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美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗探析
張純[摘要]著重介紹美國高中生物主流教材《生物·生命的動力》中“自然選擇與等位基因頻率”的實驗過程,并從實驗過程、數(shù)據(jù)分析和實驗素養(yǎng)三個方面分析其特點,試圖給我國高中生物實驗教學(xué)帶來新的啟示。[Key]美國生物教材;自然選擇;基因頻率;實驗[]G633.91[]A[]16746058(2017)32009402一、問題提出“自然選擇對種群基因頻率變化的影響”是我國高中生物人教版教材必修2《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論》一章的重要內(nèi)容。在教材中,創(chuàng)設(shè)了數(shù)字化的問題情境:工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致樹干變黑,不利于淺色樺尺蠖的生存,使得種群中淺色個體(ss))每年減少10%,黑色個體(SS,Ss)每年增加10%。問:第2~10年間,該種群每年的基因型頻率是多少?每年的基因頻率是多少?然后引導(dǎo)學(xué)生通過計算填寫表1。從以往的教學(xué)經(jīng)驗來看,通過案例探究,雖然學(xué)生容易理解這個結(jié)論,但是缺少對自然選擇過程的體驗。下面以美國高中生物主流教材《生物·生命的動力》中“自然選擇與等位基因頻率”網(wǎng)絡(luò)實驗為例,分析美國高中生物模擬實驗教學(xué)的特點,以期我國高中生物教學(xué)帶來新的啟示。二、美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗的過程1.研究背景自然選擇會對特定的表現(xiàn)型產(chǎn)生壓力,導(dǎo)致產(chǎn)生這種表現(xiàn)型的等位基因頻率發(fā)生變化。本次活動中,你將模擬實驗探究鷹捕獵對兔子種群的影響。兔子基因型GG為純合子,表現(xiàn)型為灰色兔毛;Gg為雜合子,表現(xiàn)型也是灰色兔毛;gg是白色兔毛的純合子。2.實驗步驟(1)將數(shù)據(jù)表(表2)復(fù)制到本子上。三、美國高中生物“自然選擇與等位基因頻率”實驗的特色1.過程模擬更直觀由于自然選擇具有微變性和長期性,在生活中很難觀察到,導(dǎo)致學(xué)生對這一過程的理解浮于表面,缺乏感性認(rèn)知作為支撐。用不同顏色的豆子模擬自然選擇的過程,可操作性和趣味性更強(qiáng),而且材料簡單,可以重復(fù)操作。實驗步驟清晰,看似簡單的操作,蘊(yùn)含著豐富的思維推理。去掉25%的灰色兔子和100%的白色兔子,類比自然選擇的過程,讓學(xué)生經(jīng)歷從抽象的自然選擇對兔子毛色的選擇,到具體地去掉雜色豆和白色豆子,再到G和g基因頻率的改變的過程,感悟和理解自然選擇對種群中個體的表現(xiàn)型的直接選擇,導(dǎo)致基因型頻率的改變,最終影響種群基因頻率,有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。2.數(shù)據(jù)分析更全面現(xiàn)代社會,由于電腦、智能手機(jī)的普及,越來越多的人能夠非常方便地接入到互聯(lián)網(wǎng)。利用互聯(lián)網(wǎng)交流數(shù)據(jù),獲取信息也是美國實驗教學(xué)的一個特點。在本實驗中,有明確的網(wǎng)址公布數(shù)據(jù),并要求學(xué)生將自己的數(shù)據(jù)與網(wǎng)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。另外,要求學(xué)生將表格的數(shù)據(jù)繪制成折線圖,讓實驗結(jié)果更清晰。重視數(shù)據(jù)的采集、交流、匯總,有助于引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)踏實的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)結(jié)合作的科學(xué)精神。3.素養(yǎng)培養(yǎng)更專業(yè)本實驗用到了豆子,豆子易滾到地上,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凈”透露出濃濃的人文關(guān)懷。實驗步驟的最后“清潔與整理:將所有材料放回原處”提醒學(xué)生物歸原處,透露出對細(xì)節(jié)的關(guān)注和對基本實驗素養(yǎng)的培養(yǎng)??紤]到不是每個學(xué)生的實驗都是成功的,在交流數(shù)據(jù)之后,教材設(shè)置了誤差分析:將你的數(shù)據(jù)與網(wǎng)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,它們有差別嗎?如果有,差別是怎樣產(chǎn)生的?采集大量的數(shù)據(jù)有什么好處?利用網(wǎng)上的數(shù)據(jù)可能存在什么問題?一系列問題的提出,有助于幫助學(xué)生分析錯誤的原因,讓錯誤成為寶貴的學(xué)習(xí)資源。重視實驗細(xì)節(jié),關(guān)注結(jié)果分析,有助于訓(xùn)練學(xué)生的邏輯推理能力。[參考文獻(xiàn)][1]奧爾頓·比格斯.生物·生命的動力[M].廖蘇梅,曾立,等,譯.杭州:浙江教育出版社,2008.[2]劉學(xué)廷.美國高中教材《生物·生命的動力》網(wǎng)絡(luò)生物實驗研究[J].中學(xué)生物學(xué),2
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