SKKN Vận dụng kiến thức toán học để dạy một số dạng bài tập môn Sinh trong ôn thi đại học

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: " VẬN DỤNG KIẾN THỨC TOÁN HỌC ĐỂ DẠY MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP MÔN SINH TRONG ÔN THI ĐẠI HỌC" Trang 1 A. ĐẶT VẤN ĐỀ Toán học là một môn khoa học cơ sở, là tiền đề của các môn khoa học khác. Do khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học, toán học được mệnh danh là ngôn ngữ của vũ trụ. Hiện nay lý thuyết toán học đã được tích hợp vào nhiều môn học nhằm góp phần nâng cao tính chính xác, khoa học, giúp học sinh dễ tiếp thu, tăng khả năng tư duy lôgic. Việc sử dụng toán học trong dạy học hiện nay đang trở thành xu thế phổ biến. Trong kỳ thi đại học với hình thức trắc nghiệm khách quan, số lượng câu hỏi bài tập trong đề thi môn Sinh học chiếm 20 – 30%, do đó việc học sinh giải nhanh và chính xác các câu hỏi bài tập là rất cần thiết. Vậy làm thế nào để giúp học sinh làm bài thi đại học một cách hiệu quả? Xuất phát từ những vấn đề nêu trên và từ thực tiễn công tác giảng dạy tôi xin đưa ra một số ý kiến để các đồng nghiệp tham khảo: “Kinh nghiệm vận dụng kiến thức toán học để dạy một số dạng bài tập trong ôn thi đại học”. B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐÊ: 1. Thực trạng của vấn đề: Phần lớn học sinh coi việc học môn Sinh học là nhiệm vụ bắt buộc, các em thích học những môn toán, lý, hóa và chỉ một số ít yêu thích môn Sinh học. Đa số các em học sinh cho rằng môn sinh là khó và trừu tượng. Thực tế cho thấy phần lớn các em đều “học trước quên sau”, do tiếp thu bài một cách thụ động, không hiểu được bản chất vấn đề nên các em làm bài tập, làm câu hỏi trắc nghiệm không phương hướng, làm chậm hoặc chọn đáp án sai. Đưa toán học vào các bài giảng sinh học sẽ giúp học sinh dễ hiểu bài và vận dụng linh hoạt để giải bài tập từ đó các em sẽ yêu thích môn học hơn, tự tin hơn và đạt kết quả cao trong kì thi tốt nghiệp và kì thi đại học. Nội dung kiến thức sinh học 12 trung học phổ thông, đặc biệt là phần tính quy luật của hiện tượng di truyền mang tính lôgic cao, nếu sử dụng được các kiến thức toán học vào Trang 2 phần này thì sẽ giúp học sinh hệ thống hoá kiến thức một cách dễ dàng hơn, hiểu bài nhanh hơn và vận dụng linh hoạt để giải các bài tập. Trong quá trình giảng dạy và ôn thi đại học, tôi thấy có rất nhiều dạng bài tập nhưng trong phạm vi đề tài này tôi xin đưa ra kinh nghiệm vận dụng kiến thức toán xác suất, thống kê để giải các bài toán về xác định số loại kiểu gen của quần thể và số loại kiểu gen của phép lai giúp học sinh vận dụng giải các bài toán trắc nghiệm nhanh và hiệu quả. 2. Giải pháp và tổ chức thực hiện a. Giải pháp thực hiện Trước hết là giáo viên cần trang bị cho mình kiến thức toán học cơ bản có liên quan và sử dụng trong dạy học sinh học: 1. Tập hợp: Trong nghiên cứu người ta thường nghiên cứu trên một tập hợp, mà mỗi cá thể là một phần tử của tập hợp đó. 2. Xác