性狀分離比的模擬試驗的拓展策略

1、性狀分離比的模擬實驗的拓展策略刁宏垠（東莞市東莞中學523001）內(nèi)容摘要：本文通過7個色球?qū)嶒災(zāi)M孟德爾遺傳定律的研究過程，改變課本中實驗十三的安排 時間和地位，變驗證性實驗為探究性實驗，在短時間內(nèi)引導學生學習運用數(shù)學統(tǒng)計原理研究問題的 方法，模擬探究基因分離定律和基因自由組合定律。從此實驗的教學價值拓展啟發(fā)中，提出3條拓展課本實驗的基本策略，擴展教材教學資源開發(fā)的思路。關(guān)鍵詞：色球?qū)嶒灲虒W價值教材教學資源人民教育出版社出版的全日制普通高級中學教科書（試驗修訂本？必修）生物第二冊P22實驗十三性狀分離比的模擬實驗很好地引導學生理解孟德爾的豌豆雜交試驗出現(xiàn)的分離現(xiàn)象的 內(nèi)在遺傳因子變化規(guī)律。筆

2、者通過學習和思考，感覺此實驗的教學價值很大。以往在傳授遺傳的基本規(guī)律 章節(jié)內(nèi)容 時，始終感覺到不管老師如何改進常規(guī)教學， 老師主導傳授知識過程而學生被動接受知識的特點很 明顯。在使用高二生物新教材此實驗時，被此具體形象、引導學生利用數(shù)學知識分析理解抽象知識 的實驗設(shè)計吸引了。但是為什么編著者將此實驗放在輔助解釋孟德爾豌豆雜交試驗出現(xiàn)的分離現(xiàn)象 的地位上呢？筆者嘗試變更其安排時間和地位，將此實驗調(diào)到介紹孟德爾雜交試驗前面， 模擬各種交配方式下的基因分離（或基因的自由組合）和隨機結(jié)合與生物性狀之間的數(shù)量關(guān)系， 彌補不能在 短時間內(nèi)重復孟德爾雜交試驗的遺憾。 由丁學生已經(jīng)學習了減數(shù)分裂、受精作用，也

3、認識了基因與 性狀之間的相互關(guān)系，對同源染色體上的相同基因、等位基因或者非同源染色體上的非等位基因有 了初步了解。至丁同源染色體上的相同基因、等位基因或者非同源染色體上的非等位基因在減數(shù)分 裂、受精作用過程中分離、組合情況，就是學生需要探究的，也是孟德爾遺傳規(guī)律本質(zhì)所在。1性狀分離比的模擬實驗的拓展（以下拓展實驗統(tǒng)稱色球?qū)嶒灒?.1色球?qū)嶒災(zāi)M研究一對同源染色體上相同基因或者等位基因的分離和隨機結(jié)合與生物性狀之 間的數(shù)量關(guān)系。此步驟為下面實驗的共同步驟（第一步驟），在5個紙袋上分別標明：袋1,母本；袋2,父本； 袋3,子代；袋4,黃色小球；袋5,綠色小球。標記為“ D”的黃色小球40個，放在袋

4、4中；標 記為“d”的綠色小球40個，放在袋5中。（黃色小球、綠色小球可以分別用黃豆、宵豆替代）。此 實驗中黃色對綠色為顯性，只要有“ D”就記為黃色，只有“ dd”才記為綠色。實驗過程中使用的記錄表（如下）格式基本相同，只是編號不同，記錄表編號對應(yīng)實驗編號。性狀分離比的模擬實驗記錄表編號:次數(shù)袋1中取出的基因（母本）1袋2中取出的基因（父本）子代的基因組合子代的顏色判斷123101.1.1模擬兩個相同的純合親本的雜交（DD X DD、dd X dd）取標記為“ D”的黃色小球40個，放在袋1、2中，各20個；分別攪拌袋內(nèi)小球，分別從兩 個袋內(nèi)隨機取出一個小球，放在袋 3內(nèi)；記錄從袋1、袋2中

