2013年4月20日

Geniverse遺傳課程

幾週前在想著怎麼規劃演化的課程時,上網查了一些模擬軟體,意外看到Geniverse這個網站。做出這軟體的Concord是個非營利的教育機構,發展了很多數位課程幫助老師教學和學生學習。

網站中有幾個Project,我非常喜愛,有生態的也有遺傳的,其他的我還沒想好要怎麼用,目前只有在課程中用過這一個Geniverse

其實網站中類似的探究遊戲還有 Geniquest和 Geniville。前者應該就是justmurmur進行訂做一個寶貝時所用的軟體,是在java平台上執行。而後者目前沒開放,所以我也不知道裡頭長什麼樣。







遊戲介紹

Geniverse這個遊戲是在講主角有天在野外百無聊賴地在水池丟著石頭玩,突然看到一隻受傷的龍出現,後頭跟著一群龍的獵人。主角這輩子最想養的就是龍了,於是他和獵人求情,求他們放龍生路,因為主角就是主角,所以說什麼都行,當然獵人就放棄龍了
Geniverse - Google Chrome_006


這隻龍傷得很重,呼吸困難又有許多內傷,偏偏鎮裡的獸醫也沒醫過龍,只能簡單作個處理。
Geniverse - Google Chrome_010


主角問醫生,那麼哪邊可以治療龍呢?獸醫說,你可以去找"The Drake Breeder' Guild",於是主角又帶著這受傷的龍繼續旅行。(看來傷得也沒很重啊,可以一直走)
Geniverse - Google Chrome_014

總之最後主角終於找到了
Geniverse - Google Chrome_015


老樣子,身為主角總是要遇些困難的,這"The Drake Breeder' Guild"的博士一開始說沒辦法救,後來就說要主角留下來學東西。(好,我故事講得真爛,反正不是重點)
Geniverse - Google Chrome_017


重點就是這個Geniverse遊戲有四個等級階段,每個階段都有幾個案子(case),而每個案子又會有些挑戰。
Lab - Google Chrome_020

遊戲裡一開始要作的是先辨認哪種性狀是顯性,哪種是隱性。這用下拉式選單可以選來選去作確認。
Lab - Google Chrome_022


還會有些簡單的挑戰來考試,要你配出目標那隻龍的基因型
Lab - Google Chrome_026



遊戲大部分作的都是配種配種配種。左邊是媽媽龍,右邊是爸爸龍,中間是目標要生出的小龍,所以你就得讓牠們產生精子卵子之後,再挑選精子和卵子讓牠們受精。
Lab - Google Chrome_034


有些關卡則是讓你直接挑選父母的基因型,來生出目標的龍。
Lab - Google Chrome_036


最多的畫面就是這樣,給你兩個品種的龍,要你繁殖出一些特別的龍出來。除了一代雜交之外,你常常還得要自交或回交或回交。所以畫面底下特別有個小框框,可以讓你把生出的小龍放在那邊,以便之後用來配種。
選單_061


這樣看圖應該還是看不太懂,所以我作一小段說明的影片給大家看看




如何進行課程
我進行這課程是去借用電腦教室,兩三個人一部電腦來操作。因為這課程要作的是不只是解決任務而已,還要互相討論找出不同的遺傳模式,所以需要小組合作來完成

我進行的時機是考完遺傳之後,要準備進入演化章節的時候,目的是讓學生有「個體差異」、「育種」和「人擇」的概念。進行的時間就只有一節課而已。但我用的其實是Geniverse的簡化版本-Meiosis Lab

這個就簡單很多,只有四個關卡而已,比較難的只有聯會互換的Challenge 4而已。學生玩完這個meiosis lab之後,如果還有時間,我就會要學生玩一下Geniverse的訓練階段(Training)的Case 5: Certification。

在前面單元學的遺傳學法則算是理論,而這個Geniverse或是 Meiosis Lab則就是將理論應用在實際上了(假設你真的是故事主角的話),這個比孟德爾的豌豆要有趣很多,因為是學生自己就可以操作的事情,雖然界面是英文的,不過只要老師示範一下,學生自己看著圖就可以知道怎麼做了,除了那個互換要再講一下就是了。

