Тренажер для решения задач по генетике

Введение

Идея задачников в виде таблиц не нова. Их использование практикуется во многих школах при изучении химии, физики и других “точных наук”. Задачник по генетике, оформленный в виде таблицы, я обнаружил в книге Г.М. Муртазина “Задачи и упражнения по общей биологии” [1]. В то время, около 15 лет назад, когда полки книжных магазинов провинциальных городков не ломились от обилия товара, а учебная и методическая литература была на вес золота, такая находка стала для меня настоящим открытием. Основное достоинство задачника в виде таблицы - компактность, что позволяет размножить его для использования учащимися на уроке и дома.

Обеспечение учащихся таким типом материала актуально и сейчас, так как количество задач в учебниках явно недостаточно для выработки навыков решения даже основных типов, не говоря уже о задачах на взаимодействие генов, сцепленное наследование и т.д., а сборники задач по генетике есть только у небольшого количества детей в классе (да и то не всегда).

Шли годы, и замечательная таблица, найденная мной в старой методичке и направленная на решение задач только одного типа (дигибридное скрещивание) , постепенно видоизменялась, дополняясь новыми данными, пока не превратилась в тот вариант, который я предлагаю Вашему вниманию. То, что получилось в результате, нельзя в полной мере назвать задачником. Это своеобразный тренажер, позволяющий учителю выработать у учащихся устойчивые навыки решения генетических задач основных типов. Он ни в коем случае не является альтернативой существующим задачникам, и может применяться только параллельно с ними. Данное ограничение связано прежде всего с тем, что в тренажере нет самого главного - условия задачи, поэтому работа с тренажером несет скорее механический, а не творческий характер. Второе ограничение вытекает из первого: все задачи тренажера “прямые” (или “основные” по определению Госстандарта), т.е решение направлено только на вычисление генотипов и фенотипов потомства по известным генотипам родителей.

Структура тренажера

Вариант для учащегося <Приложении1> представляет собой лист бумаги формата А4, сложенный пополам (для удобства использования: ученики вклеивают его в свои рабочие тетради), содержащий взаимосвязанные таблицы (таблица 1, 2, 3) и дополнительную таблицу наследования признаков нескольких организмов. Вариант для учителя <Приложение2> состоит из нескольких листов формата А4, первый из которых дублирует тренажер ученика, следующий содержит таблицу кодов задач, на остальных листах – таблицы с ответами.

Работа с учащихся с тренажером

С данной работой справляются все, даже самые слабые ученики, и занимает она всего несколько секунд.

Итак, рассмотрим три взаимосвязанных таблицы из тренажера, предназначенного для учащихся. В целях экономии места они приведены частично, полный вариант в <Приложении1>.

Таблица 1

С помощью этой таблицы ученик формирует данные о генотипах родительских организмов, где верхняя строчка каждого номера (назовем этот номер кодом) – генотип по первой паре генов, вторая – соответственно по второй. Для моногибридного скрещивания берем только верхнюю строчку каждого номера.

Пример 1:

Код задачи 43, предположим (пока не познакомились с таблицей 2), что скрещивание моногибридное.

Согласно таблице 1, генотип первого организма гетерозиготный (цифра 4, верхняя строка), второго – гомозиготный доминантный (цифра 3, верхняя строка).

Пример 2:

Код задачи 43, пусть это будет дигибридное скрещивание.

Генотип первого организма:

• по первой паре генов гетерозиготный (цифра 4, верхняя строка);
• по второй паре генов гомозиготный доминантный (цифра 4, нижняя строка).

Генотип второго организма:

• по первой паре генов гомозиготный доминантный (цифра 3, верхняя строка);
• по второй паре генов гомозиготный рецессивный (цифра 3, нижняя строка).

Таблица 2

Таблица предназначена для определения типа скрещивания и буквенного обозначения генов, отвечающих за проявление конкретных признаков (они в таблице 3). Для некоторых типов наследования приведены фенотипические проявления данного признака, если в результате скрещивания появляется новое фенотипическое проявление.

Если код задачи на моногибридное скрещивание в задании ученика выделен курсивом, то задача будет на неполное доминирование.

Пример 3 (связываем данные таблиц 1 и 2) :

Код задачи в43

буква в (см. таблицу 2) – классическое дигибридное скрещивание, без сцепления и других “наворотов”;

ген, отвечающий за проявление первого признака, обозначен буквой А , за проявление второго – буквой В;

цифры 43 – генотипы родительских организмов – определяем по таблице 1 (см. Пример 2).

