高三生物多樣性

我還滿喜歡這個設計的

讓學生自己選一個生物，收集資料，推敲出答案，然後提出建議與行動方案。

比以前好玩多了～

108高一生物-從孟德爾到各種遺傳模式

前半段，「從細胞分裂到孟德爾」在這裡http://montanahanbio.blogspot.com/2020/04/108.html

接下來是這一篇
首先，帶著學生看海報牆。說明我們接下來在段考前，會慢慢地把這幾張海報上的內容學完。我們會一節課一節課慢慢把觀念加上去，所以不會很難。但如果中間觀念沒搭起來，後面就全部沒辦法了。
每一節可都會有很多時間讓大家討論，我也會下去走。有任何覺得自己有點卡住的都一定要把我攔下來。

（以下的活動都是在計算。因為計算的過程可以讓學生和老師發現有沒有錯誤概念，所以目的並不是「計算」，而是發現迷思概念。）

 

第一堂課 分離律及獨立分配律

首先我們要來看看一個悲慘家庭的故事

以前學過孟德爾對吧，他做了什麼事情呢

種豌豆

他種豌豆發現一些事情，但他其實不是生物學家欸

所以他的思考方式跟生物學家不太一樣 大部分生物學家想要解決生物為什麼小孩跟媽媽會像

但是想要一次解決這個問題 不過問題太複雜，所以一直無解

孟德爾是這樣想的，他想看看這組資料可以解決哪個部分的問題，就先解決那個部分。

用這張海報回覆同學的記憶，也強調我想強調的。

孟德爾從做的實驗發現，每個生物的某個特性是由一對東西決定的（用手比劃）

一個來自於爸爸，另一個來自於媽媽

我的這對東西在形成精子或卵時，會分開，所以我的小孩只會得到我的這一對的其中一個。

這是我們以前學的對吧？這叫做分離律。

不過孟德爾還發現另一個現象。

就是如果當我們同時看兩對的時候，這兩對分離到精子或卵的時候，互相不會影響喔

其實應該正常人聽不出來這有什麼好講的。阿不就這樣嗎，不然呢。

所以用這張海報先說明內容。

假設我們同時看兩對因子，那麼Aa會分開，A、a分到不同的精子。Bb也會分開，B、b到不同精子。

如果Aa的分開與Bb的分開是不相干的兩件事，我是一顆精子，有沒有規定我拿到A之後，一定要拿到B？所以（手一定在海報上對應的位置），會有這四種配法，對吧～

這個呢，叫做獨立分配律，就是兩組的分離都各自不相干。

那如果「相干」，會是什麼情況？

問學生，如果A一定跟B分到同一個精子，那結果會有什麼不同？

接下來，一起來試試看用獨立分配律。

我們看一個悲慘家庭的故事。

在這個白板上可以一起給學生性狀、遺傳因子、基因型與表現型的概念。

但我沒有特別講個別的定義，而是在學生討論時，如果有疑問，才會對提問的學生特別說明。

因為這不是很難以理解的東西，但特別介紹四個名詞的意義會破壞上課的節奏。

畢竟。

我們正要看他們家為什麼很悲慘嘛!

用白板的上半部介紹完兩組性狀，及遺傳因子後問學生AA、Aa、aa的表現型。B也如法炮製。
（我知道身高是多基因遺傳的例子，在這邊是故意用身高）

接下來看白板的下半部，問學生這個家庭的爸媽的表現型是什麼？
請他們看看這對父母的精卵會帶有哪些組合，生下來的小孩會不會有又矮又醜的（好悲傷）

會有一些學生能夠直接說會有機會有又矮又醜的，但機會高不高呢？
會不會有又高又帥/美的呢？機會比又矮又醜的高嗎？

這節課剩下的時間很多，就是讓學生試著做做看。

學生會有幾個主要的問題或疑問。要等他們提出時在個別解釋。解釋過一次後，如果其他同學還有同樣的問題，就去問第一個問的同學，讓第一個問的同學練習解釋。

學生最常有的問題是
1.分離律跟獨立分配律很像，有什麼不一樣？有什麼關聯？（這個通常會是學生主動問）
2.胡亂套用棋盤方格法，像下面這個（這個通常會是我下去巡，或是學生做到一半，發現跟同學的解法不一樣，拿筆記來問我）

跟學生討論的時候有很多要注意的～
因爲剛好這兩個問題起因於重要的迷思，而且直接說明並不太有用。


第一個問題，比較簡單
「1.分離律跟獨立分配律很像，有什麼不一樣？有什麼關聯？」
這個問題很有可能是學生被「分離」跟「分配」兩個詞給搞混。比較難的是「分配」這個概念。
因為第一個「分離」是以「被分離」的細胞當主體，也就是分離的「起點」。
但是「分配」的概念，是以分配的「終點」來看的。
沒有特別提的時候，學生不一定會注意到。沒注意到的話，就會有點卡住。

