模拟自然选择

北京市第一六六中学

闫雪东实验：模拟自然选择北京市初中生物教师实验技能培训人教版课标中没有安排相关实验第七单元第3章第3节生物进化的原因模拟探究模拟保护色的形成过程北京版第15章第2节生物的进化实验模拟自然选择两块面积1m×1m的织物（一块为绿色，一块为黄色）。红色、黄色、绿色、蓝色的小纸片各25张，共100张，放在一个塑料袋中。实验材料1.设计一个合适的表格，记录本活动中的数据。实验步骤第一代第二代第三代纸片颜色开始数量幸存者数开始数量幸存者数开始数量幸存者数黄色橙色绿色蓝色2.在桌子上平铺绿色的织物“栖息地”，将红色、黄色、绿色、蓝色的小纸片各25张混合均匀撒在织物上，不要让小纸片重叠在一起。3.组长计数，其余同学扮演捕食者。捕食者从“栖息地”上直接拾小纸片。计数的同学注意，当织物上纸片不足25张时，通知捕食者停止拾纸片。4.取出所有“幸存”的小纸片，统计各种颜色的纸片数目。5.假定每个“幸存”者产生3个后代，从备用小纸片中取出相应的数目。将“幸存”者和它们的后代充分混合，均匀地撒在绿色织物上。6.将步骤3、4、5

重复三次实验结果：全班数据（共6组）第一代第二代第三代纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄15034136274418绿150471884815235蓝150321283311627橘15033132268418总数60014658413439698两组同学未能完成第三代计数统计数据后，通过问题串带领学生进行实验分析，1.背景纸代表什么？2.小纸片代表什么？3.纸片为什么会有不同的颜色，代表什么现象？4.你是什么角色？5.取纸片是什么过程？6.繁殖的后代与母体颜色一致，这代表什么现象？7.开始时，每种纸片的数量都是25片，在取食后，“幸存者”的数量是否一致？哪种颜色的“幸存者”多一些？与背景有什么关系？8.与第一代群体相比，第二代、第三代的纸片中哪种颜色变少了，或者消失了?与背景有什么关系?9.以上两点说明什么问题？通过以上分析使学生对实验的认识从感性认识上升到理性认识。但因数据不是很理想，因此还要通过小组数据分析实验中的问题。在全班数据基础之上进行小组数据分析：有的组数据较好的反映出保护色的形成1第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄257286244绿251248145617蓝253123122橘253122826第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄25312142绿257289368蓝2583210409橘257285206有的组数据平均3第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄259365206绿25483120蓝25520114410橘257246249有的组出现了截然相反的结果通过实验数据分析以及教师和学生对实验过程的反思，我们发现实验过程中存在以下问题：1.实验材料问题如：纸片较薄，实验中学生不易抓起2.实验步骤问题如：任务分布不均，导致耗时过长

学生刻意选择，影响实验结果

解决方案1.实验材料的选择（被捕食个体材料和背景材料）被捕食个体材料选择首先，考虑材料应具有立体感，便于学生抓起

A.纽扣B.豆子纽扣（实验图）

第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄2510407286绿254166247蓝256246246黑255206245纽扣（黄色背景）问题：学生下意识的选择离自己近的个体，中间的个体基本保留。扣子环装均匀分布，中间空出纽扣（黄色背景）

第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄251040135214绿258326248蓝254165203黑25312140不符合均匀分布的原则，因此建议1.背景不宜过大，最好不要超过0.8m×0.8m2.若被捕食者个体较小，可适当缩小背景面积豆子（黄色背景0.6×0.6）豆子（黄色背景0.6m×0.6m）

第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄2572883210绿258328329红256245204黑254164161易滚动，从背景上掉下去背景最好固定在桌面上以上材料使用过程中暴露出来的问题：具有立体感的材料在平面背景下比较突出2.背景材料的选择A.绒布（立体感较强）B.沙子

绒布（立体感较强）将绒毛捋平纽扣×黑绒布背景（0.8m×0.8m）

第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄25412280绿25520281白255206240黑251144156024绒布（立体感较强）将绒毛立起纽扣×

黑绒布背景（0.8m×0.8m）

第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄25312140绿25312140白25624140黑251560228825绒布（立体感较强）将绒毛捋平豆子×黑绒布背景（0.8m×0.8m）

第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数花2514000红25624140白2514000黑251768249625绒布（立体感较强）将绒毛立起豆子×黑绒布背景（0.8m×0.8m）

第一代

第二代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数花25280红253120白25280黑25187225全班第一代

