巧用撲克牌設(shè)計(jì)自由組合定律的模擬實(shí)驗(yàn)

韋勝秀（浙江省寧波市鄞州區(qū)第二實(shí)驗(yàn)中學(xué)）

巧用撲克牌設(shè)計(jì)自由組合定律的模擬實(shí)驗(yàn)

韋勝秀
（浙江省寧波市鄞州區(qū)第二實(shí)驗(yàn)中學(xué)）

利用撲克牌設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)，以期強(qiáng)化學(xué)生對自由組合定律的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀。所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法既符合科學(xué)方法規(guī)律，同時增加了生物學(xué)習(xí)的趣味性，直觀性強(qiáng)，簡易可行，易于拓展。

撲克牌；自由組合定律；模擬實(shí)驗(yàn)

在中學(xué)生物學(xué)的探究過程中，有些研究對象由于受到時間和空間以及物質(zhì)條件等因素制約，是難以直接通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論的。此時，用模擬實(shí)驗(yàn)來替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)，即模仿實(shí)驗(yàn)對象制作模型，或模仿實(shí)驗(yàn)中的某些條件來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使得抽象的生物學(xué)概念更為形象化、直觀化，不僅能夠使學(xué)生在探究中主動理解生物學(xué)概念的實(shí)質(zhì)，更為重要的是使學(xué)生能夠體驗(yàn)科學(xué)過程，形成一定的科學(xué)探究能力和科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，從而提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)。本文就以撲克牌為材料，通過設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)來強(qiáng)化自由組合定律的理解。

一、孟德爾兩對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的模擬實(shí)驗(yàn)

1.模擬F1（YyRr）產(chǎn)生配子的情況

取撲克牌一副，去掉其中的大小王，用一種花色代表一種基因，即所有的方塊代表Y基因，所有的紅桃代表y基因，所有的梅花代表R基因，所有的黑桃代表r基因。將該副牌中所有的方塊、紅桃組合為一疊，充分洗牌；所有的梅花、黑桃組合為另一疊，充分洗牌，然后兩疊牌同時操作，在每一疊牌中抽出一張亮牌，一次操作所亮的兩張牌即為該親本所產(chǎn)生的配子。重復(fù)操作多次，并用畫“正”字來記錄配子類型數(shù)目，統(tǒng)計(jì)各種配子比例，完成模擬F1（YyRr）產(chǎn)生配子的情況。值得注意的是，每一次亮牌后需放回重新洗牌，且兩疊撲克牌之間始終不能相混。

2.模擬F1（YyRr）自交產(chǎn)生F2的情況

取兩副牌，去掉其中大小王，一副牌代表雄性親本，另一副牌代表雌性親本。用上述方法同時操作兩副牌，每副牌每一次所亮的兩張牌就代表該親本所產(chǎn)生的一種配子。由于每一次亮牌前均充分洗牌，因此，每一次同時亮出的4張牌的兩兩結(jié)合即可模擬出雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合。然后，重復(fù)多次操作，用畫“正”字來記錄所得到的F2基因型、表現(xiàn)型數(shù)目，統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)比例，這樣就完成了F1（YyRr）自交產(chǎn)生的F2代的模擬實(shí)驗(yàn)。值得注意的是，每一次亮牌后需放回，重新洗牌，再進(jìn)行第二次操作，且每副牌的兩疊始終不能相混，兩副牌之間也始終不能相混。

3.分析與體會

（1）通過模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠體會到F2得到多種基因型和表現(xiàn)型的主要原因：F1形成配子時非同源染色體上非等位基因的自由組合形成了多種配子，于是，配子間的隨機(jī)結(jié)合導(dǎo)致了后代出現(xiàn)了性狀的自由組合現(xiàn)象。

（2）本模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要小組合作完成，一般建議4人小組，分工要明確，一人為組長，一人記錄，兩人操作撲克牌。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與理論值存在差異，可引導(dǎo)學(xué)生分析出主要原因：重復(fù)操作次數(shù)不夠多，樣本較少。因此，建議小組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將全班各組所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)。

（3）浙科版教材中的模擬孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)是用信封和自制卡片作材料進(jìn)行模擬的，教師前期準(zhǔn)備工作較大，且要求在信封中將卡片取出，操作不方便，并難以做到隨機(jī)性，因此，改用撲克牌作為材料進(jìn)行模擬，不僅使學(xué)生興趣濃厚，而且取材容易，操作方便，隨機(jī)性更容易做到。

二、減數(shù)分裂過程的模擬實(shí)驗(yàn)———拓展自由組合的實(shí)質(zhì)

