“性狀分離比的模擬實驗”教學(xué)設(shè)計

◎李淑真

一、教材地位

“性狀分離比的模擬實驗”是人教版高中生物必修二遺傳與進化中第一章的第一個實驗，讓學(xué)生在親身活動中體驗遺傳因子的分離以及雌雄配子的隨機結(jié)合與性狀的數(shù)量關(guān)系，使得孟德爾的豌豆雜交實驗得到更深層次的理解。但因為實驗性質(zhì)屬于模擬實驗，實驗需要重復(fù)多次，耗時時間長，材料不好獲取等原因容易引起師生的忽視，甚至直接跳過不上。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，要更有效地發(fā)揮此模擬實驗在教學(xué)中的功能，達成教學(xué)目標，還需要對該實驗進行合理分析和科學(xué)優(yōu)化。

二、實驗教學(xué)目標

1.認識和理解相對性狀間的關(guān)系、遺傳因子的分離和配子的隨機結(jié)合；

2.正確運用實驗材料用具；對數(shù)據(jù)進行處理（如整理、記錄、統(tǒng)計、歸納）；分析減少實驗誤差的方法；

3.通過模擬實驗，體驗孟德爾實驗過程所體現(xiàn)的的探究方法和創(chuàng)新思維；

4.通過小組合作學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，樹立獨立思維能力并學(xué)會與人合作交流。

三、教學(xué)重難點分析

1.教學(xué)重點：雌、雄配子在受精時隨機結(jié)合的特點，形成配子時遺傳因子分離。

2.教學(xué)難點：基因組合方式與生物性狀之間的數(shù)量比例。

四、實驗方案分析、改進與創(chuàng)新

1.實驗材料的改進 書上建議使用彩球與小桶，優(yōu)點是彩球是圓的容易混勻，取球隨機性好，符合受精作用的隨機性。缺點是材料獲取困難，每個小組需要40個，成本高；圓球容易跳動，聲音也大，影響實驗進程，容易造成課堂混亂；小桶雖然很好抓取，但也容易看見，會存在學(xué)生有意識挑選，影響最后的性狀數(shù)量關(guān)系。因而采取以下措施，玻璃珠取代小球，礦泉水瓶取代小桶。每組優(yōu)點是：材料容易獲取，玻璃珠就是學(xué)校和家庭都有的跳棋，礦泉水瓶也隨處可得，可以讓兩人或四人準備一份，減少老師準備材料的時間和成本，也更加環(huán)保。另外玻璃珠本來就有顏色，容易區(qū)分，可代表攜帶不同等位基因的雌雄配子。

2.實驗方法的改進

（1）增減配子數(shù)目。每組玻璃珠40顆，礦泉水瓶2個。用黑色（D）20粒，黃色（d）20粒的兩種彩色玻珠表示兩種不同的雄配子，用黑色（D）10粒，黃色（d）10粒的兩種彩色玻珠表示兩種不同的雌配子。這樣設(shè)計的理由是：甲乙兩桶的玻璃球代表都是雌、雄配子，在自然狀態(tài)下，雄配子的數(shù)量要遠大于雌配子的數(shù)量，而書本設(shè)計甲乙兩桶的彩球均為20個，容易造成學(xué)生雌雄配子數(shù)量相等的誤解，所以這么安排。

（2）簡化取樣方法。在礦泉水瓶的瓶身貼上不透光的白色紙張（以免取樣受到干擾），用筆寫上符號“♂”和“♀”，代表雌性生殖器官和雄性生殖器官。取樣時，搖動瓶內(nèi)的玻璃珠，分別從雌雄兩個瓶子當中倒出一個玻璃珠（表示雌雄配子結(jié)合形成受精卵），并正的一畫做記錄；將玻璃珠放回瓶內(nèi)，充分搖勻，重復(fù)實驗50-100次。這樣的取樣方便簡便又迅速，也能避免用手抓取玻璃珠容易掉落地上，影響實驗的進程。將每組小組獲取的數(shù)據(jù)進一步匯總，統(tǒng)計。

書本上沒有設(shè)計相應(yīng)的表格，筆者設(shè)計的表格如下：

表1

表2

3.實驗內(nèi)容的創(chuàng)新 課本只有一對相對性狀的分離比模擬實驗，也可設(shè)計兩對相對性狀分離比的模擬實驗。因為玻璃珠有多種顏色，可以雌雄各設(shè)置兩個礦泉水瓶，一個放紅色和藍色玻璃球（代表等位基因A和a），另一個放黑色和紅色玻璃球（代表等位基因B和b），操作分別從雌雄兩個礦泉水瓶中取出兩個玻璃珠，即完成非等位基因的自由組合。具體表格參考表3。

學(xué)生無法理解測交的意義，可以增加測交實驗的模擬：雄配子的礦泉水瓶中放置紅色和藍色玻璃球（分別代表D和d），雌配子的礦泉水瓶只放置藍色玻璃球（代表d），代表個體基因型為Dd和dd，分別從兩個礦泉水瓶中取一個玻璃球，統(tǒng)計測交的性狀比。

