《性状分离比的模拟》实验材料的优化及实验拓展

广东

生物学科教学过程中应该注重实践，强调学生学习过程的参与度。教师在教学中可以灵活设计探究问题，通过探究性活动，培养创新精神。如人教版必修2第1章第1节第6页实验《性状分离比的模拟》设计简单，可行性强，其中的小球也可以用乒乓球代替。但是作为分组实验，在布置相关任务时，许多学生反映小球所需数量较多，实验室里没有，能否用其他材料替代？

基于此，笔者布置了课外探究：在网络上查找相关资料或自己思考，是否有较好的替代材料？是否可以对该实验内容进一步拓展？

1. 替代材料的选择

通过对探究资料汇总，选择了4种物品替代乒乓球作为实验材料。同时笔者在所教班级利用所选物品分组进行实验，并分析结果。

1.1 用抛硬币的方法模拟，正面或反面朝上代表不同配子。该方法来自于网络。优点：易于操作、操作快速。缺点：由于每组用一个硬币模拟，与教材实验中每桶不同颜色的彩球各20个不相符，对实验结果的可信度造成明显的干扰。而如果一次性抛出20枚硬币进行统计，又与教材设计实验程序不符。

1.2 用不同颜色的粉笔头代替彩色小球，该方法由学生思考得到。优点：材料易得，操作简便。缺点：很难让粉笔头大小形状一致，且操作过程不够卫生。

1.3 用教室黑板上固定挂图的彩色塑料磁块代替小球（该材料价格便宜，一瓶50粒装，网购价格不到十元），该方法在汇总评价时由学生提出，当时并没有反对意见，所以笔者顺势布置课下分组尝试（如表1）。

表1

结果：5个教学班30组结果中，27组均无法统计出1∶2∶1（3∶1）的分离比。

结果分析 ：1.磁块数量太少，影响了抓取的随机性；2.抓取次数较少引起的误差偏大；3.透明袋或桶造成学生在抓取时会下意识地按自己喜好选择性抓取导致较大偏差。

归纳使用彩色磁块的主要缺点： 磁块之间存在吸引或排斥作用，在抓取时对随机性影响较大。

对个别材料（如彩色磁块）的针对性改进和再实验：用彩色磁块（去除磁性部分）代表配子，其中绿色代表D，黄色代表d，重复模拟上述分组实验，结果：第1组偏差最大；第6组统计数据处理后比值最接近1∶2∶1（3∶1）。

结论：通过以上针对性改进和再实验，可以确定影响上述1.3实验结果的主要干扰因素是磁块间的作用。

通过对上述各种替代方案的比较分析和再思考，师生最终达成共识：用围棋子作为替代材料是较为恰当的选择。

2. 模拟实验材料的拓展应用

虽然使用彩色磁块模拟配子的分组实验未达到预期效果，但经过学生讨论发现，这一材料可以用于演示或模拟如下知识内容：

2.1 用绿色磁块代表绿色豌豆，黄色磁块代表黄色豌豆，直观展示孟德尔一对相对性状的豌豆自交、杂交、测交实验过程。

2.2 用大小不同的彩色磁块代表非同源染色体，用颜色区分其来源（父方或母方），模拟有丝分裂、减数分裂过程中染色体的行为特点。

2.3 用绿色（或黄色）磁块代表未标记的个体，用黄色（或绿色）磁块代表被标记的个体，模拟标志重捕法的调查过程。（注：该模拟材料选择黑白围棋子效果更好）

2.4 用不同颜色的彩色磁块代表不同种类的氨基酸，模拟多肽链的结构特点，说明其结构的多样性的原因。

3. 《性状分离比的模拟》的实验拓展

采用教材提供的实验材料，在孟德尔的豌豆杂交实验范围内，为了从不同的层面提升学生的认识，也可以考虑在课本实验的基础上，提供如下拓展实验环节：

只使用一个塑料桶，内装20只分别标记为D、d的小球各10个（或20只分别标记为AB、Ab、aB、ab的小球各5个），采用教材相关步骤，可以模拟统计亲本在受精作用时提供雌（或雄）配子D（d）的概率是否为D∶d≈1∶1或可以模拟统计亲本在受精作用时提供不同遗传因子组成雌（或雄）配子的概率是否为AB∶Ab∶aB∶ab≈1∶1∶1∶1。

验证性实验通常有明确的实验步骤和预期结果，教学中，师生往往按部就班地进行操作，得到预期结果便完成任务。在处理这一实验时，笔者更加注重激发学生主动思考和探究的积极性。这样安排，在加强学生动手技能的同时，也培养了学生的科学思维和科学探究能力，这也是《课程标准》及高考的关注方向。