8. Cấu trúc luận văn
2.1.3. Mục tiêu của chương trình Sinh học 12
Cung cấp, bổ sung, nâng cao, hoàn thiện các tri thức về di truyền, tiến hoá và sinh thái ở cấp Trung học cơ sở. Cụ thể là khi nghiên cứu Sinh học 12 học sinh cần đạt được:
Về kiến thức:
- Trình bày được những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, thực tiễn về di truyền, tiến hoá, sinh thái.
- Nêu được những tri thức cơ bản về cơ sở vật chất và cơ chế của hiện tượng di truyền và biến dị, tính quy luật của hiện tượng di truyền, những ứng dụng của di truyền trong sản xuất và đời sống, về di truyền người
- Trình bày được các bằng chứng, nguyên nhân và cơ chế tiến hoá, về sự phát sinh, phát triển của sự sống trên trái đất
- Phân tích được mối quan hệ giữa cá thể và mơi trường, quần thể, quần xã, hệ sinh thái, sinh quyển và sinh thái học với việc quản lý nguồn lợi tự nhiên.
Nắm vững các kiến thức cơ bản trên là cơ sở để hiểu các biện pháp kĩ thuật nhằm nâng cao năng suất vật nuôi, cây trồng và bảo vệ mơi trường, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống.
Về kĩ năng:
- Kĩ năng thực hành: Tiếp tục phát triển kĩ năng quan sát, thí nghiệm, học sinh làm được các tiêu bản hiển vi, tiến hành quan sát dưới kính lúp, kính hiển vi, biết bố trí một số thí nghiệm đơn giản để tìm hiểu nguyên nhân của một số hiện tượng, quá trình Sinh học.
- Kĩ năng tư duy: Tiếp tục rèn luyện kĩ năng tư duy thực nghiệm-quy nạp, chủ trương phát triển tư duy lí luận (phân tích, so sánh, tổng hợp, khái qt hố... đặc bệt là kĩ năng nhận dạng, đặt ra và giải quyết các vấn đề gặp phải trong học tập và trong thực tiễn cuộc sống).
- Kĩ năng học tập: Tiếp tục phát triển kĩ năng học tập, đặc biệt là tự học, biết thu thập xử lý thông tin, lập bảng biểu sơ đồ, đồ thị; làm việc cá nhân và làm việc theo nhóm; làm các báo cáo nhỏ, trình bày trước lớp học trước tổ.
Về thái độ:
- Củng cố niềm tin vào khả năng của khoa học hiện đại trong việc nhận thức bản chất và tính quy luật của các hiện tượng Sinh học.
- Có ý thức vận dụng các tri thức, kĩ năng học được vào cuộc sống lao động và học tập.
- Xây dựng ý thức tự giác và thói quen bảo vệ thiên nhiên, bảo vệ mơi trường sống, có thái độ và hành vi đúng đắn với chính sách của Đảng và nhà nước về dân số, sức khoẻ sinh sản, phòng chống HIV/AIDS, bài trừ ma tuý và các tệ nạn xã hội.
2.2. Tích hợp Tốn học trong dạy học Sinh học lớp 12
2.2.1. Quy trình dạy học tích hợp
Nhằm phát triển năng lực ở người học , để q trình dạy học tích hợp được hiệu quả, người GV cần có một kế hoạch dạy học cụ thể. Trước tiên, cần xác định rõ mục tiêu tích hợp, tìm vấn đề tích hợp, xác định mức độ tích hợp và chọn thời điểm tích hợp hợp lý.
Về hình thức, tích hợp có thể được thực hiện thông qua câu hỏi chứa đựng nội dung tích hợp, tích hợp thơng qua bài giảng của GV, tích hợp thơng qua phần củng cố cuối bài học, tích hợp thong qua giao các bài tập cho HS.
2.2.1.1. Xác định mục đích tích hợp
Mục đích dạy học tích hợp các kiến thức thuộc bộ mơn Tốn học vào bài giảng Sinh học nhằm làm sáng tỏ bản chất quá trình Sinh học, các quy luật Sinh học. Kiến thức thuộc các bộ mơn khác nhau có mối quan hệ mật thiết với nhau, có sự bổ sung kiến thức cho nhau. Qua đó người học có thể hiểu rõ hơn bản chất của vấn đề.
