祝燕飛 （江蘇省奔牛高級中學(xué) 江蘇常州 213139）

“孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）”是人教版高中生物《遺傳與進(jìn)化》第1章第1節(jié)的內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)習(xí)遺傳規(guī)律的基礎(chǔ)，教學(xué)難點(diǎn)是對分離現(xiàn)象的解釋，但由于遺傳因子難以觀察，遺傳因子的成對存在、分離與組合，以及后代的數(shù)量比例對學(xué)生而言太過抽象，難以理解[1]。遺傳模擬實(shí)驗(yàn)將抽象的遺傳因子實(shí)物化，模擬遺傳因子的分離及雌、雄配子的隨機(jī)結(jié)合，得出后代的性狀與比例，能使學(xué)生更好地體驗(yàn)與理解分離定律，提升學(xué)生深入學(xué)習(xí)概念時(shí)的參與感。

通過教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)教材中設(shè)計(jì)的“性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)”有一定的局限性，因此，自制教具改進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)，并對改進(jìn)前、后的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行了對比分析（表1）。

表1 “性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)”改進(jìn)前、后對比

1 制作材料

50 mL錐形瓶、錐形瓶橡膠塞、透明塑料管（透明珍珠奶茶吸管，直徑11 mm）、黑色油性筆標(biāo)記D的黃豆、紅色油性筆標(biāo)記d的黃豆、剪刀、透明膠帶、保鮮膜。

2 制作過程

1）錐形瓶橡膠塞打孔，孔徑11 mm左右；2）將透明吸管（長約3 cm）固定在打孔的橡膠塞上，使其一端與錐形瓶內(nèi)聯(lián)通，另一端預(yù)留約1顆黃豆的空間，讓學(xué)生能觀察到黃豆上標(biāo)識的字母；3）透明吸管的另一端用透明薄膜封口；4）取一個(gè)錐形瓶，瓶體標(biāo)記“♀”，模擬母本生殖器官，“♀”錐形瓶中放入5顆標(biāo)記D的黃豆模擬D雌配子，5顆標(biāo)記d的黃豆模擬d雌配子；5）另一個(gè)錐形瓶瓶體標(biāo)記“♂”，模擬父本生殖器官，在瓶內(nèi)放入20顆標(biāo)記D的黃豆模擬D雄配子，20顆標(biāo)記d的黃豆模擬d雄配子；6）蓋上制作好的帶有透明吸管的橡膠塞。

3 改進(jìn)后教具在教學(xué)過程中的應(yīng)用

應(yīng)用1：模擬遺傳因子的分離、配子的隨機(jī)組合，得出F2基因型、表型及比例。

1）2人一組進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，2位學(xué)生分別將♀、♂錐形瓶中黃豆搖勻，將裝置朝下倒立，觀察并報(bào)出黃豆上的標(biāo)記字母，其中一個(gè)學(xué)生同時(shí)負(fù)責(zé)記錄字母組合（圖1）；2）將裝置回正，使進(jìn)入吸管中的黃豆退回小瓶，搖勻后再朝下倒立，觀察并記錄字母組合，重復(fù)上述步驟，共記錄15次，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果交給教師；3）教師用Excel表格實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)全班各小組模擬雌、雄配子隨機(jī)結(jié)合的結(jié)果并展示。

圖1 教具使用示意圖

教師統(tǒng)計(jì)并展示各小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)各小組所統(tǒng)計(jì)的性狀分離比不是“3∶1”，而且沒有規(guī)律可循，與他們的預(yù)期不符，因此產(chǎn)生認(rèn)知沖突。教師通過Excel求和計(jì)算，將全班的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相加，實(shí)時(shí)得出F2基因型及比例為DD∶Dd∶dd=112∶213∶95，表型及比例為高莖:矮莖=3.42∶1，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生認(rèn)為并不能說明F2性狀分離比為3∶1。教師進(jìn)一步展示其他4個(gè)班級的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過Excel求和計(jì)算得出DD:Dd:dd=512∶1 058∶530，性狀分離比為2.96∶1，約為3∶1。學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與理論值具有一定的偏差，但不能確定這種偏差究竟是屬于實(shí)驗(yàn)誤差造成的，還是真實(shí)的差異。此時(shí)，教師向?qū)W生簡單地介紹遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中通常用χ2檢驗(yàn)進(jìn)行判斷，χ2=S（實(shí)測值-理論值）2/理論值，根據(jù)χ2檢驗(yàn)表查出P值，即實(shí)測值與理論值差異發(fā)生的概率。在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中，P＞0.05，說明實(shí)測值與理論值“差異不顯著”。教師提前在Excel中錄入公式，最終計(jì)算得出χ2值，查表得出P＞0.05，說明2.96∶1與3∶1無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

通過3次數(shù)據(jù)處理與展示，學(xué)生可深刻地體會到3∶1的性狀分離比是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的，并且有科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算方法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通常情況下，F(xiàn)2代統(tǒng)計(jì)的樣本量越小，實(shí)驗(yàn)誤差越大，越可能偏離“3∶1”分離比。這時(shí)才達(dá)到概率統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)的要求，才能讓學(xué)生真正地理解運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

應(yīng)用2：模擬測交實(shí)驗(yàn)，得出測交后代的性狀分離比。

教師提供模擬“dd”植株產(chǎn)生的“d配子”的教具，學(xué)生在完成測交實(shí)驗(yàn)的演繹推理后，通過模擬實(shí)驗(yàn)完成測交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程。該過程可使學(xué)生更深刻地理解“演繹推理”和“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的區(qū)別。

應(yīng)用3：設(shè)置對比實(shí)驗(yàn)，突破分離定律的核心要點(diǎn)。

全班分為28個(gè)小組，1～14組的2個(gè)錐形瓶中D∶d=1∶1；15～28組的2個(gè)錐形瓶中D:d=2∶1。學(xué)生統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，D:d=1∶1時(shí)，后代性狀分離比接近于3∶1；D∶d=2∶1時(shí)，后代性狀分離比接近于8∶1。通過模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生進(jìn)一步理解F2性狀分離比為“3∶1”的原因：在形成配子的過程中，成對的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子。

4 總結(jié)與建議

在教學(xué)中，很多教師認(rèn)為性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)操作簡單，沒有思維深度。同時(shí)，由于教具準(zhǔn)備繁瑣、課時(shí)緊張等諸多因素影響導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)開出率很低。改進(jìn)后的教具制作簡單、可重復(fù)使用，極大減輕教師準(zhǔn)備教具的負(fù)擔(dān)；改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)流程，減少了模擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中所占的時(shí)間，不影響教學(xué)進(jìn)度；在對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理中，學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行熱烈的討論、質(zhì)疑，教師實(shí)時(shí)評價(jià)，分析原因，可順利突破教學(xué)難點(diǎn)；學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的過程中，充分體會了小組合作、實(shí)驗(yàn)分析的樂趣，加深了對分離定律的理解，并且能深刻體會科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。