表3

五、實驗過程設(shè)計

1.引入 用PPT展示孟德爾的七對性狀的豌豆雜交實驗的表格以及過程，提問：我們能不能模擬？如何模擬？從而激發(fā)學(xué)生的興趣。

2.材料介紹及實驗準備 教師介紹各種材料的用途：礦泉水瓶代表雌雄生殖器官，玻璃珠代表雌、雄配子，其中黑色為D，黃色為d。教師讓學(xué)生對比書本實驗的的材料和我們設(shè)計的簡易材料，分析優(yōu)缺點，并在此基礎(chǔ)上以四人小組為單位，討論并設(shè)計實驗的流程及操作要點，并記錄在紙上。各個小組展示交流，根據(jù)班級同學(xué)的方案再進一步完善實驗方案，最后全班共同得出一個易操作的簡便實驗步驟。通過該環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生獨立思考和合作交流的能力，同時也更加清楚地理解了本實驗的目的。

3.一對相對性狀分離比的模擬實驗 正式實驗前，操作要點可以通過教師問學(xué)生答來強調(diào)，師生共同討論每一步操作的意義：①為什么每次取完玻璃珠都要放回礦泉水瓶，并搖勻？（根據(jù)孟德爾的分離定律，雜合子通過減數(shù)分裂會產(chǎn)生兩種數(shù)目相等的配子。放回保證雌、雄配子數(shù)目相等，配子種類及比例相等）；②礦泉水瓶貼的白色紙張有何作用？（體現(xiàn)受精作用的隨機性。）③抓取的字母組合為什么要馬上記錄在表格1中？（防止混淆數(shù)據(jù)，保證實驗科學(xué)嚴謹?shù)剡M行）。通過對上述問題的討論思考，學(xué)生聯(lián)系起了模擬實驗與課本中孟德爾的雜交實驗，深刻理解每一個實驗步驟。理解模擬實驗是進行生物學(xué)學(xué)研究的一種重要的方法。

具體操作：1.分發(fā)材料2.提出實驗要求：6分鐘以內(nèi)，重復(fù)操作50次以上3.教師巡視，表揚合作好的小組，發(fā)現(xiàn)問題及時糾錯，并在全班討論4.每組有一位代表負責錄入本組實驗數(shù)據(jù)到計算機記錄表中。比較匯總結(jié)果，理解樣本數(shù)量多對于實驗的重要意義，同時學(xué)生也能理解孟德爾為什么當初要統(tǒng)計上千株的豌豆。在分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論的過程過程中，學(xué)生認識到孟德爾實驗的科學(xué)性，發(fā)現(xiàn)性狀分離比3：1不是一種意外，而是一種必然的比例，同時也對學(xué)生進行了科學(xué)方法的教育。

4.兩對相對性狀分離比的模擬實驗及測交模擬實驗 教師先介紹實驗原理目的及操作方法：裝置略有增加，甲1和甲2兩個礦泉水瓶代表雌生殖器，乙l和乙2代表雄生殖器，每次搖動在4個瓶中各取1個小球，其他操作步驟與一對相對性狀性狀分離比的模擬實驗相同。接下來學(xué)生進行實驗，5min內(nèi)重復(fù)50次，在表3記錄并統(tǒng)計實驗結(jié)果：玻璃球組合的種類、每種組合的總數(shù)和占總數(shù)的比例。

進行測交實驗后，提問：取出雄配子D和d的比例是多少？子一代中高莖和矮莖的比例是多少？為什么測交實驗?zāi)茯炞C孟德爾的分離定律？通過一系列問題，學(xué)生能更好地理解孟德爾的分離定律是測交實驗的本質(zhì)：Dd的個體產(chǎn)生的含有D和d的配子數(shù)量相同，所以子一代的高莖和矮莖的性狀數(shù)量相同，從而幫助學(xué)生更好地理解測交實驗和假說演繹法的意義。

六、教學(xué)反思與自我評價

本教學(xué)設(shè)計模擬了有性生殖中配子產(chǎn)生的具體情況，用10個大球代表雌配子，30個小球代表雄配子，使模擬實驗更加接近生命現(xiàn)象本真。同時采用玻璃球與礦泉水瓶作為實驗材料，既節(jié)約成本，降低取材的難度，又方便取樣，節(jié)約課堂時間。同時增加了兩對相對性狀分離比的模擬實驗和一對相對性狀測交的模擬實驗，豐富本實驗的內(nèi)容，幫助學(xué)生理解孟德爾分離和自由組合定律的。

困難的在于時間問題，教師可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況，適時選擇模擬實驗的種類，組織課堂，高效完成本實驗。另外教學(xué)過程仍要精心準備，做好引導(dǎo)，讓學(xué)生明白每一個裝置代表什么，每一步操作的理由，不要課前稀里糊涂，課中熱熱鬧鬧，課后不知所蹤。

[1]何小彪.積極挖掘生活化資源 努力優(yōu)化生物學(xué)實驗.中學(xué)生物學(xué).32（8）：39-40，2016.08

[2]申麗娜.“性狀分離比的模擬實驗”教學(xué)設(shè)計.生物學(xué)教學(xué).35（7）：31-32，2010.07