2.2.1.2. Tìm các nội dung tích hợp
Tích hợp kiến thức bài học với các kiến thức toán học liên quan là thế mạnh của dạy học tích hợp trong Sinh học vì sinh học là mơn khoa học thực nghiệm có mối quan hệ mật thiết với các bộ mơn khác. Tuy nhiên, nội dung tích hợp phải phù hợp và thực sự cần thiết, không nên lạm dụng tích hợp làm mất đi đặc trưng của mơn học.
2.2.1.3. Xác định mức độ tích hợp
Mức độ tích hợp phải dựa trên nội dung tích hợp. Khi chọn được nội dung tích hợp sẽ xác định được mức độ tích hợp. Khi tích hợp cần tránh sự quá tải, lặp lại kiến thức, mất đi đặc trưng của bộ môn.
2.2.1.4. Tổ chức dạy học theo nội dung tích hợp đã xác định.
2.2.2. Kiến thức Tốn học cơ bản sử dụng trong dạy học sinh học
- 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.
- 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 f=m/n được gọi là tần suất của A.
=p và 0 p(A) 1
-Tổng thể và mẫu:
Tổng thể: là tập chứa mọi phần tử thuần nhất mà ta cần nghiên cứu. Mỗi cá thể là một phần tử của tổng thể. Tuy vậy, ta khơng thể nghiên cứu tồn bộ các cá thể của tổng thể (N).
Mẫu: Từ tổng thể rút ra một tập con ta được một mẫu. Số phần tử trong mẫu gọi là kích thước mẫu (n). Vì n << N, nên những kết luận được suy ra từ mẫu cho tổng thể sẽ có sai số (sai số do chọn mẫu). Có hai nguyên nhân
- Kích thước mẫu quá nhỏ so với tổng thể - Phương pháp chọn mẫu khơng khách quan.
Ví dụ: Khi nghiên cứu trọng lượng của một quần thể cá ở dưới hồ, người ta cân trọng lượng của 50 con cá thuộc lồi đó trong hồ. Như vậy:
- Ccác cá thể thuộc lồi cá đó trong hồ gọi là tổng thể. - 50 con cá lấy để cân trọng lượng gọi là mẫu.
- Chỉnh hợp:
Cho tập gồm phần tử và số nguyên , . Khi lấy ra phần tử của và sắp xếp chúng theo một thứ tự ta được một chỉnh hợp chập
của phần tử của . =
Ví dụ: Trong trận chung kết bóng đá phải phân định thắng thua bằng đá luân lưu . Huấn luyện viên của mỗi đội cần trình với trọng tài một danh sách sắp thứ tự cầu thủ trong số cầu thủ của đội để tham gia đá.
Mỗi danh sách có xếp thứ tự cầu thủ được gọi là một chỉnh hợp chập của cầu thủ. Như vậy số cách sắp xếp là:
= = 55440 cách sắp xếp.
- Tổ hợp:
Cho tập A có n phần tử và số nguyên với . Mỗi tập con của có phần tử gọi là một Tổ hợp chập của 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:
Ví dụ: Trong lớp học có học sinh nam và học sinh nữ. Thầy giáo cần học sinh nam và học sinh nữ đi tham gia lao động. Hỏi có bao nhiêu cách?
Giải:
Áp dụng cơng thức ta có số cách chọn 4 HS nam trong số 20 HS nam là:
= = = 4845
Số cách chọn 3 HS nữ trong tổng số 15 HS nữ là:
= = = 455
Như vậy, tổng số cách chọn cần tìm là: cách chọn
- Giá trị trung bình của tính trạng ( ): x= với x là giá trị trung bình, xi là số đo tính trạng của cá thể thứ i, n là số cá thể của mẫu
- Phương sai ( s2) (còn gọi là độ lệch bình phương trung bình):
S2
Phương sai (hay độ lệch của tính trạng so với giá trị trung bình) chính là biến dị tổng số của tính trạng ở một hay một nhóm cá thể.
- Độ lệch chuẩn (s): s = s2
Các tính trạng số lượng được hình thành do sự tương tác giữa kiểu gen và mơi trường. Vì vậy, phương sai kiểu hình tổng số (VP có thể coi là tổng của các phương sai: phương sai di truyền Vg, phương sai môi trường Ve và phương sai tương tác gen Vi)
- Hệ số di truyền: Tỷ lệ giữa phương sai di truyền so với phương sai tổng số
được gọi là hệ số di truyền theo nghĩa rộng (kí hiệu là H2): H2=Vg/Vp. H2 cho thấy phương sai của một tính trạng (hay chính là mức độ dao động so với giá trị trung bình) phụ thuộc vào kiểu gen hay mơi trường.