5、隨機取出的小球的標記和袋 3中小球 的組合情況，填寫在記錄表中。重復實驗 10次。取標記為“d”的綠色小球40個，放在袋1、2中，各20個；分別攪拌袋內(nèi)小球，分別從兩個 袋內(nèi)隨機取出一個小球，放在袋 3內(nèi)；記錄從袋1、袋2中隨機取出的小球的標記和袋 3中小球的 組合情況，填寫在記錄表中。重復實驗 10次。1.1.2模擬兩個不同的純合親本的雜交（DD X dd）取標記為“ D”的黃色小球20個，放在袋1中；取標記為“ d”的綠色小球20個，放在袋2 中；分別攪拌袋內(nèi)小球，分別從兩個袋內(nèi)隨機取出一個小球，放在袋 3內(nèi)；記錄從袋1、袋2中隨 機取出的小球的標記和袋3中小球的組合情況，填寫在記錄表中。

6、重復實驗 10次。1.1.3模擬純合親本與雜合親本的雜交（dd X Dd、DD X Dd ）取標記為“ d”的綠色小球20個，放在袋1中；將實驗1.1.2的袋3中20個小球放到袋2中。 分別攪拌袋內(nèi)小球，分別從兩個袋內(nèi)隨機取出一個小球，放在袋 3內(nèi)；記錄從袋1、袋2中隨機取 出的小球的標記和袋3中小球的組合情況，填寫在記錄表中。重復實驗 10次。取標記為“ D”的黃色小球20個，放在袋1中；重復實驗1.1.2,將實驗1.1.2的袋3中20個 小球放到袋2中。分別攪拌袋內(nèi)小球，分別從兩個袋內(nèi)隨機取出一個小球，放在袋3內(nèi)；記錄從袋1、袋2中隨機取出的小球的標記和袋 3中小球的組合情況，填寫在記錄表

7、中。重復實驗10次。1.1.4模擬兩個雜合親本的雜交（ Dd X Dd）重復實驗1.1.2,將實驗1.1.2的袋3中20個小球放到袋1中。重復實驗1.1.2,將實驗1.1.2的袋3中20個小球放到袋2中。分別攪拌袋內(nèi)小球，分別從兩個袋內(nèi)隨機取出一個小球，放在袋3內(nèi)；記錄從袋1、袋2中隨機取出的小球的標記和袋3中小球的組合情況，填寫在記錄表中。重復實驗10次。1.2色球?qū)嶒災(zāi)M研究兩對同源染色體上等位基因或相同基因的分離與兩對非同源染色體上的非 等位基因自由組合，形成配子并通過受精作用隨機結(jié)合情況與生物性狀之間的數(shù)量關(guān)系。此步驟為下面實驗的共同步驟（第一步驟），在7個紙袋上分別標明：袋1,母本；

8、袋2,父本； 袋3,子I代；袋4,子I代；袋5,子皿代；標記為“ B”的無色圓滑大球10個，標記為“D”的 黃色小球10個，放在袋6中；標記為“ b”的無色粗糙大球10個，標記為“ d”的綠色小球10個， 放在袋7中。本實驗中，“B”圓滑對“ b”粗糙為顯性，“D”黃色對“d”綠色為顯性。實驗過程中使用的記錄表（如下）格式基本相同，只是編號不同，記錄表編號對應(yīng)實驗編號。性狀分離比的模擬實驗記錄表編號:次數(shù)袋1中取出的基因（母本）袋2中取出的基因（父本）子I代的基因組合子II代的基因組合123.101.2.1模擬孟德爾研究兩對相對性狀的雜交實驗（ BBDD X bbdd BbDd）從袋6取標記為

9、“ B”的無色圓滑大球2個，標記為“ D”的黃色小球2個，放在袋1中；從 袋7取標記為“ b”的無色粗糙大球2個，標記為“ d”的綠色小球2個，放在袋2中。從袋1中各取1個大球、小球，放在袋3內(nèi)；從袋2中各取1個大球、小球，放在袋3內(nèi)；記 錄從袋1、袋2中隨機取出的小球的標記和袋 3中小球的組合情況，填寫在記錄表中。重復以上2步驟，其中的袋3改為袋4。從袋3中各取1個大球、小球，放在袋5內(nèi)；從袋4 中各取1個大球、小球，放在袋5內(nèi)；記錄從袋3、袋4中隨機取出的小球的標記和袋 5中小球的 組合情況，填寫在記錄表中。重復實驗10次。1.2.2模擬孟德爾研究兩對相對性狀的測交實驗（ BbDd X b

