VIII. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
2.2. Phân loại bài tập về Tính quy luật của hiện tượng di truyền
2.2.1. Bài toán hay bài tập là gì?
Theo Polya [14, tr119], bài toán đặt ra sự cần thiết phải tìm kiếm một cách ý thức phương tiện thích hợp để đạt tới một mục đích trông thấy rõ ràng nhưng không thể thấy được ngay. Giải bài toán tức là tìm ra phương tiện đó.
Theo Polya, có nhiều cách phân loại bài toán, nhưng cách phân loại tổng quá nhất là cách phân loại thành 2 bài toán là bài toán tìm tòi và bài toán chứng minh [14, tr.121].
Bài toán tìm tòi là tìm ra một đối tượng nhất định, tìm ra ẩn của bài toán thỏa mãn điều kiện ràng buộc ẩn với các dữ kiện của bài toán đó.
Bài toán chứng minh là tìm ra các căn cứ để chấp nhận hay bác bỏ một khẳng định, một giả thuyết nào đó.
Theo chúng tôi, trong một bài toán Tính quy luật của hiện tượng di truyền, thường chứa các thành phần đặc trưng của nó. Ẩn hay yêu cầu của bài toán có thể được phân tích thành các yếu tố mà khi thỏa mãn được các yếu tố đó, tức là bài toán được giải.
Ví dụ:
Ẩn hay yêu cầu Thành phần của ẩn cần thỏa mãn
Tính tỉ lệ kiểu hình X nào đó ở thế hệ F1 (1) Quy luật di truyền nào chi phối tính trạng đang xét?
(2) Phép lai đang xét?
(3) Tỉ lệ kiểu gen F1 như thế nào?
2.2.2 Phân loại bài tập về Tính quy luật hiện tượng di truyền.
Căn cứ theo sự phân tích trên, tham khảo một số cách phân loại bài tập di truyền trong chương Tính quy luật của hiện tượng di truyền trong chương trình Sinh học 12 và các kì thi Đại học, cao đẳng [3], [10], [19], chúng tôi nhận thấy có thể xét được 2 dạng bài tập:
Dạng 1: Bài tập đã biết quy luật di truyền Dạng 2: Bài tập chưa biết quy luật di truyền
* Nếu theo yêu cầu về sự tìm tòi, có thể chia thành 4 dạng: Dạng 1: Xác định kiểu gen, kiểu hình đời P
Dạng 2: Xác định kiểu gen, kiểu hình đời F1 hoặc F2 hoặc FB, .... Dạng 3: Tính tỉ lệ kiểu gen, kiểu hình đời F1 hoặc F2 hoặc FB, ....
Dạng 4: Tính xác suất biểu biện kiểu gen, kiểu hình đời F1 ; F2 hoặc FB, .... * Đinh Thị Thu Hằng [8] đã phân bài tập Tính quy luật của hiện tượng di truyền thành 4 dạng bài tập sau:
Dạng 1: Lai một cặp tính trạng do 1 cặp gen chi phối.
Dạng 2: Lai một cặp tính trạng do 2 gen chi phối (tương tác gen).
Dạng 3: Lai hai cặp tính trạng, mỗi cặp tính trạng do 1 cặp gen chi phối, trội lặn hoàn toàn, mỗi cặp gen tồn tại trên 1 cặp NST.
Dạng 4: Di truyền liên kết hoàn toàn và không hoàn toàn.
Theo chúng tôi nghiên cứu và áp dụng thực tiễn, sự phân loại bài tập về Tính quy luật của hiện tượng di truyền càng chi tiết bao nhiêu thì càng khó đối với HS bấy nhiêu. Lý do chính là ở chỗ, HS càng thấy rõ chi tiết, càng dễ nghĩ rằng nội dung của Tính quy luật của hiện tượng di truyền tách biệt nhau. Thực tế kiến thức về Tính quy luật của hiện tượng di truyền đan xen, bổ sung cho nhau. Do vậy ở đây, theo chúng tôi không khuyến khích HS phải học thuộc các phương pháp giải bài tập, không yêu cầu HS thuộc tất cả các dạng, mà phải thấy được sự liên hệ giữa các kiến thức quy luật với nhau.
Dựa trên tinh thần “dạy học sinh suy nghĩ, chứ không phải dạy học sinh suy nghĩ về cái gì”[14, tr.3], quan trọng nhất GV cần luyện tập cho HS tư duy tích cực,
hiểu vấn đề và giải quyết vấn đề. Nói một cách khác đối với HS khi học cách giải bài tập, bước đầu, HS cần trả lời cho các câu hỏi đơn giản sau:
(1) Yêu cầu tính cái gì? (2) Đề đã cho dữ kiện gì?
(3) Giải bài toán này bằng cách nào?
(4) Bài toán được mở rộng hơn như thế nào?