未來,我甚至想要在講遺傳前就讓學生先玩玩這個。畢竟生物下冊裡很多單元都是沒辦法靠實驗來驗證或說明的。




任務說明

我把Geniverse裡各關要完成的任務寫在這個講義(Google硬碟)上,另外也把內容貼在此。

Geniverse

Training

Case 1: Enter the Drake

playground

歡迎來到龍之飼育員指南,你在這關要完成的是熟悉控制控制各種性狀的等位基因。你可以用按鈕選擇雄龍或雌龍,看看兩者有什麼外型上的不同?注意有什麼性狀是性聯遺傳?
你可以使用下拉式選單選擇不同的等位基因,看看會出現什麼性狀,也請注意什麼性狀是顯性喔!
當你都熟悉了以後,就按下[Bring it On]進入挑戰吧!
以下是幾個你應該要熟悉的英文:(請將顯性的等位基因圈起來吧)
Metallic 金屬/ Nonmetallic 非金屬
Wings 有翅膀 / No wings 無翅膀
Forelimbs 有前肢 / No Forelimbs 無前肢
Hindlimbs 後肢 / No Hindlimbs 無後肢
Nose Spike 鼻刺

Challenge 1: Make a Drake

開始你的第一個挑戰吧,你要在右邊的染色體上選擇正確的基因組合,使你的龍符合左邊的Target Drake,這關一共有三隻目標龍等著你挑戰喔!也別忘了要選擇正確的性別喔,有些性狀可是雄龍才有的
此外要請你特別注意,左下角有個[Goals is 3 Moves],這代表你必須要在三個步驟內完成任務,這樣你才能得到比較好的成績。

Challenge 2: All Together Now!

這關你的目標是要產生三種有翅膀的龍,但是他們的染色體上帶的等位基因模式不能重複。想一想,當表現型是有翅膀時,他們的基因型會有怎樣的組合呢?當你都設定好了之後,就按下左下角的[Reveal All]按鈕吧

Challenge 3: Shiny, Happy Drakes

這關的目標和前一關差不多,你得找出什麼樣的基因組合,可以產生有鋼鐵顏色的龍。老樣子,當你完成後,就按下左下角的[Reveal All]按鈕吧。

Case 2: My, Oh Sis!

Playground

每條龍都是由爸爸龍和媽媽龍生的,爸爸龍會產生精子,媽媽龍會產生卵子。精子和卵子稱為配子,當它們結合之後,精子和卵子內的染色體就會配對了。
這關是要讓你熟悉這個界面,在這個實驗室中,我們有些特別的工具可以讓你看到配子裡的染色體,而且也能看到這些染色體上的等位基因怎麼分佈的。當你把龍拖曳到黃色圈圈之後,下方的視野就會出現這隻龍的生殖母細胞,按下play按鍵,它就會開始進行減數分裂,如果按下end,它就會直接跳到減數分裂的終點,呈現四個子細胞。當你用滑鼠停在染色體上面,你就會看到染色體上分佈的等位基因模式是什麼。而你如果按下retry,則這個減數分裂就會重新開始進行,等位基因可能就會重新分配一次。舉例來說,本來是是A和B兩個等位基因在同個子細胞,a和b在同個子細胞,但是當你重新再減數分裂一次後,可能A和b就會在一起,而a和B也在同一個子細胞。
當你熟悉這個操作方式後,你就可以按下[Bring it on]來接受挑戰了。

Challenge 1: Making Baby

這關的挑戰目標是要挑選正確的配子組合,生出符合中間的Target Drake。你得先把左邊的媽媽龍拖曳到黃色點上(上面標了Mother),右邊的爸爸龍也拖到它下方的黃點上(標示了Father),讓兩隻龍都進行減數分裂後,用滑鼠點合適的配子(卵子和精子)後,中間畫面就會呈現受精的場景,按下end之後,就會開始產生小龍(offspring Drake),小龍出現後,就把小龍拖曳到Target Drake那隻龍上面。你的目標是要生出兩隻符合要求的小龍。

Challenge 2: Pick the Mommy

這關挑戰也是要生出目標的小龍,但是這回有兩個媽媽龍讓你選擇,到底該選哪個才能生出目標的小龍呢?記得,如果產生的配子中,等位基因分佈的模式不如你所願,你可以按下retry,再度減數分裂一次,系統就會隨機再分裂一次。如果你無法看清楚染色體上等位基因分佈的模式,你可以把染色體拖曳遠一點,這可以讓你看得清楚一點。

Case 3: In the Clutches of Drakes

Challenge 1: In the Clutches of Drakes

這關裡頭,訓練者已經挑選了爸爸龍的基因型,而你要作的就是要選擇媽媽龍的基因型,好生出符合要求的小龍。當你挑選好之後,按下Breed,他們會生下一窩20隻的小龍,隨後你再從這窩小龍中挑出符合要求的小龍,拖曳到中間那隻目標小龍上面。

Challenge 2: Still in the Clutches

這關裡頭,訓練者已經選好了媽媽龍的基因型,而你要選的是爸爸龍的基因型,藉此生出符合目標的小龍。只是這關和前一關不同的是,你得在一窩當中就生出這兩種龍!

