“性状分离比的模拟”实验的改进与扩展

宋廷军

摘 要：本文通过对人教版《高中生物·必修二》遗传与进化中"性状分离比模拟实验"的改进，学生通过亲历了实验的每一个环节，感受自然界的生命现象和规律，不仅达成了实验教学的目的要求，而且通过对实验的扩展，能够延伸到对自由组合定律等其他知识的学习过程中;让学生深刻理解基因分离定律和自由组合定律的本质，为学生生物学科核心素养的形成奠定基础。

关键词：高中生物学实验;性状分离比的模拟;改进与扩展

《普通高中生物学课程标准》（2017年版）的基本理念是“教学过程重实践”，高度关注学生学习过程中实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，让学生积极参与动手和动脑的活动，通过探究型学习活动和完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神，进而能用科学的观点、知识、思路和方法，探讨或解决现实生活中的某些问题。人教版《高中生物·必修二》遗传与进化中“性状分离比的模拟”实验，目的要求是通过模拟实验，认识和理解遗传因子的分离和配子的随机结合与性状之间的数量关系，体验孟德尔的假说。结合课程标准的基本理念和性状分离比模拟实验的目的要求，综合考虑以下几方面，第一，课本安排的方法步骤，学生只能认识和理解配子随机结合与性状之间的数量关系，并不能落实“认识和理解遗传因子的分离及其与性状之间的数量关系”的目的要求;第二，提高学生的参与度、增加实验样品数量，认识和理解科学实验中样品数量的重要性;第三，扩展模拟实验，认识和理解生物届普遍存在的雄配子数远多于雌配子数的现象及其生命意义;第四，降低材料用具的成本，又便于学习自由组合定律时，通过模拟实验进一步认识和理解“决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合”，及其配子的随机结合与性状之间的数量关系，我对该实验进行了如下改进和扩展。

一、材料用具

用小桶和不同颜色彩球作为材料用具，成本相对较高，也不方便准备，教师提前对彩球进行标识的过程，“剥夺”了学生体验“遗传因子分离”的模拟过程。用纸和笔作为材料用具，既能很好地模拟“体细胞中遗传因子是成对存在的，生物体在形成生殖细胞——配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中”的过程，又能保证学生全员参与，同时还可以得到更多的样品，符合统计学要求。

二、实验步骤

教科书中的“方法步骤”是在假设两个小桶中分别是雌、雄两种不同配子的前提下，模拟配子随机结合的情况，无法实现认识和理解遗传因子分离的目的要求，我改用以下方法步骤，先认识和理解配子形成时遗传因子的分离，然后再进行配子的随机结合，这样既充分实现了实验的目的要求，又能让学生认识和理解自然界中雄性配子数量远多于雌性配子数量的现象及其生命意义。

（1）将班级学生分成每6人一个大组，每个大组的学生均分成A、B两个小组，A组为雄配子组，B组为雌配子组。

（2）每人拿出一张A4纸，要求A、B组纸张颜色不同，同一小组内纸张颜色相同，将纸撕成4-6张纸条，放在桌面上备用。

（3）设想每张纸条就是一个将要形成配子的细胞，用笔在纸条竖直中线左右的两侧适当位置分别写上D和d，代表F1体细胞中成对的遗传因子。将纸条沿竖直中线位置撕开，模拟成对的遗传因子彼此分离，分别进入到不同的配子中，再将撕开的每张小纸条分别揉成纸团，“形成”配子。A组每人重复5-6次，B组每人重复3-4次。

（4）以小组为单位，A组同学的所有“雄配子”放在一起混合均匀，B组同学的所有“雌配子”放在一起混合均匀。然后，先将B组的“雌配子”撒在桌面上，使其分散开，再将A组“雄配子”随机撒在上面，模拟雌雄配子随机结合产生合子。取雌、雄配子相互靠近（距离较远的可以不要）的组合作为合子，展开纸团，记录合子中遗传因子（字母）组合。

三、结果和结论

（1）实验过程中，是否存在雌配子遇不到雄配子的情况？如何提高雌配子遇到雄配子的机会？

（2）统计实验结果：遗传因子的组合有几种类型？每种组合类型的数量是多少？计算遗传因子不同组合类型之间的数量比。设计表格，记录实验结果。

（3）统计全班的实验结果，求平均值。计算不同组合类型之间的数量比。

（4）得出结论：_____________________

四、分析讨论

（1）举例说明自然界中普遍存在的雄配子多于雌配子的现象，分析该现象在生物繁殖过程中的意义。

（2）将每个小组的实验结果与全班总的实验结果作比较，有什么发现？如果孟德尔当时只统计10株豌豆杂交的结果，他还能正确地解释性状分离现象吗？

（3）將模拟实验的结果与孟德尔的杂交实验结果相比较，你认为孟德尔的假说是否合理？为什么？

该实验旨在让学生对分离定律有感性的认识，但对其进行改进之后就有了方便扩展的特点，我在“对自由组合现象的解释”的教学中，就很好的进行了运用。对上述实验步骤（3）进行如下改进：设想每张纸条就是一个将要形成配子的细胞，用笔在纸条水平中线上方竖直中线两侧适当位置分别写上Y和y，代表F1体细胞中分别控制黄色和绿色的遗传因子，在纸条水平中线下方竖直中线两侧适当位置分别写上R和r，代表F1体细胞中分别控制圆粒和皱粒的遗传因子。将纸条沿竖直中线位置撕开，模拟决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，分别进入到不同的配子中，再将撕开后的每张小纸条分别揉成纸团，“形成”配子。A组每人重复6次，B组每人重复4次。特别注意，每次重复时，纸条水平中线下方的R和r的前后位置要互换，保证竖直中线两侧既有YR和yr的组合，也有Yr和yR的组合，模拟决定不同性状的遗传因子自由组合。完成实验，学生认识和理解了“决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合”的过程和意义，得出了雌雄配子随机结合的结合方式有16种，遗传因子的组合形式有9种，性状表现有4种，便实现了对自由组合现象的解释，学生对自由组合定律的实质有了感性体验。

总之，通过改进和扩展设计并实施模拟实验，使学生亲自体验实验过程、采集实验数据，并用归纳和概括的方法证实或得出基因分离定律和自由组合定律的规律，为学生在后面的学习中运用类比推理的方法得出染色体的分配规律打下基础。目的在于更好地按照《普通高中生物学课程标准》（2017年版）的理念，培养学生主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识的能力，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新能力。实现生物学以“核心素养为宗旨”的基本理念，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面发展学生的学科核心素养。