В результате получим:

Дано:

Р АаВВ х ААвв

Таблица 3

Данная таблица предназначена для окончательного формирования условия задачи и содержит указания на:

• “главное действующее лицо” процесса скрещивания. Классический пример – дрозофилу – учитель может заменить на любой другой организм (хоть на тех же “Смешариков” из детского мультфильма – это не имеет значения), но признаки и их взаимодействие придется подбирать в соответствии с организмом и научными данными. Важно акцентировать внимание детей на слове “модель”: ведь мы проводим скрещивание “на бумаге” и получаем “бумажный” вариант ответа, а в настоящих опытах результаты могут отличаться от наших расчетов (сохраняя при этом статистическую закономерность наследования данного типа).
• конкретный признак, соответствующий гену из таблицы 2 и формы его фенотипического проявления.

Пример 4 (связываем данные таблиц 1, 2 и 3) :

Код задачи в43

В результате работы с таблицами 1 и 2 мы практически сформировали условие задачи

(см Пример 3). Дополним его данными из таблицы 3:

• ген А “отвечает” за окраску тела, и фенотип первого родителя по этой паре генов будет представлен белой окраской (т.к. генотип гетерозиготный), окраска тела второго родителя также будет белой (гомозиготный доминантный по первому признаку);
• ген В формирует цвет глаз нашей модели. У первого родителя глаза будут красные (гомозиготный доминантный по второму признаку), у второго – белые (гомозиготный рецессивный по второму признаку).

Запись в тетради учащегося:

в43 Дрозофила

Дано:	Схема скрещивания
А – белая окраска тела а – черная окраска тела В – красные глаза в – белые глаза Р АаВВ х ААвв	Р Аа   ВВ    х       АА   вв       бел.  красн.           бел. бел.
F1, F2 -?

Таким образом, мы получили обычную генетическую задачу.

Использование тренажера учителем <Приложение2>

Одна из основных таблиц в варианте для учителя – таблица кодов задач, представляющая собой столбцы с указанием типа наследования и строки, содержащие код номера задачи. На пересечении столбца и строки получаем полный код задачи, например а47. Таким образом, таблица содержит ячейки для всех задач тренажера (их 810). В каждой ячейке может быть записана следущая информация:

• вариант решения задачи (об этом немного ниже);
• пометки учителя типа: дз (задача задана на дом), инд№ ... (задача дана конкретному ученику с порядковым номером согласно журналу), зач (задача входит в зачетную работу) и т.д.

По мере решения задач учитель зачеркивает или закрашивает соответствующие ячейки, что позволяет видеть только номера еще нерешенных задач. Используя данную таблицу, учитель составляет индивидуальные и фронтальные последовательности, делая при этом пометки в соответствующих ячейках.

Вторая таблица включает в себя ответы на задачи.

Вероятно, вы Вы заметили, что номера родительских генотипов в таблице 1 ученического тренажера дублируются. К примеру, задачи а11, а12, а13 и т.д. абсолютно одинаковы. Кроме того, одинаковыми будут задачи любого типа наследования с номерами 12 и 21, 13 и 31 и т.д. Даже для дигибридного скрещивания таблицу 1 можно было бы сократить до 6 строк (а для моногибридного до 3), но таким образом резко уменьшилось бы количество задач каждого типа, и индивидуальая работа детей была бы невозможной. Таким образом, 81 задача на моногибридное скрещивание – это на самом деле всего 6 одинаковых задач, только с разными номерами. Одинаковые задачи объединяются в “варианты”. Итак, таблица ответов на задачи состоит из номера варианта и его решения. Номер варианта для каждой задачи включен в соответствующую ячейку кодов задач. Это удобно, когда подбираешь индивидуальные последовательности: сразу видно, какие задачи включать в последовательность, чтоб они не дублировались. Это помогает при проверке задач учащихся: по коду задачи в таблице кодов смотрим, к какому варианту она относится, в таблице ответов находим этот вариант и видим готовый ответ.

В <Приложение2> содержатся решения только на задачи по моногибрибному полному наследованию. Соответственно, и варианты в таблице кодов проставлены только в ячейках для столбца а. Во-первых, это связано с ограничением размера публикуемого материала. А во-вторых (знаю по собственному опыту), учитель будет использовать только тот материал, который он “прогнал через себя”, в котором есть и его собственный вклад. Надеюсь, что любой учитель биологии при желании сможет вычленить варианты из задач на конкретный тип наследования и самостоятельно дополнить таблицу ответов и таблицу кодов необходимыми данными.