10、bdd）從袋6取標記為“ B”的無色圓滑大球1個，標記為“ D”的黃色小球1個，放在袋1中；從 袋7取標記為“ b”的無色粗糙大球1個，標記為“d”的綠色小球1個，放在袋1中。從袋7取標 記為“b”的無色粗糙大球2個，標記為“ d”的綠色小球2個，放在袋2中。從袋1中各取1個大球、小球，放在袋3內(nèi)；從袋2中各取1個大球、小球，放在袋3內(nèi)；記 錄從袋1、袋2中隨機取出的小球的標記和袋 3中小球的組合情況，填寫在記錄表中。重復實驗10次。1.2.3模擬孟德爾研究兩對相對性狀的雙雜交實驗（Bbdd X bbDd）從袋6取標記為“ B”的無色圓滑大球1個，從袋7取標記為“ b”的無色粗糙大球1個，從

11、袋7取標記為“ d”的綠色小球2個，放在袋1中；從袋7取標記為“ b”的無色粗糙大球2個，從 袋6取標記為“ D”的黃色小球1個，從袋7取標記為“ d”的綠色小球1個，放在袋2中。從袋1中各取1個大球、小球，放在袋3內(nèi)；從袋2中各取1個大球、小球，放在袋3內(nèi)；記 錄從袋1、袋2中隨機取出的小球的標記和袋 3中小球的組合情況，填寫在記錄表中。重復實驗10次。2色球?qū)嶒灥臄?shù)據(jù)統(tǒng)計分析2.1減小實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計誤差的方法由丁拓展開來的實驗較多，學生可能不能專心去做。提倡23人的合作學習，1人取球，1人記錄，1人監(jiān)督?？梢怨膭蠲拷M實驗次數(shù)比 10次更多。學生可以選取其中的實驗當時就統(tǒng)計、分 析數(shù)據(jù)，研究當

12、實驗次數(shù)不斷增多，其中的規(guī)律顯現(xiàn)的是否更明顯。當不同小組出現(xiàn)的分離比例有 差別時，應(yīng)該多鼓勵學生自己分析原因。各組分別統(tǒng)計各個實驗的數(shù)據(jù)，由丁實驗次數(shù)相對較少， 各個實驗數(shù)據(jù)反應(yīng)的關(guān)系（數(shù)據(jù)比例） 差別比較大。引導學生分析其中的原因。既然各個合作學習 小組的實驗是相同的，根據(jù)數(shù)學知識，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計時樣本數(shù)量越大，數(shù)據(jù)所反應(yīng)的規(guī)律性問題越準 確，就引導學生將全班同學的各組實驗數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計在同一組，增大統(tǒng)計樣本數(shù)量，減小誤差。2.2分析數(shù)據(jù)中體現(xiàn)的規(guī)律分別統(tǒng)計各組實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)各組實驗規(guī)定的顯、隱性關(guān)系以及各標號組成推測內(nèi)在關(guān)系。1.1.1模擬兩個相同的純合親本的雜交（DD X DD、dd X dd

13、）的實驗數(shù)據(jù)表明兩個相同的純合 親本的雜交后代標記組成、性狀與上一代完全相同，沒有分離情況。1.1.2模擬兩個不同的純合親本的雜交（DD X dd）的實驗數(shù)據(jù)表明兩個不同的純合親本的雜交后代的標記組成都為Dd,性狀為“D”控制的黃色，沒有分離情況。1.1.3模擬純合親本與雜合親本的雜交（dd X Dd、DD X Dd ） 的實驗數(shù)據(jù)表明，dd X Dd后代出現(xiàn)兩種標記組成 Dd、dd,比例為1:1,后代出現(xiàn)分離，比例為 1: 1;而DD X Dd后代不出現(xiàn)分離，后代標記組成中至少含有一個“D 1.1.4模擬兩個雜合親本的雜交（Dd X Dd ）實驗數(shù)據(jù)表明后代出現(xiàn)三種標記組成 DD: Dd、d

