2013年4月6日

2013遺傳教學紀錄

這次的生殖與遺傳教學紀錄,不再只放在細胞分裂和減數分裂怎麼教了,而是要放在更大的格局來看。


老樣子,生殖的部份,我還是從簡單的動物有性生殖開始講,然後講到人類生殖,再來是植物的有性生殖,無性生殖。生殖告一段落,再來講細胞分裂和減數分裂。


染色體的功能
這次做了很大的改變,特地花了十來分鐘講染色體的重要功能。

染色體的功能是什麼?你問學生,學生有一半以上會說是為了遺傳,染色體是可以遺傳沒錯,但是染色體在你身上是用來作什麼的?他有什麼重要性?

課本乍看之下寫得很清楚,實際上很模糊。它說「染色體主要是由成份為DNA的遺傳物質所組成,具有控制生物體遺傳特徵表現的功能」。實際上課本也沒辦法寫得很清楚,因為細節太過於複雜,可是這個概念是這麼重要,怎能不說清楚。

我在還沒細胞分裂減數分裂前,就先用類比來說這個故事,從細胞核裡頭有2套重要的細胞組裝說明書開始吧,這就像是樂高積木的組裝說明書,專門給細胞用來組裝重要的工具。

細胞核裡頭會有些小傢伙把這工具書的其中幾個段落抄一份丟出細胞核,然後有另外小傢伙的核糖體工廠會根據這抄出來的小紙條收集原料做出八種重要蛋白質工具。

工具有哪些?那是「酵抵收受荷運儲結」,酵素蛋白、抵抗蛋白、收縮蛋白、受體蛋白、荷爾蒙蛋白、運輸蛋白、儲存蛋白、結構蛋白。這些工具名字雖然看起來很複雜,但卻都是學生們在上冊都學過的東西(實際講這個,當然得舉一些例子囉)。


細胞分裂與減數分裂的意義
生物,就靠著這八類型的工具才能夠好好活下去,而這些工具要靠那些組裝說明書才作得出來,所以細胞分裂時才要很努力的把組裝說明書再複製一份給新的細胞啊,而要生小孩時就更不用說了,一定也得傳給小孩子這些組裝說明書。減數分裂更不用說了。

我爸這頭兩套組裝說明書,在產生精子的時候得從兩套書裡湊出一套放在精子裡。我媽那也湊出一套。變成受精卵之後,這細胞裡頭就有兩套組裝說明書了,而這受精卵繼續分裂下去,變成兩個、四個、八個,這一個個細胞裡頭都是兩套說明書。

因此,可以看到兩種分裂方式,一種是兩套變成一套的分裂,另外一種則是兩套變兩套的分裂。這一點跟我以前的教法是很不同的,因為以前我絕對不會先講套數。

接著,我就會講剛剛所說的組裝說明書,其實真正身份是染色體,我們細胞裡正是有兩套染色體,其中一套是爸爸給的,另外一套是媽媽給的。這一套一套(說明書),就像小說一樣,有好幾集,我們的一套裡頭可是有第一集到第23集呢。

講完這個之後,就會看以前看過的口腔皮膜細胞、洋蔥細胞,讓學生複習一下那裡頭以前可從來沒看過染色體啊,那染色體哪時出現呢?這時再看根尖細胞。

再介紹一下同源染色體的定義之後,就用以前作的那個Flash檔案來看細胞分裂和減數分裂的過程。

特地講了基因轉錄轉譯產生蛋白質(雖然是類比的),後面很多東西都容易銜接,像是顯隱性啦、突變等等都很好講下去。



染色體的結構
接著就跳過孟德爾的遺傳直接到2-2的內容,先看染色體的SEM圖,以及DNA的結構,我類比成兩條寫了密碼的紙條纏繞在一起,那密碼就是組裝說明書裡頭寫著該怎麼作工具的訊息。而講到染色體聚縮,就用搬家時打包行李的概念來說。(附帶一提,前幾週在學校撿到一個學生的毛毛髮圈,看起來真像是染色體在SEM下的樣子)

打包好染色體之後,就會舉例說某對染色體上有好幾對等位基因,第一對可能是用來教怎麼作酵素,這樣你才可以長高,第二對可能是拿來作血紅素的蛋白,這樣才可以有正常紅血球。依此舉例下去,再用個框,把兩個等位基因框起來,說明那叫做基因,都是用來製造蛋白質工具,控制性狀的產生。這個等位基因和基因,其實學生初聽時,都還有點模糊,所以就會講幾個例子讓學生歸納。



顯隱性的概念
而講到顯隱性時,那個組裝說明書的「書」概念就更好用了。首先就準備兩套書(國文、英文、自然...),你有這兩套書,兩套裡頭的其中一集說明書的一段教你怎麼作酵素剪刀,另外一套的那段也跟你講怎麼作,那你會不會作酵素剪刀呢?當然會囉(這就是AA),如果你拿到的兩套,其中一套告訴你怎麼作,另外一套因為字漏印了,倒反了,或是前後錯置、印錯了,結果這本你也看不出怎麼作,那你會不會作酵素剪刀呢?當然還是會囉(這就是Aa)。如果拿到的兩本書,書裡的那段訊息通通有問題,那你就什麼也作不出來了(也就是aa)。