Case 4: Traits and Mates

Challenge 1: Settle the Argument

你的夥伴發生爭執,他們對龍的遺傳有不同的看法,你得搞定這件事。
Tars說「小龍的基因大多是從爸爸那邊遺傳來的,媽媽那邊的基因遺傳的比較少」
Tamore說「小龍從爸爸和媽媽那邊得到各半的基因」
Zander說「雄龍的基因會比雌龍的基因更強,也就是會掩蓋住雌龍的基因」
Zenda說「雌龍的基因從媽媽那邊獲得,而雄龍的基因從爸爸那邊獲得」
請你進行繁殖實驗,獲得足夠的證據來看看誰的宣稱是對的。當你完成後,請在下面寫下你認為哪個人說的是對的,並寫出你的證據和推理。

Case 5: Certification

Training Level Certification Exam

終於,你要完成第一階段的訓練了,為了要成為正式的學徒,你得通過認證考試。
現在有條雄龍,我們不知道他的基因型,但是我們可以讓他跟不同基因型的雌龍交配,藉著他們的子代性狀來推論這隻雄龍的基因型是什麼。 請你選擇媽媽龍的等位基因之後,按下[Breed],看看小龍的長相後,判斷出爸爸龍的基因型是什麼之後,按下右下角的[Ready to Answer],回答出爸爸龍到底是什麼基因型。確定之後,再按下[submit],如果要回到實驗室,就按下[Return to the Lab]

Apprentice

Case 6: The Horns Dilemma

Challenge 1: How About Those Horns?

成為學徒之後,你有個新任務了,你得解決「龍角的遺傳」問題-有角是顯性還是隱性?你可以試試看各種繁殖實驗,用來得到支持你宣稱的證據。
你必須用以下的規則寫出你的看法:
宣稱(C):我認為有角是顯性/隱性,
依據(W):這是依據....原理,這個原理的內容是...,
支持(B):我做實驗的證據顯示...

Case 7: What Are the Odds

Challenge 1: The Duchess Wants Drake

這是個來自公爵夫人的訂單,她想要找一對龍,這對龍必須可以生出一窩有50%都是有翅膀的小龍。你可以在繁殖實驗後,按下stats看看是否符合50%的要求,確定之後,再按下中間下方的[Submit These Parents]

Challenge 2: The Archduke's Bragging Rights

現在又有個來自大公爵的訂單,他想要一對龍,能夠生出平均25%是無翅的小龍,但這對龍,也必須能生出50%是鋼鐵色(Steel),50%是木炭色(Charcoal)的龍。除此之外,還必須有75%的龍是有前肢的

Challenge 3: Something Fishy

這是個來自皇家漁業的訂單,他們想要一隻鋼鐵色的龍,這樣才好看見牠在水中游,此外牠也必須沒有翅膀。這對父母能不能生出鋼鐵色,又是無翅的龍?請提出你的看法,並寫出你的解釋。

Challenge 4: Mix 'n' Match

其實在減數分裂,染色體配對時,會發生一件有趣的事情,染色體會互換片段而讓等位基因換了染色體,的位置。當你想要互換片段時,請按下[Swap]之後,在染色體上選擇你要互換的片段,然後再選擇紅色標示的染色體部份,這樣就能夠將染色體互換了。請你試試看,這樣是不是就能夠完成皇家漁業的訂單了?

Case 8: A Tale of Three Tails

Playground

有時候一個基因,可不是只有兩個等位基因啊。你現在遇上了一個新性狀-尾巴的形狀,身為一個學徒,請你找出來這些等位基因何者為顯性,哪些組合會產生什麼性狀。當你都弄懂之後,就準備按下[Bring it On]來接受下一關的挑戰吧。
kinked tail 扭曲尾巴
Short tail 短尾巴
Long tail 長尾巴

Challenge 1: Once , Twice, Three Times a Tail

你必須找到正確的父母來生出目標的小龍,你得留意小龍的尾巴長得可都不一樣啊,還有有些是公的,有些是母的啊。

Challenge 2: High Tail it...

請利用繁殖實驗,找出三隻母龍的尾巴基因的基因型各是什麼基因型?

Case 9: Like Father , Like...

Challenge 1: Like Father, Like Son?