Xét thấy, trong chương Tính quy luật của hiện tượng di truyền, các quy luật di truyền chi phối các phép lai và các yêu cầu tính toán:
Sơ đồ 2.2. Sự chi phối của quy luật di truyền
Theo đó, nổi bậc lên tầm quan trọng của quy luật di truyền. Và vì vậy, chúng tôi căn cứ vào các quy luật di truyền để thiết kế các bài tập, các giáo án dạy học thích hợp với quy luật chứ không dạy HS cách phân chia dạng bài tập như một số tác giả khác trình bày.
Do vậy, chúng tôi chia Bài tập về Tính quy luật của hiện tượng di truyền thành 6 dạng:
Dạng 1: Tìm quy luật di truyền.
Dạng 2: Quy luật phân li và Phân li độc lập.
Dạng 3: Sự tác động của nhiều gen và tính đa hiệu của gen. Dạng 4: Di truyền liên kết (NST thường và NST giới tính). Dạng 5: Di truyền ngoài NST.
Dạng 6: Kết hợp các quy luật di truyền. Quy luật di truyền
Phân li ở F1
Lai phân tích
Kiểu gen và kiểu hình
Kiểu gen và kiểu hình
Kiểu gen và kiểu hình Phân li ở F2
Các bài tập tính toán tỉ lệ phân li kiểu gen và kiểu hình được ẩn chứa trong các dạng trên.
2.3. Các bước khi dạy HS giải bài tập tính quy luật của hiện tượng di truyền theo quy trình G.Polya theo quy trình G.Polya
Tham khảo nghiên cứu của Đinh Thị Thu Hằng [8], về vận dụng tư tưởng sư phạm của Polya trong việc dạy học bài tập di truyền cho HS THPT. Chúng tôi nhận thấy sự phân tích 4 bước [8, tr.23-tr.32] là rất hợp lí và có ý nghĩa thực tiễn rất cao. Tuy nhiên, quy trình đưa ra tóm tắt 4 bước giải [8, tr.33] chưa được rõ ở nhiều điểm quan trọng (được đánh số (1) (6)).
Sơ đồ 2.3. Giải bài tập theo quy trình Polya (theo Đinh Thị Thu Hằng)
Theo đó, chúng tôi thiết kế quy trình giải bài tập gồm 4 bước theo sơ đồ sau:
Sơ đồ 2.4. Các bước giải bài tập theo quy trình Polya (theo tác giả)
2.3.1. Bước 1: Xác định yêu cầu – Phân tích yêu cầu và dữ kiện
Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình giải một bài toán, bởi vì nếu xác định, phân tích sai hướng, công việc giải toán sẽ trở nên rất khó khăn, đôi khi bế tắc. Trong khi xác định yêu cầu, GV hướng dẫn cho HS cách đặt và trả lời một số câu hỏi quan trọng, chẳng hạn:
(1) Đề yêu cần tìm vấn đề gì?
(2) Yêu cầu có được thỏa mãn khi đáp ứng được những điều kiện gì? (3) Những dữ kiện đề cho có đủ đáp ứng được những điều kiện không?
Thông qua đặt và trả lời các câu hỏi trên, HS có thể khái quát được các “con đường đi đến đích”. Vấn đề sẽ nhanh chóng được tìm ra khi HS phát thảo được hướng giải hay sơ đồ hóa được bài toán.
2.3.2. Bước 2: Sơ đồ hóa bài toán– Giải chi tiết ra đáp số
Bước này đòi hỏi HS phải phân tích, tổng hợp những dữ kiện, những điều kiện của bài toán đã cho, từ đó hệ thống theo một trật tự nhất định theo yêu cầu của đề. Sau khi sơ đồ hóa được những điều kiện, dữ kiện có thể thỏa mãn yêu cầu bài toán, HS tiến hành giải chi tiết theo sơ đồ đã có. Nói cách khác, để thỏa mãn yêu cầu A,
Phân tích
Giải chi tiết ra đáp số
Dữ kiện bài toán Yêu cầu bài toán
Cách giải Dữ kiện
Bài tập
Phân tích
HS vẽ sơ đồ từ A A1 A2 ... B, sau đó đi ngược lại từ B ... A2 A1
A và bài toán được giải.
Ở bước này, HS phải trả lời được cho câu hỏi:
(1) Những dữ kiện đề cho có mối quan hệ gì với nhau?
(2) Để đáp ứng yêu cầu thì những điều kiện của yêu cầu được thỏa mãn như thế nào?
(3) Trình bày chi tiết con đường từ B ... A2 A1 A.
Với lộ trình “lội ngược dòng” HS sẽ hình dung được “con đường ngắn nhất” [14, tr.74], không phải tiến hành mò mẫm để hoàn thành bài toán, như thế sẽ tốn nhiều thời gian và không theo quy trình hợp lí, gây mơ hồ trong kiến thức.
