“性状分离比的模拟实验”教学设计

◎李淑真

一、教材地位

“性状分离比的模拟实验”是人教版高中生物必修二遗传与进化中第一章的第一个实验，让学生在亲身活动中体验遗传因子的分离以及雌雄配子的随机结合与性状的数量关系，使得孟德尔的豌豆杂交实验得到更深层次的理解。但因为实验性质属于模拟实验，实验需要重复多次，耗时时间长，材料不好获取等原因容易引起师生的忽视，甚至直接跳过不上。笔者在教学中发现，要更有效地发挥此模拟实验在教学中的功能，达成教学目标，还需要对该实验进行合理分析和科学优化。

二、实验教学目标

1.认识和理解相对性状间的关系、遗传因子的分离和配子的随机结合；

2.正确运用实验材料用具；对数据进行处理（如整理、记录、统计、归纳）；分析减少实验误差的方法；

3.通过模拟实验，体验孟德尔实验过程所体现的的探究方法和创新思维；

4.通过小组合作学习，激发学习兴趣，树立独立思维能力并学会与人合作交流。

三、教学重难点分析

1.教学重点：雌、雄配子在受精时随机结合的特点，形成配子时遗传因子分离。

2.教学难点：基因组合方式与生物性状之间的数量比例。

四、实验方案分析、改进与创新

1.实验材料的改进 书上建议使用彩球与小桶，优点是彩球是圆的容易混匀，取球随机性好，符合受精作用的随机性。缺点是材料获取困难，每个小组需要40个，成本高；圆球容易跳动，声音也大，影响实验进程，容易造成课堂混乱；小桶虽然很好抓取，但也容易看见，会存在学生有意识挑选，影响最后的性状数量关系。因而采取以下措施，玻璃珠取代小球，矿泉水瓶取代小桶。每组优点是：材料容易获取，玻璃珠就是学校和家庭都有的跳棋，矿泉水瓶也随处可得，可以让两人或四人准备一份，减少老师准备材料的时间和成本，也更加环保。另外玻璃珠本来就有颜色，容易区分，可代表携带不同等位基因的雌雄配子。

2.实验方法的改进

（1）增减配子数目。每组玻璃珠40颗，矿泉水瓶2个。用黑色（D）20粒，黄色（d）20粒的两种彩色玻珠表示两种不同的雄配子，用黑色（D）10粒，黄色（d）10粒的两种彩色玻珠表示两种不同的雌配子。这样设计的理由是：甲乙两桶的玻璃球代表都是雌、雄配子，在自然状态下，雄配子的数量要远大于雌配子的数量，而书本设计甲乙两桶的彩球均为20个，容易造成学生雌雄配子数量相等的误解，所以这么安排。

（2）简化取样方法。在矿泉水瓶的瓶身贴上不透光的白色纸张（以免取样受到干扰），用笔写上符号“♂”和“♀”，代表雌性生殖器官和雄性生殖器官。取样时，摇动瓶内的玻璃珠，分别从雌雄两个瓶子当中倒出一个玻璃珠（表示雌雄配子结合形成受精卵），并正的一画做记录；将玻璃珠放回瓶内，充分摇匀，重复实验50-100次。这样的取样方便简便又迅速，也能避免用手抓取玻璃珠容易掉落地上，影响实验的进程。将每组小组获取的数据进一步汇总，统计。

书本上没有设计相应的表格，笔者设计的表格如下：

表1

表2

3.实验内容的创新 课本只有一对相对性状的分离比模拟实验，也可设计两对相对性状分离比的模拟实验。因为玻璃珠有多种颜色，可以雌雄各设置两个矿泉水瓶，一个放红色和蓝色玻璃球（代表等位基因A和a），另一个放黑色和红色玻璃球（代表等位基因B和b），操作分别从雌雄两个矿泉水瓶中取出两个玻璃珠，即完成非等位基因的自由组合。具体表格参考表3。

学生无法理解测交的意义，可以增加测交实验的模拟：雄配子的矿泉水瓶中放置红色和蓝色玻璃球（分别代表D和d），雌配子的矿泉水瓶只放置蓝色玻璃球（代表d），代表个体基因型为Dd和dd，分别从两个矿泉水瓶中取一个玻璃球，统计测交的性状比。