14、d,比例為1: 2: 1,后 代出現(xiàn)分離，比例為3: 1。將全班同學的各組實驗數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計在同一組。1.2.1模擬孟德爾研究兩對相對性狀的雜交實驗 （BBDD X bbdd BbDd ）的實驗數(shù)據(jù)表明子I代全部為 BbDd的組成，不出現(xiàn)分離；子皿代出現(xiàn)9種標記組合；后代出現(xiàn)分離，按照相關(guān)規(guī)定得出4種組合，計算其比例為9: 3: 3:1。引導學生利用棋盤分析法分析內(nèi)在規(guī)律。1.2.2模擬孟德爾研究兩對相對性狀測交實驗 （BbDd X bbdd 的實驗數(shù)據(jù)表明子代出現(xiàn) 4種標記組合，比例為1： 1： 1： 1。1.2.3模擬孟德爾研究兩對相對性狀雙雜交實驗 （Bbdd X bbDd ）子代出現(xiàn)4種

15、標記組合，比例為1:1： 1： 1。3預(yù)測孟德爾的豌豆雜交試驗的結(jié)果3.1對比色球?qū)嶒炁c孟德爾的豌豆雜交試驗1.1.11.1.4的實驗數(shù)據(jù)可以在學習孟德爾基因分離定律前利用，1.2.11.2.3的實驗數(shù)據(jù)可以到學習孟德爾基因自由組合定律時再利用，充分安排好時間，利用好作為探究性實驗的好素材。一對同源染色體上的相同位置存在相同基因或者等位基因。 在減數(shù)分裂過程中相同基因或者等 位基因會隨著同源染色體分離而分離，進入到不同的雌配子（雄配子）中。而雌配子與雄配子在一對一的受精作用過程中，隨機結(jié)合乂組成新的基因組合。而基因控制著蛋白質(zhì)的合成，與生物性狀 之間存在著必然的決定關(guān)系和相應(yīng)的數(shù)量關(guān)系。在減數(shù)

16、分裂過程中，兩對同源染色體上各自的等位基因或相同基因的分離，而且兩對非同源染色體上的非等位基因自由組合，形成不同雌配子（雄配子）并存在特定的數(shù)量關(guān)系。通過受精作用隨機結(jié)合形成的后代基因組成關(guān)系及其比例與生物性狀 之間同樣也存在必然的決定關(guān)系和數(shù)量關(guān)系。色球?qū)嶒炛?，?為母本、袋2為父本、袋3為子I代、袋4為子I代、袋5為子II代。球從 哪里“拿出”，“放入”至U哪袋，進出關(guān)系十分明確。其中的分別代表同一特點的色球一定有2個,色球上的標記要么完全相同要么大小寫不同。完全相同的色球代表相同基因，大小寫不同的色球代表等位基因，不同的字母代表不同的非等位基因。假如把色球“拿的過程”看作減數(shù)分裂的過程，

17、 “放的過程”看作受精作用的過程，此 2個實驗從本質(zhì)上看是相通的，是可以模擬、替代的。3.2猜想孟德爾的豌豆雜交試驗的結(jié)果除了不能模擬減數(shù)分裂的詳細過程外，色球?qū)嶒炁c孟德爾的豌豆雜交試驗的本質(zhì)可以看作是一 致的。既然如此，在探究色球?qū)嶒灮A(chǔ)上， 讓學生先推測孟德爾遺傳定律的可能。再將孟德爾的實 驗數(shù)據(jù)給學生，讓學生結(jié)合減數(shù)分裂、受精作用的過程研究其中的遺傳規(guī)律。 猜想等位基因分離如 Dd X Dd的子代基因組成為DD: Dd、dd,比例為1: 2: 1,后代出現(xiàn)性狀分離，比例為 3: 1。 猜想基因自由組合如 BBDD X bbdd BbDd 的子皿代出現(xiàn)9種基因組合；后代出現(xiàn)性狀分離，按照相

