1、“小球”在高中生物模拟实验中的应用 摘 要：在高中新课标教材中，模拟实验的比例明显增大，精心设计的模拟实验使宏观和微观领域难以操作的实验得以实施，不同颜色、不同大小的弹力小球在遗传和生态等多个模拟实验中的使用取得了良好的教学效果。 关键词：模拟实验；宏观和微观；小球；遗传和生态 中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2015）27-0069-02 在生命起源的研究中，米勒等人著名的模拟实验为无机小分子合成有机小分子的过程提供了有力的证据。模拟实验以其特有的优势，越来越受到学者们的重视。在高中新课程标准教材中，模拟实验的比例明显增大，由于可以克服时间和空间以及
2、材料和用具的限制，一些原本在课堂上很难完成的宏观和微观领域的实验得以实施，其中模拟性状分离、模拟自然选择、模拟标志重捕等几个实验都可以选用不同颜色、不同大小的弹力小球作模拟材料，从小玩到大的小球引发学生极大的热情，取得了良好的教学效果。 一、模拟性状分离实验开始与小球结缘 自生物必修2遗传与进化第一章第一节模拟性状分离实验开始，学生就对小球产生了浓厚的兴趣，没想到肉眼看不到的配子竟然可以拿在手里，他们感觉好像在做有意思的游戏。游戏需要有游戏规则，规则合理，结论才会可靠，于是同学们开始精心地设计实验过程，在不断探讨中，使得该实验得不断到改进和完善。 （一）对性状分离比模拟实验的质疑 根据模拟实验
3、相似性原理，模型与原型之间相似程度越高，科学性越强，同学们将模型与原型作了认真对比，然后对教材中的实验设计提出了两点质疑：（1）两桶中小球数量是否应该相等？（2）每次取出的小球是否应该放回？ 各小组经过激烈的讨论最终达成一致意见：两桶中小球应该一桶多一桶少，因为自然界中进行配子生殖的生物通常是雄配子多于雌配子；每次取出的小球不应该放回，理由是已经受精的配子不会再次参与受精。学生的质疑有根有据，不得不佩服他们的能力，这时老师可以对教材中两桶小球数量相等做出解释：书中小球仅代表完成受精的雌雄配子。但继续鼓励学生按照自己的思路设计出更科学的实验方案。 （二）对性状分离比模拟实验的改进 在不断探讨的基
4、础上，同学们将实验方案做了进一步改进，改进后的设计方案是： （1）取两只小桶，标号甲、乙，甲桶中放入两种颜色分别标有D、d的小球各10个，乙桶中放入同种分别标有D、d的小球各20个； （2）摇动小桶，使小球混合均匀； （3）分别从两桶内随机抓取一个小球，记录字母组合； （4）重复（3）至甲桶取完为止，统计结果。 （三）对性状分离比模拟实验的深入探讨 同学们看着自己设计的实验方案得到了老师的肯定，非常有成就感，按方案认真地完成了实验，并对全班的结果进行统计，得出性状分离比为3：1的结果，喜悦之情溢于言表。此时同学们以为大功告成，可作为教师，所要达到的目标远不止此，在直观模拟的基础上抽象出本质才是
5、我们的终极目标，所以需要引导学生深入探讨：出现3：1性状分离比的根本原因是什么？也就是找出基因分离定律的实质。同学们重新拿起小球，一步步分析过程，终于找到问题的关键：子一代产生两种配子，数量相等，活力相同；雌雄配子结合机会相等；子二代个体存活机会相等；样本数目足够多；完全显性等。 通过这次模拟实验学生学会了合作与分享，提高了实验设计能力。由于模拟实验教学中特别关注学习过程和方法，所以不仅帮助学生形成了解决问题的良好思维习惯，还着重培养了批判性思维，鼓励学生发现问题勇于质疑，并通过努力使其完善，不断提高自己的科学素养。 二、遗传系列模拟实验中与小球为伴 从模拟性状分离实验开始，同学们与实验室的几
6、桶小球结下了不解之缘，拓展了遗传部分的一系列模拟实验，如模拟一对相对性状测交实验、模拟两对等位基因杂合子形成配子实验、模拟两对相对性状自由组合实验、模拟两对相对性状测交实验、模拟人类男女比例相等实验等等，学习遗传部分时几乎每节课都与小球为伴，虽然操作简单，方法相似，但在不同实验中，小球的标记不同，实验的结果不同，总结出的规律不同，学生们乐此不疲，还总结出用配子概率计算子代概率的方法。这些收获极大地调动了学生学习生物的积极性，提高了科学素养，激发了他们的探究热情。 三、进化与生态模拟实验中小球情结延续 学习了遗传变异之后开始学习进化知识，同学们发现模拟自然选择、模拟基因频率的变化、模拟共同进化等
7、仍然可以用小球，当然小球的“身份”发生了变化，不再是肉眼看不到的配子，而是大自然中的生物个体，不同颜色代表不同性状。草地用什么模拟呢？绿色的纸？绿色的布？好像都不太理想。有几个体育生发现操场角落里放着一堆儿操场改造剩下的假草坪，简直太合适了！模拟自然选择的方法如下：铺开一块大小适宜的绿色假草地，将红、黄、绿三种不同颜色小球各10个随机撒在草地上；分别快速捡起一种颜色小球（10个），记录三种颜色各需时间；多次重复后求平均值，进行对比，得出结论。 生态部分的标志重捕法调查种群密度模拟实验也给我留下了深刻印象：一个大桶中放入若干个同种颜色小球代表一个种群，随机取出M个，用笔作上小标记再放回桶内；充分摇匀后，随机取出小球n个，统计其中标记小球的个数记为m个；计算桶中小球总量N=Mn/m，多次重复后求平均值。 是小球帮助我们将遗传部分的微观实验宏观化，将生态部分的野外宏观实验微型化，这些实验搬进课堂，既避免了实验对生物和环境的影响，又节约了成本，还有效地完成了教学目标。 四、值得注意的问题 第一，模拟实验的结果受模型的限制，得出的结论不完全可靠，实验方案需要一个在实践中不断改进和逐渐完善的过程。第二，模拟实验操作简单，主要锻炼的不是学生的操作技能，而注重的是思维过程，特别注意培养学生类比推理能力。第 5 页 共 5 页
