“性状分离比的模拟实验”改进和拓展
摘要：本文通过分析教材中“性状分离比的模拟实验”存在的不足，对该实验的实验装置、实验分工和流程、实验数据处理、实验拓展延伸四个方面进行改进，挖掘本实验存在的创新点和育人价值，促进实验的高效开展，旨在培养学生的科学思维和科学探究能力。
关键词：性状分离比；模拟实验；实验改进；实验拓展
文章编号：1003-7586（2024）09-0057-03中图分类号：G633.91文献标识码：B
“性状分离比的模拟实验”是人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》（以下简称“教材”）第1章第1节“孟德尔的豌豆杂交实验（一）”的内容，是在学生学习了孟德尔杂交实验中的性状分离现象后开展的模拟实验，也是本专题的第一个实验。本实验中，学生对孟德尔假说进行具体的间接体验，通过实践活动，将抽象、微观的遗传因子分离、配子随机结合与遗传结果的关系直观、清晰地呈现出来，帮助自身深刻理解基因分离定律的实质，同时为学习基因的自由组合定律打下基础。
模拟实验是用相应的模拟装置，并在人为控制研究对象的条件下进行观察，利用相似性原理模仿实际实验的某些条件而进行的实验。在模拟实验中，实际存在的研究对象为“原型”，代替“原型”的相应模拟装置为“模型”。［1］模拟实验教学需要教师合理筛选出与“原型”具有高相似度的“模型”，并从中挖掘其育人价值，这在实际教学过程中具有一定实施难度。
教材中本模拟实验的实验原理为：两个小桶分别代表雌、雄生殖系统，桶内彩球分别代表雌、雄配子；实验者分别从两个小桶中随机抓取一个彩球模拟分离定律，不同彩球的随机结合模拟受精作用过程中雌雄配子的随机结合。
教材中本实验的设计存在以下不足：①实验材料方面，本实验所用的模拟材料为小桶和彩球，采购整个班级所需的小桶和彩球成本较高，材料不适用于教材其他实验，不具备重复使用性；小桶、彩球体积大，需占用较大的实验室储存空间；②科学知识存在误区，教材中未对雌雄配子数量和大小做区分，学生容易形成雌雄配子数量相等、大小一致等错误认知；③难以保证实验结果的随机性，本实验装置开放，实验者能直接从小桶上方看到小桶里面的球，抓球时易受实验者主观性影响；④数据的收集、处理耗时长，容易出现误差；⑤数据的分析过程容易在教学中被忽略。［2］
针对教材中实验设计的以上不足，本文主要从实验装置、实验分工和流程、实验数据处理、实验拓展延伸四个方面对实验进行改进和拓展，以便提高该实验的教学效果，同时培养学生的科学思维和科学探究能力。
1优化实验装置
首先，笔者引导学生分析教材实验，对实验装置进行优化。图1是学生小组合作设计改进并组装的模拟实验装置：①将小桶和彩球改为其他易获取的生活材料；②将雌雄配子的模拟材料在数量和大小上做区分；③将开放性装置改为封闭性装置，保证实验结果的随机性。
各小组将生活废料用于组装本实验装置，促进学生环保意识的形成，培养了学生的社会责任。改进后模拟雌雄生殖系统的材料为：一次性纸杯、塑料罐、饮料瓶、围棋盒、摇奖箱、收纳箱、扭扭蛋、玩具勺、玩具锅。改进后模拟雌雄配子的材料有：小彩珠、跳棋棋子、软弹球、围棋子、积木、骰子、小纸条、硬币、扑克牌等。
其中扑克牌、骰子、硬币、抽奖箱的设计，都来源于日常生活中常见的概率游戏。骰子组用四个扭扭蛋分别装上四个骰子进行模拟，每两个扭扭蛋作为一组模拟装置，一次摇动四个扭扭蛋，相当于进行两次重复实验，缩减了实验时间。摇奖箱组的“生殖系统”装上电池，实现“配子”的自由组合，摇奖箱的摇动过程中会有“配子”随机从轨道中滑出，具有自动化程度高、操作便捷的优点，而且极大保证了实验结果的随机性。
在实验开始前，教师可以请各小组代表展示并介绍本组实验装置的设计、改装思路，并利用如表1所示的实验装置评分量表进行小组之间的互评，主要从实验装置的科学性、随机性、重复性、美观实用性、成本五个方面进行评价。
2优化实验分工和流程
教材中建议两人一组开展本实验，为了避免出现忘记放回彩球或者放错小桶等人为误差，从而使最终实验数据更准确，在人员安排上，本文将其优化为四人一组，小组各成员间分工合作如下：学生A和学生B为抓球员，学生C为记录员，学生D为监督员。抓取十次“配子”后，小组成员间轮换一次角色，每组重复抓取彩球三十次以上。
3优化数据处理
为了强化学生对实验数据的处理和分析能力，提高实验效率和教学效果，本文优化了数据汇总和处理方法，利用计算机在电子表格内进行数据的汇总和处理。
3.1记录数据
在预习环节，课堂上教师布置设计实验数据记录表的任务，课堂上教师收集各小组完成的数据记录表，进行师生点评与探讨，最终完善得出正式实验时使用的规范表格（见表2）。小组开展实验的过程中，使用实验数据记录表如实记录本组每一次实验的数据。
3.2汇总数据
教师提前设计了实验数