2.3.3. Bước 3: Phân tích cách giải và dữ kiện ban đầu.
Đây là bước quan trọng trong quá trình dạy học bằng bài tập theo quy trình Polya, từ mỗi kết luận của bài tập sau khi giải, đều đưa đến một khái quát kiến thức nhất định. Những kiến thức này rất quan trọng vì đó là sản phẩm của HS thực hiện, và vì thế HS sẽ hiểu sâu, vận dụng tốt kiến thức này. Bên cạnh đó, ngoài vấn đề học tập được kiến thức lí thuyết, HS cũng rèn luyện nhiều thao tác tư duy như: phân tích, tổng hợp, so sánh,….
(1) Nếu dữ kiện thay đổi, ta cần điều chỉnh cách giải trên ở chổ nào?
(2) So sánh cách giải ban đầu và cách giải sau khi đổi dữ kiện có điểm chung nào không?
(3) Cách giải trên có phù hợp với các dạng toán tương tự? (4) Có cách nào giải nhanh hơn, đơn giản hơn?
(5) Có cách nào tổng quát hơn không?
Trong bài toán, có chứa một hay nhiều kiến thức, tùy theo năng lực lĩnh hội của HS mà kiến thức đó có được HS lĩnh hội tốt hay không? Do vậy, để tối ưu hóa việc lĩnh hội kiến thức GV cần có những câu hỏi khái quát hóa bài toán sau khi giải. Những câu hỏi này chỉ mang tính chất định hướng, khơi gợi khả năng khái quát hóa của HS chứ không dùng những câu hỏi mang tính chất nhận biết, dễ thấy, kém tư duy.
2.3.4. Bước 4: Mở rộng bài toán
Từ mỗi kiến thức được khái quát ở trên, có thể hình thành nên một vấn đề mới cần giải đáp. Xây dựng một bài toán mới từ các kết luận của một bài toán trước là
bước phát triển bài toán và hiểu sâu hơn về bài toán ban đầu. Cứ như vậy, kiến thức sẽ được khái quát hơn và phương pháp giải được hoàn thiện hơn. HS có thể ứng phó được với các bài toán sau này bởi vì các bài toán mới đều được xây dựng dưa trên các bài toán đã giải.
Tóm lại, để giải được bài tập thì bước thứ nhất trong quy trình 2.4 là quan trọng nhất. Bài tập vừa là đích cần đạt tới, vừa là cổng gợi mở, vừa là công cụ cho tư duy HS. Thông qua sự phân tích trên và kết quả các công trình nghiên cứu trước [8], [12], [13], [14], cho thấy bài tập có nhiều chức năng sư phạm quan trọng không chỉ ở rèn luyện kĩ năng cho HS mà còn có tác dụng kiến tạo kiến thức ở tất cả các bước giải bài tập theo sơ đồ 2.4.
Thứ nhất, bài tập là công cụ tổ chức HS lĩnh hội những tri thức cơ bản nhất, cốt lõi nhất về một vấn đề nào đó của HS thông qua quá trình thực hiện các thao tác tư duy trong khi giải bài tập.
Thứ hai, bài tập góp phần tạo nên mối liên hệ đa dạng giữa các đơn vị kiến thức cơ bản, thông qua đó, sắp xếp lại một cách ngăn nắp, có hệ thống những kiến thức rời rạc mà HS được trang bị trong khi học lý thuyết khó chuyển tải thành tri thức của riêng mình và sử dụng nó vào những tình huống cụ thể để biết được một nội dung sinh học nào đó, là công cụ để HS hệ thống hóa kiến thức Tính quy luật của hiện tượng di truyền trong quá trình học tập.
Thứ ba, bài tập là công cụ cơ bản giúp HS định hướng tìm tòi chương trình giải theo chủ đề của từng quy luật. Cùng với các thao tác tư duy, HS có thể chuyển hóa ngôn ngữ bài tập thành con đường tìm ra kiến thức, tìm ra cốt lõi về một nội dung kiến thức nào đó. Tập cho HS suy nghĩ và suy nghĩ đa chiều, tránh cho suy nghĩ 1 chiều cụ thể, hạn chế tư duy. Hay nói cách khác, GV dạy HS cách học quan trọng hơn dạy học sinh học về cái gì.
Thứ tư, thông qua bài tập, HS ngày càng được hoàn thiện kiến thức, khả năng tư duy, rèn luyện được tư duy độc lập, sáng tạo [8].
