美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗探析

張純

[摘 要]著重介紹美國高中生物主流教材《生物·生命的動力》中“自然選擇與等位基因頻率”的實驗過程，并從實驗過程、數(shù)據(jù)分析和實驗素養(yǎng)三個方面分析其特點，試圖給我國高中生物實驗教學(xué)帶來新的啟示。

[關(guān)鍵詞]美國生物教材；自然選擇；基因頻率；實驗

[中圖分類號] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 16746058（2017）32009402

一、問題提出

“自然選擇對種群基因頻率變化的影響”是我國高中生物人教版教材必修2《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論》一章的重要內(nèi)容。在教材中，創(chuàng)設(shè)了數(shù)字化的問題情境：工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致樹干變黑，不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體（ss））每年減少10%，黑色個體（SS，Ss）每年增加10%。問：第2～10年間，該種群每年的基因型頻率是多少？每年的基因頻率是多少？然后引導(dǎo)學(xué)生通過計算填寫表1。

從以往的教學(xué)經(jīng)驗來看，通過案例探究，雖然學(xué)生容易理解這個結(jié)論，但是缺少對自然選擇過程的體驗。下面以美國高中生物主流教材《生物·生命的動力》中“自然選擇與等位基因頻率”網(wǎng)絡(luò)實驗為例，分析美國高中生物模擬實驗教學(xué)的特點，以期我國高中生物教學(xué)帶來新的啟示。

二、美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗的過程

1.研究背景

自然選擇會對特定的表現(xiàn)型產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致產(chǎn)生這種表現(xiàn)型的等位基因頻率發(fā)生變化。本次活動中，你將模擬實驗探究鷹捕獵對兔子種群的影響。兔子基因型GG為純合子，表現(xiàn)型為灰色兔毛；Gg為雜合子，表現(xiàn)型也是灰色兔毛；gg是白色兔毛的純合子。

2.實驗步驟

（1）將數(shù)據(jù)表（表2）復(fù)制到本子上。

三、美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗的特色

1.過程模擬更直觀

由于自然選擇具有微變性和長期性，在生活中很難觀察到，導(dǎo)致學(xué)生對這一過程的理解浮于表面，缺乏感性認(rèn)知作為支撐。用不同顏色的豆子模擬自然選擇的過程，可操作性和趣味性更強，而且材料簡單，可以重復(fù)操作。

實驗步驟清晰，看似簡單的操作，蘊含著豐富的思維推理。去掉25%的灰色兔子和100%的白色兔子，類比自然選擇的過程，讓學(xué)生經(jīng)歷從抽象的自然選擇對兔子毛色的選擇，到具體地去掉雜色豆和白色豆子，再到G和g基因頻率的改變的過程，感悟和理解自然選擇對種群中個體的表現(xiàn)型的直接選擇，導(dǎo)致基因型頻率的改變，最終影響種群基因頻率，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。

2.數(shù)據(jù)分析更全面

現(xiàn)代社會，由于電腦、智能手機(jī)的普及，越來越多的人能夠非常方便地接入到互聯(lián)網(wǎng)。利用互聯(lián)網(wǎng)交流數(shù)據(jù)，獲取信息也是美國實驗教學(xué)的一個特點。在本實驗中，有明確的網(wǎng)址公布數(shù)據(jù)，并要求學(xué)生將自己的數(shù)據(jù)與網(wǎng)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。另外，要求學(xué)生將表格的數(shù)據(jù)繪制成折線圖，讓實驗結(jié)果更清晰。重視數(shù)據(jù)的采集、交流、匯總，有助于引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)踏實的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)合作的科學(xué)精神。

3.素養(yǎng)培養(yǎng)更專業(yè)

本實驗用到了豆子，豆子易滾到地上，如果有人踩到容易摔跤，教材中“安全警示注意：散落到地上的豆要立即清理干凈”透露出濃濃的人文關(guān)懷。實驗步驟的最后“清潔與整理：將所有材料放回原處”提醒學(xué)生物歸原處，透露出對細(xì)節(jié)的關(guān)注和對基本實驗素養(yǎng)的培養(yǎng)。

考慮到不是每個學(xué)生的實驗都是成功的，在交流數(shù)據(jù)之后，教材設(shè)置了誤差分析：將你的數(shù)據(jù)與網(wǎng)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，它們有差別嗎？如果有，差別是怎樣產(chǎn)生的？采集大量的數(shù)據(jù)有什么好處？利用網(wǎng)上的數(shù)據(jù)可能存在什么問題？一系列問題的提出，有助于幫助學(xué)生分析錯誤的原因，讓錯誤成為寶貴的學(xué)習(xí)資源。重視實驗細(xì)節(jié)，關(guān)注結(jié)果分析，有助于訓(xùn)練學(xué)生的邏輯推理能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1]奧爾頓·比格斯.生物·生命的動力[M].廖蘇梅，曾立，等，譯.杭州：浙江教育出版社，2008.

[2]劉學(xué)廷.美國高中教材《生物·生命的動力》網(wǎng)絡(luò)生物實驗研究[J].中學(xué)生物學(xué)，2016，32（3）.

[3]蔣晨康.中美高中生物教材“葉綠素提取和分離”實驗的比較研究[J].中學(xué)生物學(xué)，2016，32（11）.

（責(zé)任編輯 黃春香）