suất: Khi ta thực hiện một thí nghiệm, một quan sát tức là đã thực hiện một phép thử. Sự kiện (biến cố) là kết quả của phép thử. Gọi m là tần số xuất hiện của sự kiện A trong n phép thử. Tỷ số n m f = được gọi là tần suất của A. =p và 0 p(A) 1 3. Chỉnh hợp: Cho tập gồm n phần tử và số nguyên k, nk ≤≤1 . Khi lấy ra k phần tử của và sắp xếp chúng theo một thứ tự ta được một chỉnh hợp chập k của n phần tử của : = 4. Tổ hợp: Trang 3 Cho tập A có n phần tử và số nguyên k với nk ≤≤ 1 . Mỗi tập con của có phần tử gọi là một Tổ hợp chập của n phần tử của (gọi tắt là Tổ hợp chập của ). Như vậy, lập một Tổ hợp chập của chính là lấy ra phần tử của mà không quan tâm đến thứ tự. Số các Tổ hợp: Số các Tổ hợp chập của một tập hợp có phần tử ) là: = Đối với dạng toán xác định kiểu gen, tôi chia thành hai dạng bài, mỗi dạng đều có nhiều trường hợp. Mỗi trường hợp đều có cách xây dựng công thức tổng quát và ví dụ câu hỏi trắc nghiệm vận dụng, đáp án chi tiết. Dạng 1: Xác định kiểu gen tối đa trong quần thể trong các trường hợp: TH 1: Một gen có n alen nằm trên NST thường. TH 2: Một gen có n alen nằm trên NST giới tính X (vùng không tương đồng với NST Y). TH 3: Một gen có n alen nằm trên NST giới tính X (vùng tương đồng với NST Y). TH 4: Nhiều gen phân li độc lập. TH 5: Nhiều gen liên kết trên một cặp NST. TH 6: dạng phối hợp: nhiều gen liên kết giới tính và phân li độc lập. Dạng 2: Xác định số loại kiểu gen tối đa tạo ra trong một phép lai TH 1: Các gen phân li độc lập TH 2: Hai cặp gen cùng nằm trên một cặp NST b. Biện pháp tổ chức thực hiên: Sau đây là các dạng bài và các trường hợp cụ thể : Trang 4 Dạng 1: Xác định kiểu gen tối đa trong quần thể: Để xác định được kiểu gen tối đa trong quần thể thì phải lưu ý là bài toán xét một hay nhiều gen, gen nằm trên NST thường hay giới tính, nếu là nhiều gen thì mối quan hệ giữa các gen là phân li độc lập hay liên kết. Xét các trường hợp sau: Trường hợp 1: Một gen có n alen nằm trên NST thường (giả sử gen có các alen A 1 ; A 2 ; A 3 , A n ) Loại kiểu gen Đặc điểm Ví dụ Số loại kiểu gen Đồng hợp gồm 2 alen giống nhau hoàn toàn A 1 A 1 ; A 2 A 2 ; … A n A n n (số loại alen) Dị hợp được hình thành từ 2 alen không giống nhau A 1 A 2 ; A 1 A 3 ; … A 1 A n ,… Là số cách sắp xếp 2 alen khác nhau trong n alen (không tính vị trí alen) → Ta áp dụng công thức tổ hợp chập 2 của n: C 2 n = !2)!2( ! ×−n n . Trang 5 Vậy số loại kiểu gen trong quần thể là: n + C 2 n = 2 )1( 2 )1( !2)!2( ! + = − += ×− + nnnn n n n n . Ví dụ: Trong quần thể ngẫu phối của một loài động vật lưỡng bội, xét một gen có 5 alen nằm trên NST thường. Biết không có đột biến mới xảy ra, số loại kiểu gen tối đa có thể tạo ra trong quần thể này là : A. 4. B. 6. C. 15. D. 10. Đáp án: một gen có 5 alen nằm trên NST thường → số kiểu gen tối đa trong quần thể là: 15 2 )15(5 2 )1( = + = +nn . Đáp án đúng là C. Trường hợp 2: một gen có n alen nằm trên NST giới tính X đoạn không tương đồng với NST Y (giả