表3

五、实验过程设计

1.引入 用PPT展示孟德尔的七对性状的豌豆杂交实验的表格以及过程，提问：我们能不能模拟？如何模拟？从而激发学生的兴趣。

2.材料介绍及实验准备 教师介绍各种材料的用途：矿泉水瓶代表雌雄生殖器官，玻璃珠代表雌、雄配子，其中黑色为D，黄色为d。教师让学生对比书本实验的的材料和我们设计的简易材料，分析优缺点，并在此基础上以四人小组为单位，讨论并设计实验的流程及操作要点，并记录在纸上。各个小组展示交流，根据班级同学的方案再进一步完善实验方案，最后全班共同得出一个易操作的简便实验步骤。通过该环节，提高了学生独立思考和合作交流的能力，同时也更加清楚地理解了本实验的目的。

3.一对相对性状分离比的模拟实验 正式实验前，操作要点可以通过教师问学生答来强调，师生共同讨论每一步操作的意义：①为什么每次取完玻璃珠都要放回矿泉水瓶，并摇匀？（根据孟德尔的分离定律，杂合子通过减数分裂会产生两种数目相等的配子。放回保证雌、雄配子数目相等，配子种类及比例相等）；②矿泉水瓶贴的白色纸张有何作用？（体现受精作用的随机性。）③抓取的字母组合为什么要马上记录在表格1中？（防止混淆数据，保证实验科学严谨地进行）。通过对上述问题的讨论思考，学生联系起了模拟实验与课本中孟德尔的杂交实验，深刻理解每一个实验步骤。理解模拟实验是进行生物学学研究的一种重要的方法。

具体操作：1.分发材料2.提出实验要求：6分钟以内，重复操作50次以上3.教师巡视，表扬合作好的小组，发现问题及时纠错，并在全班讨论4.每组有一位代表负责录入本组实验数据到计算机记录表中。比较汇总结果，理解样本数量多对于实验的重要意义，同时学生也能理解孟德尔为什么当初要统计上千株的豌豆。在分析数据得出结论的过程过程中，学生认识到孟德尔实验的科学性，发现性状分离比3：1不是一种意外，而是一种必然的比例，同时也对学生进行了科学方法的教育。

4.两对相对性状分离比的模拟实验及测交模拟实验 教师先介绍实验原理目的及操作方法：装置略有增加，甲1和甲2两个矿泉水瓶代表雌生殖器，乙l和乙2代表雄生殖器，每次摇动在4个瓶中各取1个小球，其他操作步骤与一对相对性状性状分离比的模拟实验相同。接下来学生进行实验，5min内重复50次，在表3记录并统计实验结果：玻璃球组合的种类、每种组合的总数和占总数的比例。

进行测交实验后，提问：取出雄配子D和d的比例是多少？子一代中高茎和矮茎的比例是多少？为什么测交实验能验证孟德尔的分离定律？通过一系列问题，学生能更好地理解孟德尔的分离定律是测交实验的本质：Dd的个体产生的含有D和d的配子数量相同，所以子一代的高茎和矮茎的性状数量相同，从而帮助学生更好地理解测交实验和假说演绎法的意义。

六、教学反思与自我评价

本教学设计模拟了有性生殖中配子产生的具体情况，用10个大球代表雌配子，30个小球代表雄配子，使模拟实验更加接近生命现象本真。同时采用玻璃球与矿泉水瓶作为实验材料，既节约成本，降低取材的难度，又方便取样，节约课堂时间。同时增加了两对相对性状分离比的模拟实验和一对相对性状测交的模拟实验，丰富本实验的内容，帮助学生理解孟德尔分离和自由组合定律的。

困难的在于时间问题，教师可以根据学生的掌握情况，适时选择模拟实验的种类，组织课堂，高效完成本实验。另外教学过程仍要精心准备，做好引导，让学生明白每一个装置代表什么，每一步操作的理由，不要课前稀里糊涂，课中热热闹闹，课后不知所踪。

[1]何小彪.积极挖掘生活化资源 努力优化生物学实验.中学生物学.32（8）：39-40，2016.08

[2]申丽娜.“性状分离比的模拟实验”教学设计.生物学教学.35（7）：31-32，2010.07