2019年3月22日

用積木程式學與用編寫程式模擬孟德爾定律-來生個孩子吧

居然已經是十二年前的事情了,當時寫了一個小程式來模擬Aa x Aa生很多子代時,顯隱性的比例如何-【 遺傳小程式-來生個孩子吧

今年動腦筋用別種方式呈現,由於學生都學過了積木式編寫程式,如microbit的makecode或是scratch,我想讓學生知道怎麼去編寫程式模擬這個過程,同時也要藉由這個程式來做模擬實驗。

課程中我是採用microbit的線上介面來讓學生使用,但是課程結束之後我才想起,其實用scratch更好用,因為不用另外顯示變數執行結果,畫面即可呈現,可以讓程式短一點。

課程進行方式是先將程式畫面印出給學生看,提問討論讓學生理解各個程式區塊代表的意義,然後就讓學生自己修改程式的執行迴圈數,進行模擬實驗並紀錄在表格裡,看看子代數和顯隱性比值之間的關係。

最後提問一些例子,像是如果要模擬 XY x XX 或是 Aa x aa,要怎麼修改程式,





Scratch的線上連結,按下綠旗即可執行,可以拖動滑桿改變子代數,看結果如何。
https://scratch.mit.edu/projects/296249507/

scratch的積木程式頁面

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以下是microbit的


貼在makecode的java script



let _2smallA = 0
let Aa = 0
let 小孩 = 0
let _2BigA = 0
let 卵子 = 0
let 精子 = 0
function 生小孩() {
精子 = Math.randomRange(0, 1)
卵子 = Math.randomRange(0, 1)
小孩 = 精子 + 卵子
}
input.onButtonPressed(Button.A, function () {
basic.clearScreen()
_2BigA = 0
Aa = 0
_2smallA = 0
for (let i = 0; i < 10; i++) {
生小孩()
if (小孩 == 0) {
_2smallA += 1
} else if (小孩 == 1) {
Aa += 1
} else {
_2BigA += 1
}
}
basic.showString("AA:Aa:aa =")
basic.showString("" + _2BigA + ":" + Aa + ":" + _2smallA)
basic.showString("R=")
basic.showNumber((_2BigA + Aa) / _2smallA)
})




製作細胞分裂減數分裂的黏土動畫

最近幾年都會在教完細胞分裂減數分裂後,讓學生用iPad加上製作Gif的app,讓學生製作分裂過程的動畫。這部分的目的是讓學生能夠理解模型,畢竟光是看課本上的靜態圖片,不一定能看懂那些染色體發生什麼事情。

過去是讓學生用剪紙的方式做染色體,或是有些是用畫圖的來做動畫,不過今年比較不一樣,我想到改用黏土來做染色體,另外底圖則是給學生小白板,用白板筆可以標註名稱和畫出細胞界線。

如果能在學生製作前先給他們看過範例成品,學生的完成時間就能夠比較短,半節課是可以完成的。

除了使用同色的黏土製作染色體外,也可以嘗試將染色體分成兩色,代表父方和母方。有時間的話,甚至可以做出減數分裂後,再試著做出兩方配子結合出新合子的過程。




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2019年3月21日

科學論證:證據分類【世上是否有性狀相同的兩個人】

「世界上是否有性狀相同的兩個人」這個問題是在課本活動裡「我們像不像」之後的討論題目,不過這通常都是以老師講述論點為主。如果要將之修成科學論證的活動,可以利用「證據分類」的方式來進行。


方式是提供已知的事實,讓學生把這些事實分類,判斷這些事實是支持何主張,或是反對何主張。在學生分類完之後,再以討論的方式詢問「為什麼要把這個事實放在支持/反對某主張的證據」,其實這就是在訓練學生進行科學推理的過程。

在判斷與分類證據時,需注意:

  • 有些事實必須和其他事實結合後,才能成為強度高的證據。
  • 有些事實卻可以支持A主張,也可以支持B主張,端看你怎麼詮釋這項事實。
  • 支持A主張的證據,不一定能成為反對B主張的證據
  • 有些事實屬於無關的證據,無法成為主張的證據。