sử gen có các alen A 1 ; A 2 ; A 3 , A n ) Giới Đặc điểm Loại kiểu gen Ví dụ Số loại kiểu gen XX Gen tồn tại thành cặp gen alen nên số loại kiểu gen Đồng hợp X A1 X A1 ; X A2 X A2 ;… X An X An n Trang 6 giống như trường hợp gen trên NST thường. Dị hợp X A1 X A2 ; X A1 X A3 ;… X A1 X An ; C 2 n = !2)!2( ! ×−n n XY Gen chỉ tồn tại trên X, không có alen tương ứng trên Y. X A1 Y; X A2 Y;… X An Y n Số kiểu gen ở giới XX: n + C 2 n = 2 )1( +nn ; Số kiểu gen ở giới XY: n. Vậy số loại kiểu gen trong quần thể là: 2 )3( 2 )1( + =+ + nn n nn Ví dụ 1: Trong quần thể ngẫu phối của một loài động vật lưỡng bội, xét một gen có 4 alen nằm trên NST giới tính X vùng không tương đồng trên NST Y. Biết không có đột biến mới xảy ra, số loại kiểu gen tối đa có thể tạo ra trong quần thể này là : A. 14. B. 10. C. 4. D. 40. Đáp án: một gen có 4 alen nằm trên NST X (vùng không tương đồng với NST Y) nên số kiểu gen ở giới XX = 2 )14(4 2 )1( + = +nn = 10 và giới XY = n = 4. → Số kiểu gen tối đa của quần thể là = 14. → Đáp án đúng là A. Ví dụ 2: Xét một loài chim, màu sắc lông do một gen nằm trên NST giới tính X (không có alen tương ứng trên Y) quy định. Ở giới cái của loài này có 3 loại kiểu gen khác nhau Trang 7 về tính trạng màu sắc lông. Biết rằng không có trường hợp đột biến xảy ra thì trong quần thể thì tổng số loại kiểu gen khác nhau về tính trạng trên là bao nhiêu ? A. 6 loại kiểu gen. B. 3 loại kiểu gen. C. 5 loại kiểu gen. D. 9 loại kiểu gen. Đáp án: - Ở chim giới cái có cặp NST giới tính là XY: có 3 loại kiểu gen khác nhau → gen quy định màu sắc lông có 3 alen. - giới đực XX có 2 3)13( 2 )1( + = +nn = 6 kiểu gen. → Số kiểu gen tối đa trong quần thể chim về tính trạng màu lông là 3 + 6 = 9 loại kiểu gen. Đáp án đúng là D. Trường hợp 3: Một gen có n alen nằm trên NST giới tính X đoạn tương đồng với NST Y (giả sử gen có các alen A 1 ; A 2 ; A 3 , A n ) Giới Đặc điểm Loại kiểu gen Ví dụ Số loại KG XX Gen tồn tại thành cặp gen Đồng hợp X A1 X A1 ; X A2 X A2 ; … X An X An n (số loại alen) Trang 8 alen. Dị hợp X A1 X A2 ; X A1 X A3 ; … X A1 X An ; C 2 n = !2)!2( ! ×−n n . XY Gen tồn tại trên cả X và Y Đồng hợp X A1 Y A1 ; X A2 Y A2 ; … X An Y An n Dị hợp X A1 Y A2 ; X A2 Y A1 ; X A1 Y A3 ; X A3 Y A1 ; … X A1 X An ; Tính cả trật tự alen trên X và trên Y nên số KG dị hợp chỉnh hợp chập 2 của n: 2 n A = )!2( ! −n n Vậy số kiểu gen ở giới XX = 2 )1( +nn ; XY = )!2( ! −n n 2 nn =+ . → Số loại kiểu gen trong quần thể là: 2 )13( 2 )1( 2 + = + + nnnn n Ví dụ : (Câu 13 mã đề 279 đề thi đại học 2012) Trong quần thể của một loài động vật lưỡng bội, xét một lôcut có ba alen nằm trên vùng tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X và Y. Biết rằng không xảy ra đột biến, theo lí thuyết, số loại kiểu gen tối đa về lôcut trên trong quần thể là A. 15. B. 6. C. 9. D. 12. Đáp án: gen có 3 alen nằm trên vùng tương đồng của nhiễm sắc thể giới tính X và Y → Số kiểu gen ở giới XX = 6 2 )13(3 2 )1( = + = +nn ; XY = 9 2 =n . Vậy số loại kiểu gen tối đa trong quần thể là: KG = 15. Đáp án đúng là A. Trang 9 Trường hợp 4: Nhiều gen phân li độc lập (giả sử gen A có n alen A 1 ; A 2 ; A 3 , A n ; gen B có m alen A 1 ; A 2 ; A 3 , A m ; hai gen trên nằm trên hai cặp NST khác nhau). - Xét riêng rẽ từng gen : đối với gen A có n alen → có số loại kiểu gen = 2 )1( +nn . đối với gen B có m alen → có số loại kiểu gen = 2 )1( + mm . - Xét chung các gen : do các gen phân li độc lập nên số loại kiểu gen là tích các kiểu gen riêng rẽ :       +       + 2 )1( 2 )1( mmnn Ví dụ : Trong quần thể của một loài động vật lưỡng bội, xét ba lôcut gen A, B, C. Trong đó gen A có 4 alen, gen B có 2 alen, gen C có 5 alen. Các gen này nằm trên các NST thường khác nhau. Biết rằng không xảy ra đột biến, theo lí thuyết, số loại kiểu gen tối đa về lôcut trên trong quần thể là A. 28. B. 450. C. 40. D. 820. Đáp án: Các gen đều nằm trên NST thường nên số loại kiểu gen = 2 )1( +nn - Gen A có 4 alen nên số kiểu gen = 10. - Gen B có 2 alen nên số kiểu gen = 3. - Gen A có 5 alen nên số kiểu gen = 15. Vậy số loại kiểu gen tối đa trong quần thể là: KG = 10x3x15=450. Đáp án đúng là B. Trang 10 [...]... s kin thc Sinh hc thc s mang li hiu qu rt ln, giỳp cho hc sinh gii quyt cỏc bi toỏn di truyn khụng nhng nhanh chúng m tớnh chớnh xỏc cao hn rt nhiu Do ú cỏc em hc sinh xỏc nh c nhanh, chớnh xỏc ỏp ỏn v t c kt qu cao trong kỡ thi i hc Trong phm vi ti ny, tụi mi ch nghiờn cu c mt s cụng thc ca dng toỏn xỏc nh kiu gen Tôi sẽ cố gắng phát triển hớng nghiên cứu trên về các dạng bài toán khác trong những... 2 kiu gen ca gii XY = m.n S loi kiu gen trong qun th: m.n.(m.n + 3) 2 3 Gen A cú n alen v gen B cú m alen cựng nm trờn NST gii tớnh X vựng tng ng vi NST Y thỡ to ra s loi kiu gen l: kiu gen ca gii XX: KG = kiu gen ca gii XY: KG = g ( g + 1) mn(mn + 1) = ; 2 2 (m.n) 2 S loi kiu gen trong qun th l: m.n(3.m.n + 1) 2 Vớ d: (Cõu 16 mó 162 - thi i hc 2011): Trong qun th ca mt loi thỳ, xột hai lụcut:... liờn kt Vớ d : Trong mt qun th ng vt ngu phi, xột hai locut gen Gen A cú 3 alen A1 ; A2 ; A3 v gen B cú 2 alen B1 ; B2 Hai gen ny cựng nm trờn mt cp NST thng Xỏc nh s loi kiu gen ti a trong qun th - Cỏc bc xỏc nh s loi kiu gen: Bc 1: Tớnh s loi giao t ti a trong qun th: Gen A cú 3 alen, gen B cú 2 alen s loi giao t = 2x3 = 6 (gi s t l g): A1B1; A1B2; A2B1; A2B2; A3B1; A3B2 (Xột trng hp trong qun th... v hai lụcut trờn trong qun th ny l A 18 B 27 C 30 D 36 Trang 12 ỏp ỏn: Hai gen cựng nm trờn NST gii tớnh X (khụng cú alen tng ng trờn NST Y) s loi giao t to ra l 3x2=6 (g) S kiu gen gii XX = g ( g + 1) 6(6 + 1) = = 21 ; 2 2 S kiu gen gii XY = 6 S kiu gen ti a trong qun th l 21 + 6 = 27 ỏp ỏn ỳng l B Trng hp 6: nhiu gen phõn li c lp v liờn kt gii tớnh Vớ d 1: (Cõu 34 mó 381 thi i hc 2010) mt... sc th thng Trong trng hp khụng xy ra t bin, s loi kiu gen ti a v c hai gen trờn cú th c to ra trong qun th ny l A 45 B 90 C 15 D 135 ỏp ỏn: gen th nht cú 3 alen nm trờn on khụng tng ng ca nhim sc th gii tớnh X cú s kiu gen l = n.