所以桌上畫兩個圈圈，拿一對顏色不同的筆，分到兩個圈圈。這是分離律。
再拿兩個顏色不一樣的板擦，讓學生分到圈圈裡。這也是分離律

接下來看圈圈，有沒有其他的分法？
讓學生自己分出不一樣的組合「以後」，問他們為什麼可以有不同的分法。
引導出因為分粉筆跟分板擦是不相關的事情。
然後帶學生看分配是在描述「結果」

第二個問題，很重要，也很常見。是沒理解分離律的重要表現。
「胡亂套用棋盤方格法」
這表示在國中，學生只學到「分開」這個「步驟」，但並不知道那代表什麼。
所以要再回去看一對因子用棋盤方格法的時候，把精子與卵的形狀畫在格子裡。
然後問學生AaBb的個體，精子會有哪些，讓學生自己找出四個精子以後，問他棋盤方格會長起來什麼樣子。
讓學生以卵當練習以後，再看一次新的棋盤方格與原先的棋盤方格為什麼不一樣

記得要求來問的學生在筆記上開一頁寫這個部分的討論與思考


會有一些學生直接用比較快的算法，就是先將性狀分開討論，再合併。
也就是生物老師會用的，先把Aa x Aa算出來，也把Bb x Bb算出來，再合併計算。
可以跟全班說有幾位同學的算法不一樣，但好像比較不會漏掉，請大家可以去問問看。

這一類的學生可能無法解釋很清楚「為什麼這樣算也可以」，因為很可能是直覺可以這樣算。所以請他們解釋的主要功能會是對其他的同學有挑戰的效果。但是對會這樣算的學生並不一定會覺得有收穫，所以可以給他們下一階段的任務，第一個可以問某種組合的機率（我發現這一屆的高一相對來說，對1:2:1之類的比較不熟悉）
比較好（也比較難）的或是問他們「兩種算法算的目標有什麼不同？」

學生不一定可以聽懂這個問題，所以要給一些線索。
1.原來的算法是先算出配子基因型有哪些，再去看受精後的組合，最後找到重複的
2.那新的算法算的有哪些？順序是什麼？
3.新的算法為什麼好像不需要找重複的？


讓各組將自己的算法畫成海報，找典型的算法與算法不同的組上台分享

最後是我幫大家再梳理一次剛才「同學上台說的」兩種算法，而且可以帶入上次的乘法原理，看看機率怎麼輕鬆的算出來

第二節課 多基因遺傳

第二堂課帶大家回顧上節課悲慘家庭

問學生如果身高是這樣的遺傳方式，那麼我們會有幾種身高？

學生會發現只有兩種（當然他們上一節就有發現，只是不想點破老師哈哈）

但顯然我們不是只有兩種身高，所以我們的身高是怎麼遺傳的呢

是一種叫多基因遺傳的方式，帶著學生看多基因遺傳的海報。

簡介完定義與顯性因子的數目才是決定表現型的特性後，就可以帶學生算剛剛那個悲慘家庭了

先寫出父母的基因型，讓學生判斷是各有多高，然後問學生有沒有機會生出150公分的小孩。看看學生的反應，如果有好幾個都說有，那就可以放學生去算算看（因為至少有其他學生可以去問的對象）下面的問題

1. 小孩有幾種身高
2. 最高的小孩有多高？機率有多少？
3. 矮於155公分的機率有多高？（好悲慘歐歐歐）

在幾種身高部分，會有學生試圖以上個階段的方法去算出所有基因型，然後才去看身高有幾種。這個就是沒有發現其實只要把握住「多基因遺傳是由顯性因子的數目決定表現型」，以的重要關鍵。