Подводя итог, хотелось бы сказать, что данный тренажер – это тот случай, когда легче показать, чем объяснить. Распечатайте таблицы из приложений 1 и 2, положите их перед собой и еще раз внимательно прочитайте мои объяснения – поверьте, все сразу встанет на свои места.

Методика использования тренажера в учебном процессе

Работу с тренажером рекомендую начинать в 9 классе при изучении основ генетики. На первом уроке после выяснения закономерностей наследования на примере менделевского гороха выдаю детям тренажеры и показываю принцип работы с ними. Две-три задачи решаются фронтально у доски с подробным объяснением (и корректировкой учителем), затем – самостоятельная работа.

Здесь все зависит от фантазии и творческого подхода учителя. Предложу лишь несколько вариантов.

1. Классический

На листочках, которые раздаю детям – последовательности кодов задач, у каждого учащегося своя последовательность. Например: а12 > а24 > а57 > и т.д. Обращаю внимание не только на количество и качество решенных задач, но и на соблюдение правил оформления (к этому необходимо приучать детей с первого урока). Последовательность можно выстроить по усложнению (каждая следующая задача сложнее предыдущей) или дифференцировать последовательности отдельно для слабых и сильных учащихся (это особенно актуально при решении задач на взаимодействие генов и сцепленное наследование в 10 классе).

Количество задач в данном тренажере перекрывает потребности в индивидуализации даже для классов из 30 человек. А то, что задачи у всех практически одинаковы, ученики, как правило, не замечают: номера-то разные, да и невозможно искать по классу похожую задачку, когда каждый занят своим делом.Таким образом исключается возможность списывания.

2. Геометрический.

Наверняка вы видели такие задания в детских журналах: “Соедини точки по порядку и получится рисунок...”. Около точек вместо цифр напишите коды задач, и тогда при решении последовательности у ученика появится картинка. Попросите у учителя информатики такие рисунки, они использутся при обяснении алгоритмов на примере объектов “Робот”, “Чертежник”, “Черепашка” и т.д. Такой вариант возможен в качестве индивидуального домашнего задания.

Готовое задание на рисование этой рыбки и несколько простых рисунков такого типа Вы найдете в <Приложении3>.

Задание “геометрического” типа

Результат выполнения задания

2. Художественный.

На листе бумаги нарисуйте, к примеру, стилизованный силуэт птицы и рамочку вокруг него (пусть это будет яйцо, в котором сидит птичка). Разбейте рисунок линиями на несколько (не очень большое количество) частей. В каждую часть впишите код задачи таким образом, чтобы задачи с одним типом расщепления были внутри птички, а с другим –снаружи. Нарисуйте под “получившимся непонятно что” легенду, как в MS Exel: какому типу расщепления какой цвет соответствует. Решая задачи (теперь уже в произвольном порядке) и закрашивая в определенные цвета части рисунка, ученик при правильном решении всех задач получит раскрашенную картинку (в данном случае птичку внутри яйца). Такое задание может включать сразу несколько типов задач, и тогда рисунок может быть разноцветным. Рекомендую в качестве единого домашнего задания на протяжении изучения всей генетики или нескольких связанных тем (например, на взаимодействие генов). Готовое задание с рисунком этой птички внутри яйца и несколько силуэтов для составления заданий такого типа находятся в <Приложении4>.

Задание “художественного” типа

Результат выполнения задания

Заключение

Данные для составления таблиц накапливались в течение многих лет. Приходили бывшие ученики – сегодняшние студенты медицинских ВУЗов и училищ и приносили нестандартные, оригинальные задачи, много сведений было взято со старых ВУЗовских учебников и лекций, помогли различные сайты, посвященные биологии. К сожалению, информация об этих источниках не сохранилась, поэтому, заочно благодаря тех, чьи данные были использованы при разработке тренажера, я приношу свои извинения за невозможность размещения ссылок на источники.

Стараясь быть максимально точным с точки зрения биологической науки, все-же не могу гарантировать их 100% точность и соответствие реальным данным. К примеру, не удалось найти достоверных сведений об эпистатичном взаимодействии генов дрозофилы, под вопросом остается группа сцепления генов ВG. Но, на мой взгляд, эти недочеты не имеют фатальных последствий. Все-таки средняя школа – не аспирантура, да и большинство учителей не являются профессорами и докторами наук. Использование данного тренажера помогает ученику научиться решать простейшие генетические задачки, и только. А точная наука может подождать до тех пор, пока Ученик станет известным Ученым.

Литература

Муртазин Г.М. Задачи и упражнения по общей биологии: пособие для учителей. М.: Просвещение, 1981.