以下是教材,包含十四項事實與一篇文章。在討論證據的推理之後,再詢問學生以這些事實來看,會支持主張一還是主張二。最後再詢問學生,「如果有複製人,那麼根據剛剛的證據來看,那麼複製人與被複製的人是否會有相同的性狀?」

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問題:世界上是否能找到性狀完全相同的兩個人

主張一:世界上不會有性狀完全相同的兩個人
主張二:世界上會有性狀相同的兩個人,例如同卵雙生雙胞胎
支持的證據



支持的證據
反對的證據



反對的證據
從以下事實中,挑選適合且相關的證據填入支持的證據或反對的證據
事實:
  1. 一種性狀由一個或多個基因所控制。
  2. 人類的基因組有兩萬多個基因。
  3. 人類具有23對染色體。
  4. 在形成配子時,染色體會隨機分配到不同配子細胞中。
  5. 每個卵子包含有一套完整的人類基因組 ,包括一個單一的X染色體,但沒有Y染色體。每個精子包含了一套完整的體染色體和一個單一的性染色體X或Y。
  6. 同卵雙胞胎是由一個卵細胞和一個精子受精而來的,受精之後的胚胎分裂成兩個胚胎。
  7. 異卵雙胞胎是由兩個卵細胞和兩個精子受精而來的,各自形成胚胎。
  8. 胚胎在子宮內所需要的營養是由胎盤和臍帶所提供。
  9. 世界人口已在2017年4月24日16時21分(UTC)達到75億人。
  10. 人類的胚胎期開始於受精(精子進入卵細胞),一直持續到妊娠10個月。
  11. 雙胞胎的雙生子研究可用來研究不同對雙胞胎所擁有的不同家庭環境與不同基因的組成對性狀造成的影響:同卵雙生雙胞胎有接近 100% 一樣的基因,也就是雙胞胎兩者大部分的不同點(例如身高、智力等),並非是基因所造成。
  12. 雙胞胎兩者由於在相同時間、地點出生,擁有非常相似的環境因素(例如:子宮環境、 父母教養方式、教育、家庭富有程度、文化等等)。同卵雙生雙胞胎中其中一位有而另一位沒有的性狀為環境因素研究提供了有力的數據。
  13. 近代雙生子研究顯示接近所有性狀都具有遺傳差異帶來的部分影響,有些特徵受到遺傳比較強的影響(例如:身高),有些受到遺傳中等程度的影響(例如:性格特質),而有些有複雜的遺傳關係。
  14. 親代在基因沒有遺傳給後代的情況下,也能影響後代的性狀。對植物、昆蟲、齧齒動物的研究指出,個體在一生中環境和經歷:飲食、溫度、寄生蟲、社會聯繫等都能影響後代的特徵。

【文章】
同卵雙胞胎也許長得很像,但是一項新的研究發現,他們的DNA並不如人們所想的那麼相似。而且,隨著時間增加,每對雙胞胎的遺傳差異也越來越大。最近這個研究除了能讓鑑識人員判斷雙胞胎中是哪一人犯案,也凸顯了人類基因組實質上的多變,即使雙胞胎也不例外。

同卵雙胞胎是受精卵分裂為二的結果,由於他們源自相同的細胞,一般假設他們的身體完全相同,除了由環境因子塑形的特徵,如指紋,以及取決於子宮條件的特徵。

有時候同卵雙胞胎身體的差異非常明顯,譬如其中一人罹患糖尿病,而另一人沒有。美國阿拉巴馬大學伯明罕分校的鄧曼斯基(Jan Dumanski)、布魯德爾(Carl Bruder)和同事,想知道是否是遺傳差異造成這些不同,於是研究了九對同卵雙胞胎,每一對都有一位罹患帕金森氏症或類似的神經疾病。研究人員發現,九對雙胞胎都有遺傳上的差異,而且這些雙胞胎有些基因的份數也不同,例如說其中一人少了一份,或多了數份。