進度比較快的學生，可以問他

1. 如果以各種身高來看，機率最高的是哪個身高，最低的是哪個身高？
2. 如果畫成橫軸是身高，縱軸是機率的話，會長什麼樣子？

第三節課 複等位基因、等顯性、半顯性

一樣用海報說明複等位基因的遺傳模式，用ABO血型中的等位基因來做例子。

接下來簡單說明等顯性與半顯性。

主要的活動是小組要討論下面的問題

ABO血型中

1. 哪個部分是複等位基因遺傳
2. 哪個部分是等顯性（不完全顯性）遺傳
3. 哪個部分是顯隱性（完全顯性）遺傳
4. 為什麼不是多基因遺傳

討論完的來跟老師確認

然後就可以來驗自己的血型（在一開始的時候就要宣布，而且我們驗的比當初父母跟你說的準！如果不一樣，絕不是大家想的原因，而是你有特別的ABO血型！）

第四、五節課 檢驗自己的理解

我們用小考考卷，先挑十題分離律、獨立分配律的題目。

每個人自己算完後，去找另一個同學討論。答案不同的，要達成共識，答案相同的，算法有什麼不一樣。

老師公佈答案

再一節課把考卷的剩下題目用一樣的流程寫完。

高三遺傳-連結基因表現、族群遺傳

每一屆到了這個章節都特別感嘆與開心。

教了三年的內容，終於來到我的本行啊。

族群遺傳。

放在三年學習的最後，總是有特別原因與意義的。

演化是最難的概念。

因為看不到、摸不到，也永遠無法重現。

因為是來自分子、細胞、個體、族群與環境交互作用的結果。

因為探討的環境尺度可小到公分，也可以大到整個地球。

要整合這麼多認知，還要找到合理的觀察指標，超難的。

第一節課的主軸是讓學生連結之前學的基因表現、突變的機制與族群中的遺傳變異，當然，還有。。。哈溫定律。。。這個萬分有趣的「定律」。

先告訴學生這節課的方向

我們是用ABO血型這個大家熟悉到不得了的題材。

小學生就知道的ABO血型是諾貝爾獎喔！而且是經過二十多年的研究才比較知道呢。關於ABO血型，現在也還是有很多沒有研究清楚的問題～

來調查班上的ABO血型人數與比例，可以一直用到單元結束！

班上的血型比例跟全世界來比，有一樣的趨勢嗎？

這張圖說的是全世界各地O型人的比例。

先帶學生看圖說。然後看超沒有設計概念的圖例，為什麼比例的多寡跟顏色完全沒關聯呢？看哪個地方最多，讓學生天馬行空想想可能的原因有哪些～

這邊可以在學生提出可能的想法時，引導學生加入曾經學過的地質變化，看看自己的想法有沒有被支持。老師要記得不要判斷答案對錯，只要讓學生發現自己的想法是否有其他資料可以支持，或是相矛盾就好。

O型的比例，跟我們班的數據接近嗎？可能的原因又有哪些呢？

 

