“性狀分離比的模擬”實驗的改進(jìn)與擴展

宋廷軍

摘 要：本文通過對人教版《高中生物·必修二》遺傳與進(jìn)化中"性狀分離比模擬實驗"的改進(jìn)，學(xué)生通過親歷了實驗的每一個環(huán)節(jié)，感受自然界的生命現(xiàn)象和規(guī)律，不僅達(dá)成了實驗教學(xué)的目的要求，而且通過對實驗的擴展，能夠延伸到對自由組合定律等其他知識的學(xué)習(xí)過程中;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)實驗;性狀分離比的模擬;改進(jìn)與擴展

《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)過程重實踐”，高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中實踐經(jīng)歷，強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動參與的過程，讓學(xué)生積極參與動手和動腦的活動，通過探究型學(xué)習(xí)活動和完成工程學(xué)任務(wù)，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而能用科學(xué)的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現(xiàn)實生活中的某些問題。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”實驗，目的要求是通過模擬實驗，認(rèn)識和理解遺傳因子的分離和配子的隨機結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，體驗孟德爾的假說。結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念和性狀分離比模擬實驗的目的要求，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)識和理解配子隨機結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，并不能落實“認(rèn)識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、增加實驗樣品數(shù)量，認(rèn)識和理解科學(xué)實驗中樣品數(shù)量的重要性;第三，擴展模擬實驗，認(rèn)識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，通過模擬實驗進(jìn)一步認(rèn)識和理解“決定同一性狀的成對的遺傳因子彼此分離，決定不同性狀的遺傳因子自由組合”，及其配子的隨機結(jié)合與性狀之間的數(shù)量關(guān)系，我對該實驗進(jìn)行了如下改進(jìn)和擴展。

一、材料用具

用小桶和不同顏色彩球作為材料用具，成本相對較高，也不方便準(zhǔn)備，教師提前對彩球進(jìn)行標(biāo)識的過程，“剝奪”了學(xué)生體驗“遺傳因子分離”的模擬過程。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存在的，生物體在形成生殖細(xì)胞——配子時，成對的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子中”的過程，又能保證學(xué)生全員參與，同時還可以得到更多的樣品，符合統(tǒng)計學(xué)要求。

二、實驗步驟

教科書中的“方法步驟”是在假設(shè)兩個小桶中分別是雌、雄兩種不同配子的前提下，模擬配子隨機結(jié)合的情況，無法實現(xiàn)認(rèn)識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)識和理解配子形成時遺傳因子的分離，然后再進(jìn)行配子的隨機結(jié)合，這樣既充分實現(xiàn)了實驗的目的要求，又能讓學(xué)生認(rèn)識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）將班級學(xué)生分成每6人一個大組，每個大組的學(xué)生均分成A、B兩個小組，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)胞中成對的遺傳因子。將紙條沿豎直中線位置撕開，模擬成對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，“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”隨機撒在上面，模擬雌雄配子隨機結(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，記錄合子中遺傳因子（字母）組合。

三、結(jié)果和結(jié)論

（1）實驗過程中，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會？

（2）統(tǒng)計實驗結(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？計算遺傳因子不同組合類型之間的數(shù)量比。設(shè)計表格，記錄實驗結(jié)果。

（3）統(tǒng)計全班的實驗結(jié)果，求平均值。計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)象在生物繁殖過程中的意義。

（2）將每個小組的實驗結(jié)果與全班總的實驗結(jié)果作比較，有什么發(fā)現(xiàn)？如果孟德爾當(dāng)時只統(tǒng)計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）將模擬實驗的結(jié)果與孟德爾的雜交實驗結(jié)果相比較，你認(rèn)為孟德爾的假說是否合理？為什么？

該實驗旨在讓學(xué)生對分離定律有感性的認(rèn)識，但對其進(jìn)行改進(jìn)之后就有了方便擴展的特點，我在“對自由組合現(xiàn)象的解釋”的教學(xué)中，就很好的進(jìn)行了運用。對上述實驗步驟（3）進(jìn)行如下改進(jìn)：設(shè)想每張紙條就是一個將要形成配子的細(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，“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，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。完成實驗，學(xué)生認(rèn)識和理解了“決定同一性狀的成對的遺傳因子彼此分離，決定不同性狀的遺傳因子自由組合”的過程和意義，得出了雌雄配子隨機結(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，便實現(xiàn)了對自由組合現(xiàn)象的解釋，學(xué)生對自由組合定律的實質(zhì)有了感性體驗。

總之，通過改進(jìn)和擴展設(shè)計并實施模擬實驗，使學(xué)生親自體驗實驗過程、采集實驗數(shù)據(jù)，并用歸納和概括的方法證實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)生主動地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識的能力，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)探究和社會責(zé)任等方面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。