18、關(guān)規(guī)定得出4種性狀組合，計算其比例為9: 3: 3: 1。后根據(jù)減數(shù)分裂和受精作 用過程特點推演 Dd X Dd、BBDD X bbdd BbDd 的基因傳遞情況，通過數(shù)學計算驗證猜想的正確性。然后引導學生再從孟德爾試驗角度學習一次，效果會很好。4對新教材中教學資源開發(fā)的基本思路4.1變驗證實驗結(jié)論為探究實驗過程改變性狀分離比的模擬實驗的拓展實驗的安排地位，將此實驗調(diào)到介紹孟德爾雜交試驗前 面，變驗證實驗為探究實驗。學生可以從合作學習、挑戰(zhàn)難題過程中，帶著濃厚的興趣去探索到其 中的規(guī)律，能很好地理解孟德爾試驗成功的關(guān)鍵點在丁先將問題簡單化一一先針對一對相對性狀的 傳遞情況進行研究，再研究兩對相

19、對性狀的傳遞情況； 而且孟德爾在進行豌豆雜交試驗時， 對不同 世代出現(xiàn)的不同性狀的個體數(shù)目進行記錄、分析，并很好地利用了統(tǒng)計學方法研究實驗數(shù)據(jù)， 而不是憑空的想象。在探究實驗過程中，學生可以真正在減數(shù)分裂、受精作用、基因與生物性狀關(guān)系、 同源染色體、等位基因、非同源染色體上的非等位基因等基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上猜想、探求未知，并能調(diào)用數(shù)學知識參與到合作學習的過程中來。如此改進和拓展此實驗，可以很好地激發(fā)學生求知的欲 望，培養(yǎng)學生尋找問題實質(zhì)提出正確解決問題的能力，其教學價值增值了許多。在高中生物的實驗中，可以做如此處理的還有探索生物組織中不同種類糖的還原性、探索 不同溫度對酶活性影響的變化曲線、探索不

20、同PH對酶活性影響的變化曲線、探索植物細胞 濃度、探索不同濃度生長素對植物生長的影響、探索不同濃度甲狀腺激素對蝌蚪發(fā)育的影 響、探索各種影響蝌蚪發(fā)育的因素、探索DNA分子組成方式和空間結(jié)構(gòu)、探索某種鳥類種 群變化規(guī)律、探索酸雨或香煙浸出液對植物生長的影響、探索微生物生長的影響因素等等。4.2變單一學科知識的探索為綜合學科知識的整體學習一般課本上實驗的目的很明確，指向性單一。而本實驗的拓展，基本原理就出自課本。但是變 更實驗安排的地位，實驗本身所起的教學價值就發(fā)生了很大的改變。 由于沒有走利用課本編排來教 學的老路，就需要學生在很好的合作學習基礎(chǔ)上，調(diào)用大量的數(shù)學統(tǒng)計知識來分析數(shù)據(jù)尋找其中的 關(guān)

21、系，去對比分析色球“拿的過程”、“放的過程”與孟德爾遺傳因子傳遞之間的相似性，找尋出合 理的猜想。在研究不同溫度對酶活性影響 的實驗中，課本只是安排了 3個不同的溫度條件的實 驗就得出相關(guān)拋物線曲線來。其實從數(shù)學角度來看，是不能得出此曲線的，至少再增加2個不同溫 度條件下測得的酶活性情況，才能在坐標系中描出5個點才能得出課本上的曲線圖。在此實驗過程 中就要改進實驗，才能既訓練學生基本實驗技能，乂培養(yǎng)運用數(shù)學知識科學地得出結(jié)論來。 在葉綠體中色素的提取和分離實驗中，按部就班完全可以做成功實驗，但是此實驗的教學價值就小多 了。假如變更色素提取液為乙醇、乙酰，假如變更層析液為乙醇、丙酮，色素在不同的有機溶劑的 溶解度、擴散速度一樣嗎？這樣就把化學知識融到生物實驗當中了。在研究某老鼠種群密度變化時，利用數(shù)學歸納法理論上推算老鼠種群數(shù)量變化并畫出相關(guān)曲線，而用“標志重捕法”和坐標系法相結(jié)合測算老鼠種群數(shù)量變化并畫出相關(guān)曲線，會發(fā)現(xiàn)前者呈“ J”型，而后者呈“S”，從中就可以 引導學生尋找可疑之處，并啟發(fā)學生做出合理的解釋（環(huán)境容量的限制）。4.3變單一實驗操作為實驗整體方法的學習新教材在重視基礎(chǔ)知識、基本原理、基本技能的基礎(chǔ)上，