模擬自然選擇

北京市第一六六中學(xué)

閆雪東實(shí)驗：模擬自然選擇北京市初中生物教師實(shí)驗技能培訓(xùn)人教版課標(biāo)中沒有安排相關(guān)實(shí)驗第七單元第3章第3節(jié)生物進(jìn)化的原因模擬探究模擬保護(hù)色的形成過程北京版第15章第2節(jié)生物的進(jìn)化實(shí)驗?zāi)M自然選擇兩塊面積1m×1m的織物（一塊為綠色，一塊為黃色）。紅色、黃色、綠色、藍(lán)色的小紙片各25張，共100張，放在一個塑料袋中。實(shí)驗材料1.設(shè)計一個合適的表格，記錄本活動中的數(shù)據(jù)。實(shí)驗步驟第一代第二代第三代紙片顏色開始數(shù)量幸存者數(shù)開始數(shù)量幸存者數(shù)開始數(shù)量幸存者數(shù)黃色橙色綠色藍(lán)色2.在桌子上平鋪綠色的織物“棲息地”，將紅色、黃色、綠色、藍(lán)色的小紙片各25張混合均勻撒在織物上，不要讓小紙片重疊在一起。3.組長計數(shù)，其余同學(xué)扮演捕食者。捕食者從“棲息地”上直接拾小紙片。計數(shù)的同學(xué)注意，當(dāng)織物上紙片不足25張時，通知捕食者停止拾紙片。4.取出所有“幸存”的小紙片，統(tǒng)計各種顏色的紙片數(shù)目。5.假定每個“幸存”者產(chǎn)生3個后代，從備用小紙片中取出相應(yīng)的數(shù)目。將“幸存”者和它們的后代充分混合，均勻地撒在綠色織物上。6.將步驟3、4、5

重復(fù)三次實(shí)驗結(jié)果：全班數(shù)據(jù)（共6組）第一代第二代第三代紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃15034136274418綠150471884815235藍(lán)150321283311627橘15033132268418總數(shù)60014658413439698兩組同學(xué)未能完成第三代計數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)后，通過問題串帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗分析，1.背景紙代表什么？2.小紙片代表什么？3.紙片為什么會有不同的顏色，代表什么現(xiàn)象？4.你是什么角色？5.取紙片是什么過程？6.繁殖的后代與母體顏色一致，這代表什么現(xiàn)象？7.開始時，每種紙片的數(shù)量都是25片，在取食后，“幸存者”的數(shù)量是否一致？哪種顏色的“幸存者”多一些？與背景有什么關(guān)系？8.與第一代群體相比，第二代、第三代的紙片中哪種顏色變少了，或者消失了?與背景有什么關(guān)系?9.以上兩點(diǎn)說明什么問題？通過以上分析使學(xué)生對實(shí)驗的認(rèn)識從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。但因數(shù)據(jù)不是很理想，因此還要通過小組數(shù)據(jù)分析實(shí)驗中的問題。在全班數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行小組數(shù)據(jù)分析：有的組數(shù)據(jù)較好的反映出保護(hù)色的形成1第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃257286244綠251248145617藍(lán)253123122橘253122826第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃25312142綠257289368藍(lán)2583210409橘257285206有的組數(shù)據(jù)平均3第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃259365206綠25483120藍(lán)25520114410橘257246249有的組出現(xiàn)了截然相反的結(jié)果通過實(shí)驗數(shù)據(jù)分析以及教師和學(xué)生對實(shí)驗過程的反思，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗過程中存在以下問題：1.實(shí)驗材料問題如：紙片較薄，實(shí)驗中學(xué)生不易抓起2.實(shí)驗步驟問題如：任務(wù)分布不均，導(dǎo)致耗時過長

