美国高中生物“自然选择与等位基因频率”实验探析

张纯

[摘 要]着重介绍美国高中生物主流教材《生物·生命的动力》中“自然选择与等位基因频率”的实验过程，并从实验过程、数据分析和实验素养三个方面分析其特点，试图给我国高中生物实验教学带来新的启示。

[关键词]美国生物教材；自然选择；基因频率；实验

[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2017）32009402

一、问题提出

“自然选择对种群基因频率变化的影响”是我国高中生物人教版教材必修2《现代生物进化理论》一章的重要内容。在教材中，创设了数字化的问题情境：工业发展导致树干变黑，不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体（ss））每年减少10%，黑色个体（SS，Ss）每年增加10%。问：第2～10年间，该种群每年的基因型频率是多少？每年的基因频率是多少？然后引导学生通过计算填写表1。

从以往的教学经验来看，通过案例探究，虽然学生容易理解这个结论，但是缺少对自然选择过程的体验。下面以美国高中生物主流教材《生物·生命的动力》中“自然选择与等位基因频率”网络实验为例，分析美国高中生物模拟实验教学的特点，以期我国高中生物教学带来新的启示。

二、美国高中生物“自然选择与等位基因频率”实验的过程

1.研究背景

自然选择会对特定的表现型产生压力，导致产生这种表现型的等位基因频率发生变化。本次活动中，你将模拟实验探究鹰捕猎对兔子种群的影响。兔子基因型GG为纯合子，表现型为灰色兔毛；Gg为杂合子，表现型也是灰色兔毛；gg是白色兔毛的纯合子。

2.实验步骤

（1）将数据表（表2）复制到本子上。

三、美国高中生物“自然选择与等位基因频率”实验的特色

1.过程模拟更直观

由于自然选择具有微变性和长期性，在生活中很难观察到，导致学生对这一过程的理解浮于表面，缺乏感性认知作为支撑。用不同颜色的豆子模拟自然选择的过程，可操作性和趣味性更强，而且材料简单，可以重复操作。

实验步骤清晰，看似简单的操作，蕴含着丰富的思维推理。去掉25%的灰色兔子和100%的白色兔子，类比自然选择的过程，让学生经历从抽象的自然选择对兔子毛色的选择，到具体地去掉杂色豆和白色豆子，再到G和g基因频率的改变的过程，感悟和理解自然选择对种群中个体的表现型的直接选择，导致基因型频率的改变，最终影响种群基因频率，有助于培养学生的科学思维方法。

2.数据分析更全面

现代社会，由于电脑、智能手机的普及，越来越多的人能够非常方便地接入到互联网。利用互联网交流数据，获取信息也是美国实验教学的一个特点。在本实验中，有明确的网址公布数据，并要求学生将自己的数据与网上的数据进行比较。另外，要求学生将表格的数据绘制成折线图，让实验结果更清晰。重视数据的采集、交流、汇总，有助于引导学生养成实事求是、严谨踏实的科学态度和团结合作的科学精神。

3.素养培养更专业

本实验用到了豆子，豆子易滚到地上，如果有人踩到容易摔跤，教材中“安全警示注意：散落到地上的豆要立即清理干净”透露出浓浓的人文关怀。实验步骤的最后“清洁与整理：将所有材料放回原处”提醒学生物归原处，透露出对细节的关注和对基本实验素养的培养。

考虑到不是每个学生的实验都是成功的，在交流數据之后，教材设置了误差分析：将你的数据与网上的数据进行比较，它们有差别吗？如果有，差别是怎样产生的？采集大量的数据有什么好处？利用网上的数据可能存在什么问题？一系列问题的提出，有助于帮助学生分析错误的原因，让错误成为宝贵的学习资源。重视实验细节，关注结果分析，有助于训练学生的逻辑推理能力。

[ 参 考 文 献 ]

[1]奥尔顿·比格斯.生物·生命的动力[M].廖苏梅，曾立，等，译.杭州：浙江教育出版社，2008.

[2]刘学廷.美国高中教材《生物·生命的动力》网络生物实验研究[J].中学生物学，2016，32（3）.

[3]蒋晨康.中美高中生物教材“叶绿素提取和分离”实验的比较研究[J].中学生物学，2016，32（11）.

（责任编辑 黄春香）