Vì kiểu tương tác cộng gộp là cơ chế di truyền chính quy định các tính trạng số lượng, nên tỷ lệ phần phương sai di truyền do tương tác cộng gộp tạo nên (kí hiệu Va) so với phương sai tổng số được gọi là hệ số di truyền theo nghĩa hẹp, (kí hiệu là h2), h2=Va/Vp.
2.2.3. Nội dung và khả năng tích hợp một số kiến thức tốn học vào dạy học Sinh học lớp 12
Trong giới hạn của luận văn này, chúng tơi tập trung nghiên cứu khả năng tích hợp các kiến thức toán học vào phần Di truyền học và Sinh thái học của chương trình Sinh học lớp 12.
Ví dụ 1: Tích hợp Tốn học trong dạy học nội dung “Gen, mã di truyền và sự tự nhân đôi của ADN”
* Cơ sở khoa học: HS đã được học về cấu tạo của các Nucleotit, axitamin
ở chương trình Sinh học lớp 10 và đã có được những hiểu biết về Nucleotit như:
+ Chiều dài một Nucleotit là 3,4Ao
+ Khối lượng trung bình một Nucleotit là 300 ĐVC
+ Các Nucleotit trên 2 mạch liên kết với nhau bằng liên kết hidro theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với T bằng 2 liên kết hidro; G liên kết với X bằng 3 liên kết hidro).
+ Trong mỗi Nucleotit có một liên kết hố trị giữa đường và gốc photpho, trên một mạch thì cứ 2 Nu liên kết với nhau bằng 1 liên kết hoá trị (liên kết photphodieste).
+ Mỗi chu kì xoắn của ADN có 10 cặp Nucleotit + Một aa được mã hố bởi 1 bộ ba nucleotit.
ADN nhân đơi theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn. mối Nucleotit của mạch gốc liên kết với các Nucleotit tự do theo nguyên tắc bổ sung:
+ Agốc = Tmơi trường + Tgốc = Amơi trưịng + Ggốc = Xmơi trườg + Xgốc = Gmơi trường
*Mục đích tích hợp: Giúp HS hiểu rõ bản chất cấu tạo của gen, qua cách tích
hợp kiến thức tốn học HS khắc sâu hơn kiến thức.
*Tổ chức dạy học:
Để HS hiểu sâu sắc phần này GV có thể cho HS làm bài tập sau:
BT1: Một gen có tổng số Nu là 3000, số Nu loại A gấp đơi số Nu loại G. Hãy tính:
a. Số Nu từng loại của gen? b. Số liên kết hidro trong gen? c. Số liên kết hoá trị của gen?
d. Hãy tính chiều dài và khối lượng của gen này?
đ. Nếu gen này thực hiện q trình nhân đơi 3 lần thì số Nu từng loại mơi trường nội bào cung cấp là bao nhiêu?
GV tổ chức dạy học giúp HS giải bài tập: a. Tính số Nu từng loại của gen
Trong gen có 4 loại Nu là A, T, G, X
Vậy tổng số Nu của gen (N) là: N= A+T+G+X=3000 Mà theo nguyên tắc bổ sung thì: A=T; G=X
Ta có: 2A+2G=3000 (1)
Theo bài ta có số Nu loại A gấp đơi số Nu loại G: A=2G (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình, giải hệ ta có số Nu từng loại của gen là:
A=T=1000; G=X=500
b. Tính số liên kết hidro trong gen
Theo nguyên tắc bổ sung thì A liên kết với T bằng 2 mối liên kết hidro; G liên kết với X bằng 3 mối liên kết hidro
Vậy số liên kết hidro của gen (H) là:
H= 2A+3G = 2 1000 + 3 500 = 4500 liên kết c. Tính số liên kết hố trị của gen
Trong gen, số liên các hoá trị trong một Nu bằng số Nu có trong gen. Ta có: số liên kết hố trị trong Nu bằng số Nu của gen bằng N
Cứ 2 Nu liên kết với nhau bằng 1 liên kết hố trị. Ta có số liên kết giữa các Nu = N-2
Vậy số liên kết hố trị có trong gen là: 2N-2 = 2 3000 – 2 = 6998 liên kết.
d. Tính chiều dài và khối lượng của gen
Chiều dài của gen: l= N/2 3,4Ao= 3000/2 Ao= 5100Ao
Khối lượng của gen là: M=N ĐVC
e. Gen nhân đơi 3 lần thì số Nu từng loại mơi trường cung cấp là: Gen nhân đôi 3 lần sẽ tạo ra số gen con là: 23=8 gen con.