學(xué)生刻意選擇，影響實(shí)驗結(jié)果

解決方案1.實(shí)驗材料的選擇（被捕食個體材料和背景材料）被捕食個體材料選擇首先，考慮材料應(yīng)具有立體感，便于學(xué)生抓起

A.紐扣B.豆子紐扣（實(shí)驗圖）

第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃2510407286綠254166247藍(lán)256246246黑255206245紐扣（黃色背景）問題：學(xué)生下意識的選擇離自己近的個體，中間的個體基本保留?？圩迎h(huán)裝均勻分布，中間空出紐扣（黃色背景）

第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃251040135214綠258326248藍(lán)254165203黑25312140不符合均勻分布的原則，因此建議1.背景不宜過大，最好不要超過0.8m×0.8m2.若被捕食者個體較小，可適當(dāng)縮小背景面積豆子（黃色背景0.6×0.6）豆子（黃色背景0.6m×0.6m）

第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃2572883210綠258328329紅256245204黑254164161易滾動，從背景上掉下去背景最好固定在桌面上以上材料使用過程中暴露出來的問題：具有立體感的材料在平面背景下比較突出2.背景材料的選擇A.絨布（立體感較強(qiáng)）B.沙子

絨布（立體感較強(qiáng)）將絨毛捋平紐扣×黑絨布背景（0.8m×0.8m）

第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃25412280綠25520281白255206240黑251144156024絨布（立體感較強(qiáng)）將絨毛立起紐扣×

黑絨布背景（0.8m×0.8m）

第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃25312140綠25312140白25624140黑251560228825絨布（立體感較強(qiáng)）將絨毛捋平豆子×黑絨布背景（0.8m×0.8m）

第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)花2514000紅25624140白2514000黑251768249625絨布（立體感較強(qiáng)）將絨毛立起豆子×黑絨布背景（0.8m×0.8m）

第一代

第二代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)花25280紅253120白25280黑25187225全班第一代

第二代

豆子顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)花14415608白14418727紅1442811212驗現(xiàn)象明顯沙子紐扣×白沙子背景（0.4m×0.6m白瓷盤）沙子紐扣×白沙子背景（0.4m×0.6m白瓷盤）

第一代

第二代

第三代

紙片顏色開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)開始數(shù)目幸存者數(shù)黃153123124藍(lán)15284162黑153123121白157285208紐扣×白沙子背景（0.4m×0.6m白瓷盤）背景小、分布密沙子沾手，影響實(shí)驗室整潔對實(shí)驗材料的選擇，除了實(shí)驗效果外，因?qū)嶒炈钄?shù)量較大，所以選擇制作方便，價格便宜的材料

以紙片為例：每組開始四種顏色共100片，在第一次選擇后，剩余的個體每個繁殖三個后代，（在最理想狀態(tài)）需補(bǔ)充與背景顏色相同的紙片75片，加上開始的25片，共100片。但實(shí)際操作過程可能出現(xiàn)各種情況，因此，其他紙片至少備出25片，加起來一組總共要準(zhǔn)備250片，普通的一個班級40人算，五人一組，需要準(zhǔn)備八組材料，約2000片。紙片：基本不花錢，但需要量大，制作過程比較麻煩紐扣：網(wǎng)上1元20粒，花費(fèi)100元豆子：平均重量0.2克每顆，2000顆約一斤,一斤5-8元。絨布（地毯、地墊）：20元一塊，約160元沙子：3元一斤,8公斤約54元從實(shí)驗效果以及實(shí)驗經(jīng)費(fèi)的考慮，最佳組合：絨布+豆子2.實(shí)驗步驟改進(jìn)A.耗時過長的主要原因：一是組長在每個世代之間進(jìn)行統(tǒng)計、記錄數(shù)據(jù)、計算和安放后代花費(fèi)了較長的時間；二是扮演“捕食者”的學(xué)生“捕食”的速度快慢不同，組長應(yīng)接不暇，導(dǎo)致剩下的“獵物”不足25個，需重做實(shí)驗。