2.4. Vận dụng quy trình giải toán của G.Polya vào từng dạng bài tập
2.4.1. Dạng 1: Tìm quy luật di truyền
Quy luật di truyền trong chương Tính quy luật của hiện tượng di truyền được khái quát theo các sơ đồ sau:
Sơ đồ 2.5: Tổng quan các quy luật di truyền
Sơ đồ 2.6: Quy luật Menđen
Liên kết không hoàn toàn
Liên kết hoàn toàn Phân li độc lập Tác động qua lại Phân li độc lập Tác động riêng lẽ Gen trên NST thường 1 gen trên 1 NST Di truyền ngoài nhân Di truyền qua nhân Gen quy định tính trạng thường Gen quy định tính trạng giới tính Gen trên NST Giới tính Nhiều gen trên 1 NST Quy luật Menđen Quy luật Tương tác Di truyền giới tính Di truyền Liên kết giới tính Di truyền theo dòng mẹ Quy luật di truyền
Quy luật Menđen
1 cặp tính trạng tính trạng2 cặp tính trạngn cặp P thuần chủng tương phản F1 KH F2 Đồng tính Đồng tính Đồng tính 3 trội 1 lặn 9:3:3:1 (3:1)n …….
Sơ đồ 2.7: Tương tác gen phổ biến
Sơ đồ 2.8: Liên kết gen hoàn toàn (2 cặp)
Tương tác bổ sung Tương tác cộng gộp 15:1 Tương tác bổ trợ 9:7 9:6:1 9:3:3:1 Trương tác át chế 12:3:1 13:3 9:3:4 Tương tác gen
Quy luật liên kết hoàn toàn (2 cặp trên cùng NST) P F1 KH FB: 1:1 KH F2: 3:1 AB ab AB ab× Ab aB Ab aB× Ab aB AB ab KH FB: 1:1 KH F2: 1:2:1 AB ab ab ×ab AB AB ab × ab Ab ab aB ab× Ab Ab aB aB×
Sơ đồ 2.9 : Hoán vị gen (2 cặp)
Sơ đồ 2.10: Di truyền liên kết giới tính
Quy luật liên kết không hoàn toàn (2 cặp trên cùng NST) P F 1 AB ab AB×ab Ab aB Ab×aB Ab aB AB ab Lai phân tích Hoán vị 1 bên Tự thụ Hoán vị 2 bên Tần số như nhau Tỉ lệ đồng hợp lặn?
Di truyền liên kết giới tính
Biểu hiện khi có gen trội
Gen nằm trên X Gen nằm trên Y
100% dị giao tử biểu hiện
Gen trội Gen lặn Gen trội Gen lặn
Biểu hiện khi - đồng hợp lặn - dị giao tử
Sơ đồ 2.11: Di truyền NST
Tùy theo từng phép lai cụ thể mà tỉ lệ phân li kiểu hình có thay đổi. Khi thực hiện giải bài tập, tìm quy luật di truyền là công việc đầu tiên cần thực hiện. Nhưng nếu nhớ tất cả các quy luật di truyền thì tương đối khó khăn, HS có thể nắm được bản chất của quy luật di truyền thì có thể khái quát được các quy luật. Trong chương Tính quy luật của hiện tượng di truyền thì quy luật phân li và phân li độc lập chi phối các quy luật khác. Do vậy, khi so sánh kết quả các phép lai với kết quả của phân li độc lập tương ứng, ta có thể tìm ra quy luật di truyền chi phối tính trạng đang xét.
Vận dụng:
Bài tập 1: Ở bí ngô, hình dạng bí được chi phối bởi 2 cặp gen không alen, khi lai hai cây bí tròn với nhau người ta thu được F1 gồm 100% cây bí dẹt. Khi cho F1 tự thụ phấn, thu được F2 phân li kiểu hình theo tỉ lệ 1125 cây bí dẹt, 750 cây bí tròn và 125 cây bí dài. Tìm quy luật tương tác chi phối hình dạng bí.
Bước 1: Xác định yêu cầu – Phân tích yêu cầu và dữ kiện
Yêu cầu và dữ kiện Phân tích
Yêu cầu:
Tìm quy luật di truyền chi phối hình dạng bí
Tác động qua lại giữa các gen không alen theo kiểu tác động nào?
Dữ kiện:
(1) hình dạng bí được chi phối bởi 2 cặp gen không alen
(2) lai hai cây bí tròn
(3) 1125 cây bí dẹt, 750 cây bí tròn và
(1) tác động qua lại giữa hai cặp gen không alen.
(2) Kiểu gen giống hay khác nhau (3) 9:6:1 = 16 tổ hợp kiểu gen F1
Di truyền ngoài NST
Lai thuận – Lai nghịch
Di truyền ti thể
Tính trạng theo mẹ Di truyền lục lạp
125 cây bí dài So sánh với Phân li độc lập kết quả
Bước 2: Sơ đồ hóa – Giải chi tiết ra đáp số
* Sơ đồ hóa:
P: Tròn x Tròn F1 dẹt F2 : 9 dẹt : 6 tròn : 1 dài. Tìm quy luật.