“性狀分離比的模擬實驗”的優化與改進

杜修全 葉綿雪

（1.海南省教育研究培訓院 海南海口 571100）

（2.海南省國興中學 海南海口 571100）

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

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，增強實驗模擬性和隨機性；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”數量，避免產生雌雄配子數量相等的誤解，同時增加配子隨機結合的概率。

2 改進數據處理統計方式

教師利用Excel電子表格的相應求和公式及比例公式，提前設計好模擬F1的雌配子遺傳因子組成統計表、雄配子遺傳因子組成統計表等，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個記錄統計員同步利用微信打開小程序中的統計表，輸入相應數據，完成各自負責的表格數據匯總，如模擬F1自交的后代遺傳因子組成統計表如圖1所示，快速直觀呈現數據結果。

圖1 模擬F1自交的后代遺傳因子組成統計表示意圖

3 模擬安裝、模擬實驗及實驗數據分析

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雌雄配子的形成。兩個裝置放一起，模擬雌雄配子隨機結合，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，再重復以上操作繼續模擬。

圖2 雌性生殖器官模擬裝置

3.2.2 統計數據

每個小組的3名記錄統計員分別打開金山文檔小程序同步記錄相應表格的數據：紅色球（D）；藍色球（d）；紅紅結合（DD）；紅藍結合（Dd；）；藍藍結合（dd）。重復模擬實驗10次，統計結果。

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

圖3 F1代產生雌雄配子種類比的結果記錄示意圖

圖4 全班匯總統計表示意圖

（2）模擬活動二：測交實驗的統計結果如圖5所示。

圖5 模擬測交的后代遺傳因子組成統計表示意圖

3.3 實驗數據的分析

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據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據，觀察樣本數據變化。

教師提出問題：每個小組的實驗數據統計計算的DD∶Dd∶dd的比值是否符合孟德爾的性狀分離比？這些數據是否科學？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。學生通過各小組50個樣本實驗數據統計分析，發現比值波動大，不能歸納出孟德爾性狀分離比的遺傳規律。

教師引導學生統計計算150個樣本的DD∶Dd∶dd的比值：前3個小組150個樣本數據統計結果是DD∶Dd∶dd為1∶1.78∶0.97，發現計算的比值結果比50個樣本的結果接近理論值，但還是有差距。

學生接著統計計算300個樣本的DD∶Dd∶dd的比值：前6個小組300個樣本數據統計結果是DD∶Dd∶dd為1∶1.90∶0.90，發現計算的比值結果趨近理論比值1∶2∶1。

最后，學生統計計算全班10個小組的500樣本數據是：DD∶Dd∶dd為1∶2.07∶0.96，發現計算的比值結果更加趨近孟德爾分離定律的理論分離比值1∶2∶1。

教師引導學生思考：根據以上的統計分析，發現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據比值，為什么DD、Dd、dd出現數量差異？教師引導學生歸納分析數據，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、優化數據的統計方式，縮減了實驗操作時間，有效增加實驗數據分析的時間，逐步引導學生對數據進行統計、分析、歸納，促進學生理解大量實驗和數據統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學生數據分析、歸納，排除雌雄配子數量是相等的、大小一致等科學知識誤區，落實了科學思維核心素養的培養。學生體驗了配子的分離和結合的隨機性，加深了對孟德爾分離定律本質的理解。同時，一次清點，將塑料彩球裝入模擬裝置后即可重復使用，減少實驗準備的工作量，每個組員都有各自負責的實驗任務，讓學生都參與到實驗中，解決了只有少數學生實驗、多數學生觀摩實驗的現象。