解決方案：“捕食者”與組長一起計數(shù)。實(shí)驗前，組長根據(jù)需要被捕食的紙片數(shù)，規(guī)定好每位“捕食者”的捕食量，最好捕食量一致。實(shí)驗時，“捕食者”自己計數(shù)，到達(dá)規(guī)定數(shù)量時自動停止“捕食”。補(bǔ)充時，每位同學(xué)負(fù)責(zé)一種顏色，避免重復(fù)補(bǔ)充這樣就可以保證“捕食者”捕食的數(shù)量，縮短組長的統(tǒng)計時間，從而減少無謂的時間消耗。1.實(shí)驗裝置的改進(jìn)2.組織教學(xué)中強(qiáng)調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度3.從課程內(nèi)容設(shè)計上改進(jìn)（人教版）：讓學(xué)生不知道實(shí)驗的目的是什么！B.學(xué)生刻意選擇，影響實(shí)驗結(jié)果4.可采用意志轉(zhuǎn)移策略：轉(zhuǎn)圈走動：讓扮演捕食者的學(xué)生側(cè)對實(shí)驗桌，不允許看桌面，轉(zhuǎn)圈走動，當(dāng)組長喊停時，停下，并從桌面上捕食自己第一眼看到的個體，組長繼續(xù)下達(dá)口令。組長下達(dá)口令的速度要快，最好沒有規(guī)律，讓“捕食者”把注意力集中到組長的口令上去?！安妒痴摺睘榱丝?，顧不得多想，轉(zhuǎn)身就拿，使“捕食行為”成為無意識的沖動行為。鵪鶉實(shí)驗?zāi)M鳥喙利用多媒體進(jìn)行模擬實(shí)驗?zāi)M自然選擇的其他可行性實(shí)驗鵪鶉屬雜食性動物，對各種顏色的米粒并無刻意選擇，而在不同顏色背景下，饑餓的鵪鶉會主動選擇顏色相對比較明顯的食物取食。實(shí)驗用品：每組取鵪鶉1只，黑米(黑色)、紅米(土黃色)、白米若干，A3白紙、黑色卡紙各一張，鞋盒一個(防止鵪鶉四處走動，影響實(shí)驗結(jié)果)一、鵪鶉實(shí)驗（網(wǎng)絡(luò)資料）取各色米粒各30顆，混合均勻后散放于鞋盒中的白紙上；將饑餓鵪鶉放在白紙上，任其啄食米粒；1min后，將鵪鶉移開，統(tǒng)計剩下的各種米粒的數(shù)量；重復(fù)3次并進(jìn)行記錄。將白紙換成黑色卡紙，重復(fù)。實(shí)驗步驟2、假設(shè)每個“幸存者”都產(chǎn)生3個后代，而且顏色與原來相同，按此規(guī)律再補(bǔ)充相應(yīng)的米粒數(shù)。每輪開始時記錄下各色米粒的數(shù)目。二、模擬鳥喙取食（學(xué)生通過模擬實(shí)驗，體會自然環(huán)境中的食物因素對鳥喙的選擇）實(shí)驗材料：寬頭鑷子、尖頭鑷子、白瓷盤、培養(yǎng)皿、豆子（模擬堅果）、細(xì)絲（模擬蟲子）實(shí)驗步驟：兩位同學(xué)扮演“小鳥”，用鑷子模擬鳥喙，選擇一種食物進(jìn)行取食，每次只允許取食1粒，放入旁邊的培養(yǎng)皿，在規(guī)定時間完成（約一分鐘），并統(tǒng)計取食數(shù)量。重復(fù)上面步驟3次，并統(tǒng)計數(shù)量。注意：拿鑷子時需要手法一致，最好讓鑷子直立注意：“蟲子”最好不要重疊，重疊使蟲子翹起來，影響實(shí)驗結(jié)果，應(yīng)分散開。你們選取的食物是（蟲子）