性状分离比的模拟实验的改进

性状分离比的模拟实验的改进

曹晶晶 向铭 禹含霖

怀化市湖天中学

邮编：418000

摘要：性状分离比的模拟实验选自必修二《遗传与进化》模块第1章第1节，该模拟实验旨在帮助学生形象地理解成对的遗传因子在形成配子时发生分离，受精时雌雄配子随机结合以及不同遗传因子之间的比例关系，让学生在体验孟德尔假说的基础上，领悟分离定律的实质。但教材上给的实验方案存在操作繁琐、声音大、耗时长等诸多问题，因此本文在原有的基础上进行创新，以期实现该实验在课堂上落地生根的目的。

关键词：模拟实验；性状分离比；改进

一、教材中模拟实验的不足之处

1.1教材用具的不足之处

教材选择两个小桶代表雌雄生殖器官，不同颜色彩球代表雌雄配子。在实际教学中，小桶占据的空间很大，不便于学生集中操作，没办法保证每个学生都参与到模拟实验中。其次，乒乓球的成本较高，且利用率较低，增加了教学费用。

1.2实验装置的不足之处

教材中性状分离比模拟实验的教学装置仅由小桶和彩球构成，该实验装置简单，且实验装置没有密封，容易出现摇晃过程中乒乓球滚落的情况，造成教学事故。

1.3实验操作的不足之处

教材中将不同颜色且数量相等的彩球分别放置在甲、乙两个小桶中，容易让学生误以为雌雄配子的数量是一样的。不同颜色的彩球形态大小是一致的，学生容易出现知识误区，默认自然界中同种生物雌雄个体产生的配子大小和形态是相同的。此外，实际操作中需要摇动两个小桶，使小桶内的彩球充分混合，彩球混合发出的声音较大，不利于教师把控课堂。最后，该实验需要将彩球随机抓取后在放回，不仅延长了实验的时间，也加大了实验误差。学生在抓取彩球时，容易出现挑选彩球的情况，不能保证抓取的随机性[2]。

二、实验的改进

查阅资料发现，很多教师尝试使用彩色玻璃球、硬币代替彩色小球、试图用干净的空矿泉水瓶、有盖的塑料盒模拟雌雄生殖器官[3]，这些改进方式缩小了操作空间，但仍不能省略雌雄配子取出在放回的操作以及学生用手触碰实验材料带来的随机性等一系列问题。本文的改进策略在选择实验材料时充分考虑代表生殖器官的材料和代表配子的材料之间的大小比例关系，帮助学生理解雌雄配子数量和大小的关系；采用圆柱形容器代表雌雄生殖器官，以便将雌雄配子充分混合。

2.1实验材料的改进

针对教材中雌雄配子数量和大小不一致的问题，学生选择用不同颜色不同大小的粘土模拟雌雄配子，粘土具有便宜、可塑性强，凝固后不易变形、颜色鲜艳、可以长期保存等优点。采用市面上售卖的木糖醇口香糖装置模拟雄性生殖器官睾丸和雌性生殖器官卵巢。

图1 超轻粘土模拟雌雄配子            图2 口香糖装置模拟雌雄生殖器官

2.2实验装置的改进

为了解决教材中实验装置开放，摇晃过程中彩球会滚落出来的问题，我们选择了圆柱形的密封容器，在保证彩球不会滚落的基础上又能充分混合雌雄配子。

同时，将超轻粘土模拟的雌雄配子放置在木糖醇口香糖容器中，这样一个容易获取、方便储存和携带的的实验装置就做好了。该装置既确保了配子的随机抽取（一次只抽取一个配子）又有效避免学生挑选彩球的情况，保证抽取配子的随机性，使实验结果更加真实可信。此外，由于超轻粘土体积小，摇晃起来的声音较小，很好的解决了教材中声音大的问题。

2.3实验操作的改进

按照教材上给的实验步骤，学生每次都需要将抓取的彩球放回原来的小桶内，摇匀后在重新抓取，这样繁琐的步骤极大浪费了课堂上的宝贵时间，而且孟德尔遗传实验需要满足观察的子代样本数量足够大的前提条件。抓取放回反复多次操作，容易让学生感觉疲劳，敷衍了事，导致获得的性状分离比的实际值与理论值相差甚远。基于此，我们采用市面上售卖的木糖醇口香糖装置，将制作好的雌雄配子放进装置，每摇晃一次，就会在出口处出现一种颜色的配子，不仅避免了人与装置直接接触，也简化了实验操作步骤。

2.4实验组织形式的改进

教材中安排了两人一组进行模拟实验，一人负责随机抓取小球，一人负责统计，显然这样的分工并不科学，学生很可能因为任务过多无法在规定的时间内完成模拟实验，导致教学进度耽误。因此在改进实验中，我们选择4个人为一个小组，两名同学负责摇晃装置，抓取雌雄配子，学生亲自操作才能领悟教材中强调的随机抓取的重要性。一名同学负责记录数据，一名同学负责对数据进行统计分析，体会运用数学统计方法分析孟德尔杂交实验数据的价值和意义。此外，这种分工模式减少了实验装置的数量，很大程度上节约了模拟实验的成本，也便于老师准备模拟实验的材料。

三、实验过程

3.1材料准备

不同颜色的木糖醇口香糖盒2个，分别标记睾丸和卵巢，标有D和d标签的超轻粘土，体积较大的超轻粘土30个，体积较小的超轻粘土50个，记录用的纸笔。

3.2方法步骤

（1）将体积较大的30个超轻粘土揉成的小圆球放在标记为卵巢的木糖醇口香糖盒中，将体积较小的50个超轻粘土揉成的小圆球放在标记为睾丸的木糖醇口香糖盒中，摇晃，使其混合均匀。

（2）将装置上下移动，通过洞口观察小圆球的颜色，一般一次只有一个小圆球进入洞口，从而很好的模拟雌、雄配子中D和d的分离，并用笔纸记录雌雄配子的类型

（3）重复以上步骤50次，记录实验结果

3.3记录实验结果

按照上表统计各组的实验结果。在模拟实验中需要解决的问题有1、雌配子和雄配子各有几种？2、每种配子的数量是多少？3、计算各种雌配子之间、雄配子之间的数量比。

四、交流讨论

小组在进行模拟实验的时候有可能出现口香糖装置出口处会出现2种小球的情况，这就需要重新操作，能否对口香糖装置中的出口处进行改进，保证配子大小与出口处匹配。

小组操作次数少，很可能没办法得到DD:Dd:dd=1:2:1的实验结论，可以将全班各组的实验数据汇总，也进一步汇总年级数据，将本组的实验结果与全班、全年级的实验结果比较，引导学生分析统计的样本数量与统计结果准确性之间的关系，从而认识到增大统计的样本数量可以减少实验误差，进一步认同数学中的统计方法在生物学中的应用[1]。

五、教学反思

高中生物实验教学在调动学生学习积极性、提高实验教学质量、发展学生核心素养、提升教师专业素质等方面有重要意义。

参考文献

[1]朱正威,赵占良.普通高中课程标准实验教科书:生物:必修二遗传与进化[M].北京:人民教育出版社,2019:6.

[2]朱斌良,左立波.“性状分离比的模拟实验”的改进[J].试题与研究,2020(5):38.