這個類比能說明複製(類似影印機複製文件),也能夠說明突變的概念,甚至也能延伸到演化。舉例來說,如果這個說明書段落本來教你怎麼作剪刀,結果不小心少了一段,沒教你把剪刀合在一起,結果你就做出兩把美工刀,那這樣是好事還是壞事?這得看環境囉,你這兩把美工刀說不定切澱粉切得特別好,所以你可以獲得比較多營養,生比較多小孩,你就更有機會把這個組裝說明書的段落傳給後代。又或者,你這美工刀切得很爛,結果你就得不到充足營養,給餓死了,所以你這個訊息就傳不了了。

那段已經變成作美工刀的訊息,說不定又有個小突變,插了一個段落是裝電池盒、小馬達的段落,結果本來的剪刀就變成小電鋸了,這就是基因突變造成演化的過程了。


此外2-2 最後一段那個很難讀的懂的段落,講同源染色體分離讓等位基因分離,等到受精時又結合的段落。我則是會先複習減數分裂和受精的過程,然後把那個過程和孟德爾所提互相比較。每次講到這個都覺得孟德爾實在很厲害,在沒看過染色體、不知道基因、DNA的狀況下,光靠算數學,居然就可以推論出這近百年後才得知的知識。




孟德爾的遺傳
講孟德爾的遺傳時,我就會把這篇2011年講孟德爾的基因與分子生物的關係放進去講清楚,這樣故事才能連貫

Mendel’s Genes: Toward a Full Molecular Characterization
http://www.genetics.org/content/189/1/3/T1.expansion.html

例如豌豆的圓皮和皺皮性狀,其實皺皮豌豆是因為作某酵素的訊息被插入了其他文字,導致作不出那個酵素。那個酵素(Starch branching enzyme 1)的功能是把一些糖合成澱粉,沒有那個酵素,澱粉就沒辦法正常合成,豌豆裡的糖就很多,因此在成長過程中很多水就會滲透進去把種皮撐得飽飽的,又因為種皮撐得太飽,所以乾燥時就會變成皺皺的種皮(類似過程請參閱減肥後有鬆垮皮膚的照片)。

另外矮莖的豌豆則是因為訊息被換掉了(G-to-A substitution),所以就長不高變成矮化植株,矮化植株在農業上至少已經被用了1500年了。


有了顯隱性這些概念之後,再去講孟德爾的實驗,這個真的不用花很多時間,課本篇幅那麼大,實在是因為這個很難靠文字說明就講清楚的,我們自己在黑板上教,一下就講完了啊



性狀的比較
課本中比較七種性狀的活動,學生很愛觀察自己的身體,不過我就沒用他原有的設計,因為你跟班長比那幹嘛?人只要夠多,就一定有人會相同啊,全班一定有人會全部一樣的。
  compare

我的作法是叫學生用這七種性狀去作族譜調查的回家作業,不過也要注意這七種性狀有些並非單基因遺傳,且有些性狀會有主觀判斷的問題。學生調查完,我就要他們上台寫自己的族譜,然後另外一批人就要去分析這些性狀的顯隱性。不過因為這些性狀本身就有很大的問題所以分析出來也未必如典型的顯隱性。


另外紀錄一下,學生回家調查性狀,結果有學生說他沒辦法調查美人尖,因為他爸是禿頭,然後我就拍拍他的肩「禿頭有些是遺傳的」


多基因遺傳

多基因遺傳的部份,我是用之前作過的體質調查資料(某地區13-15歲靈長類的體質統計)來分析,這裡也讓學生去讀圖,從中分析意義。

ABO血型
ABO血型也玩推理過程,方式是小組上台出題目,出個5代族譜或是好幾個家族聯姻都可以,但前提是要出合理的血型組合題目,不要有「隔壁老王」出現。接著就是交換寫別組的題目,批改的時候,則是再度交換。意思就是A組出的題目,由B組來寫,但是由C組批改。

IMAG0883 IMAG0882 IMAG0880




小結
這1-1、2-1、2-2,對我而言,我會洗牌重新排列順序,這樣的順序也約是3-4節的時間,不會拖時間,但卻可以教得更好,學生也不至於學得暈頭轉向,因為是有序的故事。



註記1,前陣子看黃正一老師的授課紀錄,他上完人類生殖後,讓學生去寫以下幾題 1.我是自然產還是剖腹產?
2.生產過程順利嗎?有沒有遇到問題?生了多久?
3.你第一眼看到我的時候心中在想什麼?
4.跟媽媽說 "媽媽我愛你,謝謝你把我生下來" ,看媽媽的反應是什麼。

結果媽媽反應好有趣,有媽媽說怎麼生下來的黑黑小小像猴子一樣。第四題有學生寫「媽媽說他也愛我,但他說他現在很忙叫我不要吵他」。這樣子的作業實在很有趣,不過也要留心一些特別狀況。

註記2,未來想在遺傳單元中多多融入人權議題,這裡也是生物課程裡最容易融入的地方,像是生物科技、罕見疾病、通用設計、基因治療、基因隱私...。

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