型之間的數(shù)量比。

（4）得出結(jié)論：_____________________

四、分析討論

（1）舉例說(shuō)明自然界中普遍存在的雄配子多于雌配子的現(xiàn)象，分析該現(xiàn)象在生物繁殖過(guò)程中的意義。

（2）將每個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與全班總的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作比較，有什么發(fā)現(xiàn)？如果孟德爾當(dāng)時(shí)只統(tǒng)計(jì)10株豌豆雜交的結(jié)果，他還能正確地解釋性狀分離現(xiàn)象嗎？

（3）將模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與孟德爾的雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，你認(rèn)為孟德爾的假說(shuō)是否合理？為什么？

該實(shí)驗(yàn)旨在讓學(xué)生對(duì)分離定律有感性的認(rèn)識(shí)，但對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)之后就有了方便擴(kuò)展的特點(diǎn)，我在“對(duì)自由組合現(xiàn)象的解釋”的教學(xué)中，就很好的進(jìn)行了運(yùn)用。對(duì)上述實(shí)驗(yàn)步驟（3）進(jìn)行如下改進(jìn)：設(shè)想每張紙條就是一個(gè)將要形成配子的細(xì)胞，用筆在紙條水平中線上方豎直中線兩側(cè)適當(dāng)位置分別寫上Y和y，代表F1體細(xì)胞中分別控制黃色和綠色的遺傳因子，在紙條水平中線下方豎直中線兩側(cè)適當(dāng)位置分別寫上R和r，代表F1體細(xì)胞中分別控制圓粒和皺粒的遺傳因子。將紙條沿豎直中線位置撕開，模擬決定同一性狀的成對(duì)的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入到不同的配子中，再將撕開后的每張小紙條分別揉成紙團(tuán)，“形成”配子。A組每人重復(fù)6次，B組每人重復(fù)4次。特別注意，每次重復(fù)時(shí)，紙條水平中線下方的R和r的前后位置要互換，保證豎直中線兩側(cè)既有YR和yr的組合，也有Yr和yR的組合，模擬決定不同性狀的遺傳因子自由組合。完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解了“決定同一性狀的成對(duì)的遺傳因子彼此分離，決定不同性狀的遺傳因子自由組合”的過(guò)程和意義，得出了雌雄配子隨機(jī)結(jié)合的結(jié)合方式有16種，遺傳因子的組合形式有9種，性狀表現(xiàn)有4種，便實(shí)現(xiàn)了對(duì)自由組合現(xiàn)象的解釋，學(xué)生對(duì)自由組合定律的實(shí)質(zhì)有了感性體驗(yàn)。

總之，通過(guò)改進(jìn)和擴(kuò)展設(shè)計(jì)并實(shí)施模擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生親自體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并用歸納和概括的方法證實(shí)或得出基因分離定律和自由組合定律的規(guī)律，為學(xué)生在后面的學(xué)習(xí)中運(yùn)用類比推理的方法得出染色體的分配規(guī)律打下基礎(chǔ)。目的在于更好地按照《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）的理念，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)的能力，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力。實(shí)現(xiàn)生物學(xué)以“核心素養(yǎng)為宗旨”的基本理念，從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等方面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。