研究人員繼續調查10對健康的同卵雙胞胎,他們彼此之間並沒有明顯可見的差異。但令人意外的是,研究人員已經確定其中一對的一人第二號染色體上少了一個含有基因的片段,而另一人則有。初步的研究顯示,其他八對雙胞胎也有這樣的差異。布魯德爾表示:「我無法告訴你這有多麼令人驚訝。」這些資料發表在3月的《美國人類遺傳學期刊》。

布魯德爾指出,他們使用的基因組分析方法,只能找出相對較大的改變,大約15萬個DNA鹼基長。他猜測解析度更高的技術,將可揭露所有的同卵雙胞胎都有基因份數的差異。這些差異一般發生在雙股DNA解開的時候:修補的過程可能漏掉某些基因,或插入額外的片段。

第二號染色體少了一部份的那名雙胞胎,只有約75%的血球細胞有這樣的缺陷。這意味著基因數目的改變發生在相對的生命晚期,因為一般推測,在早期胚胎發育期間發生的變化會影響所有的組織。不過,目前科學家還不確定這種改變出現的時間點及頻率。

不過布魯德爾也強調,儘管同卵雙胞胎的遺傳組成並非完全相同,但也差不了多少。因此,比較同卵雙胞胎以尋找環境影響所形成差異的研究,應該繼續下去。而找出雙胞胎間的遺傳差異,將對辨識疾病相關基因幫助極大。布魯德爾解釋:「如果你比較的不是雙胞胎,其中一人生病而另一人沒有,有太多其他的差別需要先釐清。但如果是雙胞胎,要找出哪裡不同就容易多了。」另外,美國哈佛大學的達納–法伯癌症中心細胞遺傳學主任李(Charles Lee)表示,雙胞胎的研究,現在或許可用來探討環境因子如何影響人的基因組。

關於連同卵雙胞胎的遺傳組成都會隨時間逐漸產生差異,布魯德爾表示:「這表示我們的基因組遠比我們所想的更富於變化,基因組不停在改變,不論是朝好的方向或壞的方向。」布魯德爾和研究夥伴目前正在研究,究竟是個體身上所有的細胞都有相同的遺傳組成,還是像雙胞胎那樣發生變異,每個人的身體都像馬賽克圖案那樣,有不同的基因組成。【科學人2008 年第 076 期 06 月號】



春分立「畚斗」見影量經緯度

隔了九年,終於再做了一次這個活動【冬至中午,立竿見影測經緯,算地球周長】。不過改成是春分測量了啊。而且這次是叫學生拿畚斗啊!









給學生的單子是這樣的

冒險家的姓名:

身為冒險家的你搭乘『吱呦幫』飛機墜落光華百慕達,在2019321日春分時,你該怎麼知道光華百慕達的經緯度呢?答案就是立竿見影!
1.太陽過中天子午線(天上正北正南的連線)的時候,杆影最短,且杆影指向          
2.請由竿影最短的時間,求出光華百慕達的經度。由太陽過中天時的杆長與影長,如何求得當地緯度?下面這張圖可以給你提示。

竿長=
最短影長=
出現最短影長的時間:
竿長/影長=
太陽仰角=                       (用下頁查表換算)
所在地緯度=90-太陽仰角=
所在地經度=                     (用最短影長時間換算)

太陽在2019/3/21日過東經 120 度子午圈之時間是 12:07:21而地球自轉一圈為24小時,每圈為360度,意即地球每分鐘轉0.25度。在東經120度往東的地點,太陽過中天的時間會更早。
例如,如果最短影長出現在12:06:21,比12:07:211分鐘,則代表所在地在東經120度往東0.25度,則所在地經度是120.25 E

另外一張則是竿長和影長的三角函數查表。




使用畚斗來做的話,準確度不高,緯度誤差很大,但至少可以看出最短影長的時間。未來再進行時,可能還是使用籃球架比較好,但是得先測出籃球架高度。

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