“性狀分離比的模擬”實(shí)驗(yàn)優(yōu)化與創(chuàng)新

李 軍 （廣東省佛山市順德區(qū)倫教中學(xué) 廣東佛山 528300）

生物學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，課程標(biāo)準(zhǔn)和社會發(fā)展對人的生物學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，使得師生認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性[1]。通過性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在親身活動中，探討基因分離定律、配子隨機(jī)結(jié)合與遺傳結(jié)果的關(guān)系，為進(jìn)一步理解孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)[2]。教材中的實(shí)驗(yàn)還存在一些不足、甚至給學(xué)生帶來一定的理解誤區(qū)，故本文對教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置2 對相對性狀的自交模擬實(shí)驗(yàn)，是教材中沒有的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新。

1 教材中實(shí)驗(yàn)流程及存在的問題（圖1）

圖1 教材中性狀分離比的模擬

1.1 實(shí)驗(yàn)流程

1）在甲、乙2 個(gè)小桶中放入2 種彩球各10 個(gè)。

2）搖動2 個(gè)小桶，使小桶內(nèi)的彩球充分混合。

3）分別從2 個(gè)桶內(nèi)隨機(jī)抓取1個(gè)小球，組合在一起，記下2 個(gè)彩球的字母組合。

4）將抓取的彩球放回原來的小桶內(nèi)，搖勻，按步驟3 重復(fù)做50～100 次[3]。

1.2 存在問題

1）實(shí)驗(yàn)裝置為“開放式”裝置，學(xué)生在抓取并統(tǒng)計(jì)結(jié)果之后，需要經(jīng)歷放回、搖勻、再抓取統(tǒng)計(jì)的過程，程序較為繁瑣，耗時(shí)多。

2）學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中會直接接觸實(shí)驗(yàn)小球，甚至能看到2 種顏色的小球，帶有主觀因素的干擾。

3）2個(gè)小桶內(nèi)的小球數(shù)量均為20 個(gè)，容易讓學(xué)生產(chǎn)生誤解，誤認(rèn)為雌、雄配子的數(shù)量是相等的。

4）教材中只有分離定律的性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)，相對比較簡單，缺乏對學(xué)生的思維訓(xùn)練[4]。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：

2.1 分離定律性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)化（圖2）

圖2 分離定律性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)化

1）利用廢舊礦泉水瓶，將“開放式裝置”改變?yōu)椤伴]合式”裝置，學(xué)生在完成一次結(jié)果統(tǒng)計(jì)后，不需要放回，只需倒轉(zhuǎn)晃動一次，即可完成混勻和下次結(jié)果的輸出過程，操作更快速、簡便。

2）小球處于瓶內(nèi)，學(xué)生操作的全過程不會與小球接觸，排除主觀因素的干擾。

3）將雄配子數(shù)量設(shè)置為明顯多于雌配子，在教學(xué)過程中，可明確提示學(xué)生雌、雄配子數(shù)量并不相等的事實(shí)，糾正誤區(qū)。

2.2 自由組合定律性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新（圖3）

圖3 自由組合定律性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新

1）2個(gè)小瓶組合在一起分別代表雌性或雄性生殖器官，其中一個(gè)瓶中的黑、白色小球，代表Y和y這一對遺傳因子，Y和y在減數(shù)分裂產(chǎn)生配子時(shí)會分離，紅色和綠色的小球代表另一對遺傳因子R和r，R和r同樣在減數(shù)分裂時(shí)會分離。

2）以雄性生殖器官（精巢）為例，其在產(chǎn)生配子的過程中，成對的遺傳因子（黑、白球或紅、綠球）會分離，不成對的遺傳因子進(jìn)行自由組合，故其能產(chǎn)生4 種不同類型的精子（圖4）。

圖4 雌、雄生殖器官所產(chǎn)生的4種不同類型的配子

3）在減數(shù)分裂中，成對的遺傳因子分離，不成對的遺傳因子自由組合，故同一瓶中2 種不同顏色的小球分離，與另一瓶中搖出的小球隨機(jī)組合，并記錄，此組合即為雌、雄個(gè)體所產(chǎn)生的配子的基因型（如圖5，雄瓶產(chǎn)生YR類型的配子，雌性產(chǎn)生yR類型的配子，受精作用產(chǎn)生F1的基因型為YyRR）。

圖5 受精作用中不同基因型配子的隨機(jī)結(jié)合

表1 不同組別F2 基因型及表型結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4）從各組統(tǒng)計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，雖然各組的比例關(guān)系不一定符合9∶3∶3∶1 的自由組合定律的性狀分離比，但從全班的大數(shù)據(jù)的結(jié)果分析，很好地體現(xiàn)了這一比例，在教學(xué)過程中，要強(qiáng)調(diào)2點(diǎn)：①科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，無論實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確，都需要將結(jié)果如實(shí)記錄；②要獲得特定的比例關(guān)系，樣本的數(shù)量應(yīng)足夠大。

3 實(shí)驗(yàn)反思

要有層次、分階段拓展教材實(shí)驗(yàn)，教材中為1 對基因分離定律性狀分離比的模擬，對學(xué)生的思維提升稍顯不足，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置，使實(shí)驗(yàn)速度更快速便捷。同時(shí)，增設(shè)了2 對基因符合自由組合定律的性狀分離比，通過此實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對分離定律和自由組合定律的實(shí)質(zhì)有更為直觀的認(rèn)識。此外，本實(shí)驗(yàn)中用到的材料環(huán)保，取材便利，成本合理，易于推廣。同時(shí)，也將“教師主導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生沉浸式實(shí)驗(yàn)”。因此，本實(shí)驗(yàn)無論是從實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)與分析，都是讓學(xué)生全程參與，既培養(yǎng)了學(xué)生能力，又激發(fā)了其學(xué)習(xí)興趣。