你的下個問題是,爸爸能夠將他的鼻刺(nose spike)遺傳給他的小孩嗎?為什麼小孩只會像爸爸呢?
首先,試著從這兩個親代繁殖出目標的小龍,可能同時符合兩個目標小龍嗎?然後,討論你的實驗結果,寫下你的證據和想法。

Challenge 2: No Business Like Nose Business

寫下你的宣稱,解釋為什麼生出的小龍,公的和母的會有不同的鼻刺?(母的才會有nose spike,公的卻都沒有nose spike)
小秘訣:小龍是可以長大再繁殖的,你可以把生出的小龍放在柵欄裡(stable),然後再拖曳到親代的黃點處,讓他們繁殖,當柵欄已經滿了,你可以按下右下角的Remove From Stable把小龍放走。

Challenge 3: Nosy Argument

反駁以下論點
Lucinda說「媽媽有兩個等位基因是有鼻刺(nose spike),而爸爸只有一個,所以總是由媽媽來決定小孩子是否有鼻刺」
Dale說「男生總是從媽媽那邊遺傳到鼻刺的基因,而女生則是從爸爸,這是從他們繁殖的那窩中得到的證據」
Tamora說「沒有鼻刺是因為X 染色體上的隱性等位基因,男生只有一個X染色體,所以男生比較常出現隱性的性狀」
Tars說「沒有鼻刺的性狀是會隨著不同代而改變的,兒子總是和他的父親不同,而女兒總是和媽媽不同」

Case 10: Certification

Apprentice Level Certification Exam I

利用繁殖實驗來決定媽媽龍的等位基因,按下[Ready to Answer]來交答案

Apprentice Level Certification Exam II

你必須用最少的步驟,來生出目標的小龍。這關一共有四個小關卡。

Journeyman

Case 11: Feelin' Hot, Hot, Hot

Challenge 1: Lava Mama

目前為止,你只有看過木炭色和鋼鐵色的龍,但是現在有了一個新的性狀-赤色(Lava),作繁殖實驗,看看到底顏色是怎麼遺傳的,請寫下你的宣稱和解釋。

Challenge 2: Shine On, Copper Drake!

現在有更多顏色了,還多了一個銅色(Copper),請寫下你的宣稱和解釋,說說看這些顏色是怎麼遺傳的?

Case 12: The Right to Bear Armor

Challenge 1: More than Skin Deep

盔甲數量也是可以遺傳的,前面你所玩的關卡,看到的盔甲都是3片的,但其實盔甲也有5片和0片的,請用繁殖實驗回答「盔甲是怎麼遺傳的」,並寫出你的證據為何?

Case 13: All for one and One for All

Challenge 1: One-at-a-time Targets

請繁殖出目標龍!關鍵是目標龍可能會有不同的父母所生出來的,你可以試試自交和回交。

Challenge 2: Three's a Charm

你必須用同一對父母在同一窩裡就能生出這些目標龍。

Case 14: Color My Drake

Challenge 1: Color Comparison

你的龍有一或兩種顏色:灰(Ash)或沙(Sand)
進行繁殖實驗,直到你有足夠的證據可以說明,這些顏色是如何遺傳的。當你準備好了,就前往挑戰2吧。

Challenge 2: A Drake in Shining Colors

你收到龍可以生出金色或銀色的龍,繁殖他們,去找到顏色遺傳的新證據,解決這個顏色遺傳的大謎團吧!

Challenge 3: Color Masterpiece

完成顏色的,身為一個工作人員,你必須發表一份研究在《龍的遺傳學》期刊上,來得到認證考試的資格。你已經有兩隻木炭色(Charcoal)的母龍,他們來自不同的家族譜系,你還有一隻鋼鐵色(steel)的公龍,請進行縝密的繁殖試驗,完成以下任務
提出一篇論文在《龍的遺傳學》上,確認你的宣稱考慮到所有已知的龍的顏色,描述每種顏色的基因型

Case 15: Certification

Journeyman Level Certification Exam

認證考試就是要繁殖出這四種小龍,不用擔心,你不用在同一窩裡生出他們 。

Master

Case 16: Full Armor Jacket

Challenge 1: Product and Serve

這些龍可能會改變你對盔甲遺傳的看法,當你繁殖這些龍,和組員討論 這些性狀的是怎麼遺傳的。

Case 17: Frosty's Fate

Challenge 1: Finding a New Frosty

公爵夫人給了他女兒一個金色的龍蛋,但是發現生出的小龍有很漂亮的新顏色-雪白(snowy white),但是很遺憾的是,小龍意外死亡了,現在伯爵夫人需要安慰傷心欲絕的女兒,所以伯爵夫人需要你再幫他繁殖出新的雪白小龍。現在她已經把金色的爸爸龍和媽媽龍交給你了。你必須要找到一個方法能夠產生雪白(Frost)的小龍,然後提出一個宣稱解釋要如何生出雪白龍。

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