第二代

豆子颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数花14415608白14418727红1442811212验现象明显沙子纽扣×白沙子背景（0.4m×0.6m白瓷盘）沙子纽扣×白沙子背景（0.4m×0.6m白瓷盘）

第一代

第二代

第三代

纸片颜色开始数目幸存者数开始数目幸存者数开始数目幸存者数黄153123124蓝15284162黑153123121白157285208纽扣×白沙子背景（0.4m×0.6m白瓷盘）背景小、分布密沙子沾手，影响实验室整洁对实验材料的选择，除了实验效果外，因实验所需数量较大，所以选择制作方便，价格便宜的材料

以纸片为例：每组开始四种颜色共100片，在第一次选择后，剩余的个体每个繁殖三个后代，（在最理想状态）需补充与背景颜色相同的纸片75片，加上开始的25片，共100片。但实际操作过程可能出现各种情况，因此，其他纸片至少备出25片，加起来一组总共要准备250片，普通的一个班级40人算，五人一组，需要准备八组材料，约2000片。纸片：基本不花钱，但需要量大，制作过程比较麻烦纽扣：网上1元20粒，花费100元豆子：平均重量0.2克每颗，2000颗约一斤,一斤5-8元。绒布（地毯、地垫）：20元一块，约160元沙子：3元一斤,8公斤约54元从实验效果以及实验经费的考虑，最佳组合：绒布+豆子2.实验步骤改进A.耗时过长的主要原因：一是组长在每个世代之间进行统计、记录数据、计算和安放后代花费了较长的时间；二是扮演“捕食者”的学生“捕食”的速度快慢不同，组长应接不暇，导致剩下的“猎物”不足25个，需重做实验。

解决方案：“捕食者”与组长一起计数。实验前，组长根据需要被捕食的纸片数，规定好每位“捕食者”的捕食量，最好捕食量一致。实验时，“捕食者”自己计数，到达规定数量时自动停止“捕食”。补充时，每位同学负责一种颜色，避免重复补充这样就可以保证“捕食者”捕食的数量，缩短组长的统计时间，从而减少无谓的时间消耗。1.实验装置的改进2.组织教学中强调严谨、实事求是的科学态度3.从课程内容设计上改进（人教版）：让学生不知道实验的目的是什么！B.学生刻意选择，影响实验结果4.可采用意志转移策略：转圈走动：让扮演捕食者的学生侧对实验桌，不允许看桌面，转圈走动，当组长喊停时，停下，并从桌面上捕食自己第一眼看到的个体，组长继续下达口令。组长下达口令的速度要快，最好没有规律，让“捕食者”把注意力集中到组长的口令上去。“捕食者”为了快，顾不得多想，转身就拿，使“捕食行为”成为无意识的冲动行为。鹌鹑实验模拟鸟喙利用多媒体进行模拟实验模拟自然选择的其他可行性实验鹌鹑属杂食性动物，对各种颜色的米粒并无刻意选择，而在不同颜色背景下，饥饿的鹌鹑会主动选择颜色相对比较明显的食物取食。实验用品：每组取鹌鹑1只，黑米(黑色)、红米(土黄色)、白米若干，A3白纸、黑色卡纸各一张，鞋盒一个(防止鹌鹑四处走动，影响实验结果)一、鹌鹑实验（网络资料）取各色米粒各30颗，混合均匀后散放于鞋盒中的白纸上；将饥饿鹌鹑放在白纸上，任其啄食米粒；1min后，将鹌鹑移开，统计剩下的各种米粒的数量；重复3次并进行记录。将白纸换成黑色卡纸，重复。实验步骤2、假设每个“幸存者”都产生3个后代，而且颜色与原来相同，按此规律再补充相应的米粒数。每轮开始时记录下各色米粒的数目。二、模拟鸟喙取食（学生通过模拟实验，体会自然环境中的食物因素对鸟喙的选择）实验材料：宽头镊子、尖头镊子、白瓷盘、培养皿、豆子（模拟坚果）、细丝（模拟虫子）实验步骤：两位同学扮演“小鸟”，用镊子模拟鸟喙，选择一种食物进行取食，每次只允许取食1粒，放入旁边的培养皿，在规定时间完成（约一分钟），并统计取食数量。重复上面步骤3次，并统计数量。注意：拿镊子时需要手法一致，最好让镊子直立注意：“虫子”最好不要重叠，重叠使虫子翘起来，影响实验结果，应分散开。你们选取的食物是（虫子）