( n + 3) 3.(3 + 3) = =9 2 2 Gen th hai cú 5 alen nm trờn nhim sc th thng cú s kiu gen l = n.(n + 1) 5.(5 + 1) = = 15 2 2 Hai gen ny phõn li c lp nờn s loi kiu gen trong qun... nhau nờn kiu gen d hp c to thnh l s cỏch sp xp 2 giao t khỏc nhau trong 6 loi giao t: Ta 6! 2 ỏp dng cụng thc t hp chp 2 ca 6: C 6 = (6 2)!ì2! = 15 S kiu gen khỏc nhau trong qun th l 6+15 = 21 Tng quỏt: Trang 11 1 Gen A cú n alen v gen B cú m alen cựng nm trờn mt cp NST thng thỡ to ra s 2 loi giao t khỏc nhau l g =(m.n) v s loi kiu gen trong qun th l: g + C g = g ( g + 1) mn(mn + 1) = 2 2 2 Gen A... tng ng trờn Y s kiu gen = m.n.( m.n + 3) 2.2.(2.2 + 3) = = 14 2 2 Gen D nm trờn NST thng s kiu gen = n.( n + 1) = 3 2 Hai gen ny phõn li c lp nờn s loi kiu gen trong qun th l 14x3 = 42 ỏp ỏn ỳng l A Dng 2: Xỏc nh s loi kiu gen ti a to ra trong mt phộp lai Trng hp 1: Cỏc gen phõn li c lp S loi kiu gen chung bng tớch s loi kiu gen riờng r Vớ d: Cho phộp lai P: AaBbDDee x AaBbddEe Xỏc nh s loi kiu gen... ABC, abc, Abc, aBC, ABc, abC, aBc, AbC (xột trng hp xy ra trao i chộo ti 2 im khụng ng thi v trao i chộo kộp) g = 8 ỏp dng cụng thc s loi kiu gen = Cỏch 2: P ABC abc v ABC abc g ( g + 1) 8(8 + 1) = 2 2 = 36 u cho ti a 8 loi giao t ABC, abc, Abc, aBC, ABc, abC, aBc, AbC (xột trng hp xy ra trao i chộo ti 2 im khụng ng thi v trao i chộo kộp) F1 cú s kiu t hp giao t = 8 loi giao t x 8 loi giao t = 64... hp giao t = 8 loi giao t x 8 loi giao t = 64 - ABC abc v ABC abc 2 u cho ti a 8 loi giao t cú C 8 =28 cp giao t c v cỏi trựng nhau S loi kiu gen l 64 - 28= 36 Vớ d 4:( Cõu 8 mó 381 thi i hc 2010) Trang 18 Trong trng hp khụng cú t bin xy ra, phộp lai no sau õy cú th cho i con cú nhiu loi kiu gen nht? B XAXABb ì XaYBb A AaBb ì AaBb C AB ab DD ì Ab dd ab AB ab D ì AB ab ỏp ỏn: A AaBb ì AaBb i... Trang 13 Vớ d 2: (Cõu 46 mó 297 thi i hc 2009) ngi, gen A quy nh mt nhỡn mu bỡnh thng, alen a quy nh bnh mự mu v lc; gen B quy nh mỏu ụng bỡnh thng, alen b quy nh bnh mỏu khú ụng Cỏc gen ny nm trờn nhim sc th gii tớnh X, khụng cú alen tng ng trờn Y Gen D quy nh thun tay phi, alen d quy nh thun tay trỏi nm trờn nhim sc th thng S kiu gen ti a v 3 locut trờn trong qun th ngi l A 42 B 36 C 39 D 27 . SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: " VẬN DỤNG KIẾN THỨC TOÁN HỌC ĐỂ DẠY MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP MÔN SINH TRONG ÔN THI ĐẠI HỌC" Trang 1 A. ĐẶT VẤN ĐỀ Toán học là một môn khoa học cơ sở,. toán học để dạy một số dạng bài tập trong ôn thi đại học . B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐÊ: 1. Thực trạng của vấn đề: Phần lớn học sinh coi việc học môn Sinh học là nhiệm vụ bắt buộc, các em thích học những môn. số lượng câu hỏi bài tập trong đề thi môn Sinh học chiếm 20 – 30%, do đó việc học sinh giải nhanh và chính xác các câu hỏi bài tập là rất cần thi t. Vậy làm thế nào để giúp học sinh làm bài thi