生物教師手冊 Ch6-2 探究活動-天擇

生物教師手冊提出的第2個探究活動,主題是天擇。探究進行的重點在於形成解釋和問出科學導向的問題(問出可測試問題)。

這個活動設定的情境和測驗卷裡常出現的殺蟲劑情境非常相像,我覺得如果學生在寫完測驗卷之後再進行這個活動,可能腦袋會僵化到答不出其他的假設。所以也許在演化概念教學前,就可以用這個探究活動來教學。

情境是這樣的,農業試驗站的工作人員發現,在實驗農場裡有一大群蒼蠅。而這些蒼蠅會影響到農場裡乳牛的健康,所以工作人員決定用最新研發的殺蟲劑"蟲掰"來消毒環境。經過一次噴灑之後,工作人員發現"蟲掰"真有效,大部分的蒼蠅都死了。

一個禮拜之後過去,他們發現蒼蠅又變多了,於是他們繼續噴灑"蟲掰"。如同一週前的情況,"蟲掰"依舊有效,大部分的蒼蠅也都死了。

之後,蒼蠅又大量出現,工作人員繼續噴灑"蟲掰",同樣的情形重複了五週。最後工作人員發現,"蟲掰"居然越來越沒效果,最後一次,甚至完全殺不死蒼蠅。

Q1.
請提出幾個不同的假設來解釋這個現象

A1.
合理的假設應該包括以下這些

  • "蟲掰"過期了
  • "蟲掰"只能在某些特殊的環境狀況下使用,例如特定的溫度和溼度。
  • 對殺蟲劑敏感性高的蒼蠅都被選擇性地殺死了,剩下的是比較沒反應的。

如果學生沒有提起最後一個假說,那麼最好不要提起這點。

Q2.
工作人員在第一次使用蟲掰的時候,就配製了一大桶蟲掰。之後幾次噴灑蟲掰,都是用那桶第一次就配出來的蟲掰,於是有人就認為,可能是那一大桶蟲掰過期了,裏面的有效成份被分解了,所以效果越來越差。請提出至少兩種不同的方式來檢驗這個假設。

A2.
可以試試看把不同時間配的蟲掰,再去噴灑其他不同農場族群的蒼蠅,看看是不是因為時間的因素而使蟲掰失效。另外的作法可以用化學分析,看看配了很久的蟲掰和剛配好的蟲掰,它們的化學成份是不是相同



後來工作人員又重新配了一桶蟲掰,重新噴灑在這處農場,然而效果還是相同,只有少數蒼蠅死亡。然後工作人員用這桶新蟲掰,噴灑在數公里之外的另外一處農場,卻發現和第一次使用在原農場的效果一樣,蒼蠅死了一大堆。而在新農場噴灑蟲掰的時候,天氣狀況和舊農場是一樣的。

這個狀況所出現的問題,可能來自以下幾個部份
1.用了什麼東西(蟲掰)
2.那個東西使用時的狀況
3.那個東西使用的方法
4.那個東西用在什麼上(蒼蠅)

Q3.
到目前為止,所有的假說和行動都只有針對上面的少數幾個部份,請問是針對哪幾個?


A3.
只有針對第1點和第2點而已


Q4.
在你形成假說的時候,沒有用到清單中的哪些部份?


Q5.
針對上述的第四個部份,你用所學過的生物學知識想一想,使用蟲掰噴灑的時候,殺蟲劑的有效性逐漸降低,這可能是因為在蒼蠅族群中發生了什麼事情?

A5.
這裡可以讓學生仔細思考回想一下,以第一次噴灑來說,大多數蒼蠅噴了會死掉,但後來蒼蠅又變多了。那些變多的蒼蠅,它們的爸媽是誰?是死掉的蒼蠅還是活的蒼蠅,那些活著的蒼蠅是能抗殺蟲劑的?還是不能抗殺蟲劑的?


Q6.
噴灑蟲掰之後,有些蒼蠅還是活的,有些蒼蠅死了。請提出可能的想法來解釋為什麼有些死、有些活?

A6.
學生可能會說突變出有保護的基因或是比較不容易受到影響的基因。無論答案為何,重點在於學生能解釋兩群蒼蠅之間的差異。

Q7.
還記得嗎工作人員在農場裡噴灑了五次蟲掰。每次噴灑,蒼蠅的族群就增加一點。也許這些活下的蒼蠅中,有些特殊的基因可以讓牠們活下來。噴灑過五次蟲掰的蒼蠅族群和原本的蒼蠅族群,兩個族群的基因頻率有什麼差別?

A7.
若是在殺蟲劑噴灑之後,因為蒼蠅族群有不同的遺傳特性,而導致其間存活率有所差別,那麼我們可以預期,在最後的族群之中,能抵抗殺蟲劑的基因的頻率會變得比較高。因為在每次噴灑殺蟲劑之後,能抵抗殺蟲劑基因的蒼蠅可以活,也就可以生育,可是沒有抵抗能力的蒼蠅就會死亡,也就沒有子代了。漸漸地,蒼蠅就愈能夠適合在有蟲掰的環境中生存了。

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