“性状分离比的模拟”实验优化与创新

李 军 （广东省佛山市顺德区伦教中学 广东佛山 528300）

生物学是以实验为基础的自然科学，课程标准和社会发展对人的生物学科核心素养的要求，使得师生认识到实验教学的重要性[1]。通过性状分离比模拟实验，使学生在亲身活动中，探讨基因分离定律、配子随机结合与遗传结果的关系，为进一步理解孟德尔豌豆杂交实验奠定基础[2]。教材中的实验还存在一些不足、甚至给学生带来一定的理解误区，故本文对教材实验进行了优化，并在此基础上设置2 对相对性状的自交模拟实验，是教材中没有的实验，实现了实验的创新。

1 教材中实验流程及存在的问题（图1）

图1 教材中性状分离比的模拟

1.1 实验流程

1）在甲、乙2 个小桶中放入2 种彩球各10 个。

2）摇动2 个小桶，使小桶内的彩球充分混合。

3）分别从2 个桶内随机抓取1个小球，组合在一起，记下2 个彩球的字母组合。

4）将抓取的彩球放回原来的小桶内，摇匀，按步骤3 重复做50～100 次[3]。

1.2 存在问题

1）实验装置为“开放式”装置，学生在抓取并统计结果之后，需要经历放回、摇匀、再抓取统计的过程，程序较为繁琐，耗时多。

2）学生在实验操作过程中会直接接触实验小球，甚至能看到2 种颜色的小球，带有主观因素的干扰。

3）2个小桶内的小球数量均为20 个，容易让学生产生误解，误认为雌、雄配子的数量是相等的。

4）教材中只有分离定律的性状分离比模拟实验，相对比较简单，缺乏对学生的思维训练[4]。

2 实验改进：

2.1 分离定律性状分离比模拟实验装置优化（图2）

图2 分离定律性状分离比模拟实验装置优化

1）利用废旧矿泉水瓶，将“开放式装置”改变为“闭合式”装置，学生在完成一次结果统计后，不需要放回，只需倒转晃动一次，即可完成混匀和下次结果的输出过程，操作更快速、简便。

2）小球处于瓶内，学生操作的全过程不会与小球接触，排除主观因素的干扰。

3）将雄配子数量设置为明显多于雌配子，在教学过程中，可明确提示学生雌、雄配子数量并不相等的事实，纠正误区。

2.2 自由组合定律性状分离比模拟实验装置创新（图3）

图3 自由组合定律性状分离比模拟实验装置创新

1）2个小瓶组合在一起分别代表雌性或雄性生殖器官，其中一个瓶中的黑、白色小球，代表Y和y这一对遗传因子，Y和y在减数分裂产生配子时会分离，红色和绿色的小球代表另一对遗传因子R和r，R和r同样在减数分裂时会分离。

2）以雄性生殖器官（精巢）为例，其在产生配子的过程中，成对的遗传因子（黑、白球或红、绿球）会分离，不成对的遗传因子进行自由组合，故其能产生4 种不同类型的精子（图4）。

图4 雌、雄生殖器官所产生的4种不同类型的配子

3）在减数分裂中，成对的遗传因子分离，不成对的遗传因子自由组合，故同一瓶中2 种不同颜色的小球分离，与另一瓶中摇出的小球随机组合，并记录，此组合即为雌、雄个体所产生的配子的基因型（如图5，雄瓶产生YR类型的配子，雌性产生yR类型的配子，受精作用产生F1的基因型为YyRR）。

图5 受精作用中不同基因型配子的随机结合

表1 不同组别F2 基因型及表型结果统计

4）从各组统计的实验结果分析，虽然各组的比例关系不一定符合9∶3∶3∶1 的自由组合定律的性状分离比，但从全班的大数据的结果分析，很好地体现了这一比例，在教学过程中，要强调2点：①科学实验中，无论实验结果是否正确，都需要将结果如实记录；②要获得特定的比例关系，样本的数量应足够大。

3 实验反思

要有层次、分阶段拓展教材实验，教材中为1 对基因分离定律性状分离比的模拟，对学生的思维提升稍显不足，在此基础上优化实验装置，使实验速度更快速便捷。同时，增设了2 对基因符合自由组合定律的性状分离比，通过此实验，让学生对分离定律和自由组合定律的实质有更为直观的认识。此外，本实验中用到的材料环保，取材便利，成本合理，易于推广。同时，也将“教师主导性实验”转变为“学生沉浸式实验”。因此，本实验无论是从实验装置的改进、实验方案的设计、实验结果的评价与分析，都是让学生全程参与，既培养了学生能力，又激发了其学习兴趣。