1.精原細(xì)胞中染色體的模擬

取撲克牌中的方塊A、黑桃A、方塊K、黑桃K，共4張牌，縱向豎直對半剪開，得到8張對半分開的撲克牌，每一張牌代表一條染色體，強(qiáng)磁片代表著絲粒。

取兩張重疊方塊A和兩張重疊的黑桃A代表一對同源染色體，兩張重疊方塊K和兩張重疊黑桃K代表另一對同源染色體，分別用強(qiáng)磁片把牌中央固定在黑板上預(yù)先畫好的代表細(xì)胞核的圓圈中。這樣可模擬精原細(xì)胞中的4條未復(fù)制過的染色體。

2.減數(shù)第一次分裂過程的模擬

將重疊的兩張牌旋轉(zhuǎn)一定角度露出相應(yīng)數(shù)字，即可表示一條染色體復(fù)制后產(chǎn)生的兩條姐妹染色單體。通過擺放撲克牌在圓圈中的位置可模擬出同源染色體配對，四分體，同源染色體成對排列在赤道面上等減數(shù)分裂的現(xiàn)象。

通過方塊A與黑桃A的分離、方塊K與黑桃K的分離，方塊A既能與方塊K組合，也能與黑桃K組合，即可模擬出同源染色體分離和非同源染色體自由組合的現(xiàn)象。從而得到由含有姐妹染色單體的兩條非同源染色體組成的兩個次級精母細(xì)胞的模型。

3．減數(shù)第二次分裂過程的模擬

選取一種組合方式產(chǎn)生的兩個次級精母細(xì)胞，再通過擺放撲克牌可以模擬減數(shù)第二次分裂各時期的染色體分布圖。值得注意的是，將交叉的兩張相同A分開，再分別用強(qiáng)磁片固定，可模擬減數(shù)第二次分裂后期著絲粒分裂，姐妹染色單體分開現(xiàn)象，從而得到染色體組成兩兩相同的4個精細(xì)胞。

4．將基因定位在染色體上體驗(yàn)自由組合定律

在上述減數(shù)分裂過程中，如將撲克牌中的字母表示基因，即方塊A和黑桃A代表一對等位基因，方塊K與黑桃K代表位于另一對同源染色體上的等位基因。那么，在同源染色體上的等位基因分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合現(xiàn)象就一目了然了。

5.分析與體會

（1）通過上述模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能自主體驗(yàn)到自由組合發(fā)生的時間是有性生殖產(chǎn)生配子的過程中，即減數(shù)第一次分裂后期。學(xué)生親身體驗(yàn)后，也能明確自由組合的本質(zhì)是指同源染色體上的等位基因分離的同時，非同源染色體上的非等位基因自由組合。

（2）學(xué)生通過撲克牌的擺放能主動體會同源染色體、四分體、自由組合等減數(shù)分裂過程中的重要特征，同時也可以拓展模擬減數(shù)第一次分裂過程中一對同源染色體未分離或減數(shù)第二次分裂中著絲粒分開而姐妹染色單體未分離等異常現(xiàn)象，有利于學(xué)生思維的拓展。

三、總結(jié)與思考

1.通過上述兩個模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅能夠直觀地體會孟德爾的雜交試驗(yàn)，體驗(yàn)自由組合的現(xiàn)象，體驗(yàn)非同源染色體上的非等位基因自由組合及配子的隨機(jī)結(jié)合引起了后代性狀的自由組合的現(xiàn)象，而且也能夠進(jìn)一步理解自由組合定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)——減數(shù)分裂，從而加深對自由組合的實(shí)質(zhì)理解。

2.撲克牌作為模擬實(shí)驗(yàn)的材料，能夠有效地發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，不受現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)物質(zhì)條件的限制。這也體現(xiàn)了模擬試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：簡單，易于操作，直觀形象。當(dāng)然，模擬實(shí)驗(yàn)也有缺點(diǎn)，如，準(zhǔn)確度不是很高，容易發(fā)生主觀原因?qū)е碌腻e誤等。因此，教師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時要注意培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法，注重實(shí)驗(yàn)原理的分析與討論，正確理解模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)原型的科學(xué)類比關(guān)系。

（3）模擬實(shí)驗(yàn)一般是通過學(xué)生小組合作探究完成的，這就要求教師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時首先要注重學(xué)習(xí)小組的建設(shè)，明確分工。其次，教師要給予學(xué)生適當(dāng)?shù)乃季S拓展空間，避免學(xué)生局限于教材或教師的設(shè)計(jì)思路，機(jī)械地進(jìn)行模仿。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后還需要組織學(xué)生進(jìn)行討論分析、總結(jié)歸納。

·編輯 武慧慧