真的來認真看一下ＡＢＯ血型

ABO血型的抗原到底跟基因的關係是什麼？

雖然之前有講過，但是當時的重點都在抗原。所以今天在講不同對偶基因導致有不同的酵素。

那麼，i基因到底是什麼？為什麼跟IA在一起的時候，i的表現會被隱藏起來呢？
隱性對偶基因為什麼是隱性？

在這邊的討論，主要是希望他們用上一節課學的「核苷酸的增減會導致轉譯框移突變-->轉譯產物改變」來解釋國中與高二階段學到的Ａa。

所以給大家幾個題目去討論。

「其中IA是什麼？i是什麼？」學生會再問清楚問題本身的意思。

所以我會再口頭說明（因為如果直接寫在投影片上太多字）

-->為什麼IA會合成乙醯半乳糖胺轉移酶，而i不會？i發生什麼事了？

學生會急著查網路，但我會說別急著查網路，你都學過了，試試看～～

誰說高三在這個階段就不投入學習？

最後會有學生推出來可能是核苷酸的改變。

也許會有學生問這個想法有被證實嗎？（超好的提問，不是嗎？）

就可以提供查到的資料讓大家看。學生會很開心自己想到正確答案

montanahanbio.blogspot.com › blog-post_9730

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第二節課

生物學家總是嘗試解決看不到的問題。

例如基因。

其實，基因是看不到的。

就算我們把整條ＤＮＡ的所有核苷酸序列都放在眼前，還是不可能知道哪一段是「基因」。

要經過細胞的轉錄與轉譯後，是否會產生多肽鏈產品（或特定的RNA產品），才能反推回去那一段是否是基因。

要看到轉錄與轉譯是尺度問題而已，如果我們縮得夠小，也許我們能在細胞中「看到」轉錄與轉譯。

但是。演化。真的是無論如何看不到了。因為演化是隨著時間過去，集體的抽象特徵發生改變。

「結果」沒辦法用眼睛盯著看，「過程」又隱含在個體的行為背後，「機制」更是埋在過程裡面。

所以，說起來，演化若要作為一個科學研究的學門，研究方法的哲學是（也必然是）奧秘而美妙的，但又符合當代科學的概念與精神。

 作為一個研究領域，「到底要研究什麼」是第一關鍵。

演化看的是生物的整體特徵，本來就不是一個具體的「東西」。就像生物課本中的細胞一樣，沒有一個細胞長那個樣子，是整體來說有那些特徵。

所以演化到底要研究什麼呢？要觀察「什麼」的改變呢？

如果我們暫時不考慮「生物是被創造出來，且沒有改變的」這個假說，就姑且相信目前「生物回隨著時間改變」這樣的想法。

演化就是「生物物種的整體特徵隨時間發生變化」

經過達爾文時代的探討，在邏輯上也很合理，

演化可以將焦點放在「生物物種的整體可遺傳特徵由環境篩選發生變化」

而在現代遺傳學的研究後，我們可以用「生物物種的可遺傳特徵由基因決定」來讓這個焦點的解析度提高。

所以，綜合上面三點，現代演化學家可以觀察「生物族群中基因頻率隨時間的變化」，來一窺演化的發生。

我們不能說看基因頻率的變化就是看到演化，但是如果連最能掌握的都研究不出來，那更複雜的也就別提了。

這個把演化的焦點縮小到族群的「微演化」研究，是我們解答「巨觀演化」的基石！

到底「基因頻率改變」是甚麼概念呢？

我沒有先講定義，而是直接用ABO血型作為例子。

假設有十個人，他們的ABO基因型像圖上一樣，一共有幾個控制ABO的對偶基因呢？

這邊要記得讓學生算。

那有幾個i呢，比例是多少？（同樣問IA、IB）

如果這組人的細胞經過減數分裂以後，所有的IA、IB、i都分散在精子與卵中。

理論上，受精的過程就像隨機抽兩個，ｉ最多，互相碰到的機率會最高，IB最少，互相碰到的機率最低。

但不論怎麼抽，抽出來的IA、IB、i的比例應該都跟原來一樣對吧～

所以如果發生像圖右邊的比例變化，我們就可以合理懷疑由什麼事情使得抽的過程變得不是隨機了。

如果有不隨機的事情發生，才是我們期待的。因為有變化才叫做有演化，有演化我們才能研究為什麼啊。

如果都沒變化，那要研究什麼呢？對吧！

這邊呢就要介紹一個有趣的「定律」

我們學過哪些物理化學的定律呢？問學生。
這些定律都是用來遵守的，對吧？能量守恆、虎克定律、冷次定律.....都是用來說明自然界的現象會遵守這些定律

但我們這個定律是用來違反的，哈哈

內容到底是什麼呢？

在這幾個條件下，上一代顯性/隱性對偶基因佔的比例，理論上應該跟下一代一樣。

而且還可以預測下一代的基因型比例理論值。

但重點來了，這些理論值永遠都不會發生啊啊啊。

學生會嚇一跳呢哈哈哈。

為什麼呢？？？？？（拜託等學生想）

學生可以想出來是因為一開始的假設不會完全成立啊。

如果學生沒回答，通常是因為不敢講出來。

所以可以給學生一些勇氣。

老師可以問，如果有一個理論說，在這些條件成立下，會有某種規律。

那麼我們沒看到這個規律的原因會是......

這麼一來，學生會比較有把握他想的是對的！

而且，美妙的是，我們期待看到「實際值不符合理論值」。

因為這樣就可以根據研究的基因與一開始的條件，一個一個去研究到底是什麼「讓演化發生！」

所以我們來看看我們班的ABO有沒有演化吧

帶著學生算我們班的IA、IB、i的對偶基因頻率

利用哈溫定律計算理論值，如果相同的對偶基因頻率是隨機組合的化，應該有的血型比例是白板上的理論值。

在這邊就用ＡＢＯ血型簡單介紹五個會影響對偶基因頻率的因素。

然後提供全台灣的對偶基因頻率，請各組針對五個因素，分別思考在新竹有哪些事件會造成這些因素成立，然後每組分享一個囉。

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第三節課，真實案例的探討（對，畢業考前兩週我還在搞這個）（而且學生很愛）

最後，我們用新竹區盛行率高於台灣其他地區的兩種遺傳疾病當作案例，請各組就其中一個病症去收集資料，提出自己的看法

1. 怎麼造成的?是隱性還是顯性遺傳疾病?是體染色體還是性染色體遺傳?
   原本的等位基因功能是什麼?
   引發症狀的等位基因怎麼出現的?
2. 根據台灣的盛行率及帶原率來計算，致病等位基因在台灣的頻率為何?
3. 根據新竹的盛行率及帶原率來計算，致病等位基因在新竹的頻率為何?
4. 目前常用的解釋為何?
   根據這個解釋，新竹區的致病等位基因頻率在時間為橫軸的圖上應該有何種變化?
   實際上的變化有相同的趨勢嗎?如果不同，可能原因是什麼?
5. 有哪些措施可以降低這兩種疾病在新竹區的盛行率?