Số Nu loại A = số Nu loại T môi trương cung cấp = 1000 (8-1)= 7000 Nu
Số Nu loại G = số Nu loại X môi trường cung cấp =
500 Nu
Sau khi giải xong bài tập GV đặt câu hỏi:
Tại sao ta lại tính được số Nu từng loại mơi trường cung cấp theo công thức trên? (GV giải thích cơng thức số Nu mơi trườg cung cấp = N(2k – 1); trong đó k là số lần nhân đơi.
GV gợi mở để HS xây dựng cơng thức tính số Nu mơi trường cung cấp để tạo ra những phân tử ADN con từ ngun liệu mới hồn tồn.
*Ý nghĩa của việc tích hợp: Thông qua việc sử dụng công thức, HS được rèn
luyện kỹ năng tư duy (phân tích, tổng hợp) qua đó HS có hứng thú với bài học thơng qua việc xác định được ý nghĩa thực tiễn của nội dung kiến thức trong bài dạy
Ví dụ 2: Tích hợp tốn xác suất thống kê trong dạy nội dung: “Quy luật Menđen”
*Cơ sở khoa học
Trong các qui luật di truyền của Menđen, sự phân ly của các “nhân tố di truyền” trong sự hình thành giao tử và sự tổ hợp của chúng trong sự thụ tinh tuân theo các quy luật xác suất. Menđen cũng đánh giá đúng bản chất thống kê của sự di truyền, nên đếm nhiều cá thể sau khi lai (số lượng mẫu lớn) trước khi bắt đầu giải thích các kiểu di truyền. Có thể nói, các thí nghiệm của Mendel về sự di truyền các tính trạng trên cây đậu và các thí nghiệm khác ủng hộ thuyết “hạt” về sự di truyền. Các “hạt” hay các nhân tố theo quan điểm của Mendel, mà ngày nay người ta xác định được đó là gen, được truyền theo quy tắc xác suất. Qua nhận định của các nhà di truyền học, thuyết “hạt” đúng cho mọi kiểu di truyền (bao gồm kiểu di truyền đặc biệt theo Mendel và kiểu di truyền liên kết giới tính theo Morgan).
Một vài khái niệm về xác suất thông kê:
Di truyền Mendel liên quan tới 3 khái niệm thống kê: Các sự kiện độc lập và xác suất nhân
Các sự kiện luân phiên (hay sự kiện xung khắc) và xác suất cộng Tổng xác suất của mọi sự kiện phải bằng 1
- Minh hoạ tốt nhất cho các khái niệm thống kê là sự gieo các đồng xu. Mỗi lần gieo đồng xu, xác suất để có mặt hình hay mặt chữ là 1/2. Nếu ta gieo đồng thời nhiều đồng xu thì sự kiện gieo đồng xu này độc lập với tất cả
các lần gieo đồng xu khác. Ví dụ, khả năng có hai mặt hình liên tiếp là 1/2 1/2=(1/2)2=1/4, hay xác suất để có 3 mặt chữ là 1/2 /2)3=1/8. Nhớ rằng khi ta gieo đồng xu, hai kết quả có thể xảy ra là hình và chữ, do đó tổng xác suất của mỗi kết quả bằng 1 (tương ứng với kết quả chắc chắn phải xảy ra). Đối với một đồng xu được gieo ba lần liên tiếp, xác suất của mỗi trường hợp có thể xảy ra là 1/8
Bảng 2.1: Các khả năng xảy ra và xác suất tương ứng khi gieo 3 đồng xu
TT Các trường hợp Xác suất 1 (1/2)3 =1/8 2 (1/2)3 =1/8 3 (1/2)3 =1/8 4 (1/2)3 =1/8 5 (1/2)3 =1/8 6 (1/2)3 =1/8 7 (1/2)3 =1/8 8 (1/2)3 =1/8 1,00
- Mức xác suất: Có giá trị từ 0-1. Một sự kiện chắc chắn xảy ra có
xác suất bằng 1. Một sự kiện chắc chắn khơng xảy ra có xác suất bằng 0. Tổng xác suất của mọi sự kiện có thể xảy ra đối với một sự kiện bằng 1. Ví dụ đối với sự kiện ném một đồng xu, cơ hội để có mặt hình là 1/2, cơ hội để