CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.3. Tích hợp kiến thức di truyền học trong dạy học phầnTiến hóa (Sinh học
2.3.1. Quy trình dạy học tích hợp
Khi dạy học phần Tiến hóa thơng qua tích hợp kiến thức Di truyền học cần tuân thủ quy trình dạy học chặt chẽ theo sơ đồ :
Xác định mục đích tích hợp Xác định các nội dung tích hợp Xác định mức độ tích hợp
Tổ chức dạy học theo nội dung tích hợp đã được xác định 2.3.1.1. Xác định mục đích tích hợp
Tích hợp kiến thức trong giảng dạy sinh học nhằm mục đích nâng cao hiệu quả giảng dạy, phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo cho học sinh. Vì vậy, trong khi thiết kế bài học giáo viên phải trả lời được câu hỏi: khi học xong bài này học sinh có thể thu nhận được gì?, hình thành phát triển kĩ năng gì?, có chuyển biến gì về thái độ tình cảm?.
Khi thiết kế và tổ chức dạy học tích hợp, giáo viên phải căn cứ vào những kiến thức đã có của học sinh và trình độ năng lực của từng nhóm học sinh khác nhau (giỏi, khá, trung bình, kém). Làm như vậy, mỗi học sinh đều được tham gia vào quá trình dạy học một cách phù hợp nhất với khả năng trí tuệ của mình.
2.3.1.2. Xác định các nội dung tích hợp
Căn cứ vào mối liên hệ giữa kiến thức cần truyền đạt của phần Tiến hóa và Di truyền học mà GV lựa chọn tư liệu và phương án tích hợp. Cụ thể phải trả lời các câu hỏi: Tích hợp nội dung nào là hợp lí? Liên kết các nội dung thế nào là hợp lí?
2.3.1.3. Xác định mức độ tích hợp
Mức độ tích hợp phải dựa trên mục đích và nội dung tích hợp. Khi xác định mục đích tích hợp và lựa 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 và mất đi tính đặc trưng của nội dung bộ mơn.
Như vậy, nội dung tích hợp phải phù hợp với sự cần thiết và không nên lạm dụng tích hợp làm mất đi đặc trưng mơn học. Điều này cần sự nghiên cứu, tìm hiểu nắm vững bản chất của vấn đề, từ đó mới có những hướng tích hợp cho phù hợp.
2.3.1.4. Tổ chức dạy học theo nội dung tích hợp đã được xác định.
Khi đã xác định được các yếu tố trên, giáo viên cần có sư lựa chọn những phương pháp thích hợp phù hợp với cơ sở tâm sinh lý, khả năng tiếp thu và phát huy tính tích cực chủ động của học sinh. Một số phương pháp như : Dạy học theo nhóm, dạy học giải quyết vấn đề, dạy học dự án, …được khuyến khích sử dụng khi nghiên cứu giảng dạy tích hợp.
2.3.2. Vận dụng quan điểm tích hợp kiến thức Di truyền học vào dạy học phần Tiến hóa (Sinh học 12)
Do khi sử dụng tích hợp các kiến thức di truyền học vào giảng dạy tiến hóa có một số khó khăn, nhất là khó khăn về thời gian, nên người dạy có thể lựa chọn những nội dung có sự liên quan cơ bản. Trong phần này, chúng tơi xây dựng một số nội dung có thể tích hợp kiến thức Di truyền học qua các ví dụ:
Ví dụ 1: Dạy học nội dung “Thuyết tiến hóa trung tính” bài “Thuyết tiến
hóa hiện đại” Sinh học 12
Mục đích tích hợp:
Người học đã được nghiên cứu về các hiện tượng đồng trội của các gen nhóm máu, ĐB gen, ĐB NST trong phần Di truyền học. Thông qua việc đưa ra cho học sinh các dẫn liệu di truyền học liên quan đến nội dung bài có thể giúp người học về:
Tính đa hình và sự bổ sung của học thuyết trung tính với các học thuyết hiện đại, học thuyết Darwin.
Thông qua các dẫn liệu và các câu hỏi di truyền học, vận dụng hiểu hiết của mình, người học được rèn luyện kỹ năng tư duy và kỹ năng giải quyết vấn đề.
Cơ sở khoa học:
- ĐB nhỏ trên gen có ảnh hưởng khác nhau tới sự di truyền, biến đổi trình tự các nucleotit, nên sẽ ảnh hưởng tới quá trình phiên mã, dịch mã và sự biểu hiện tính trạng với các mức độ khác nhau.
Các dạng ĐB thay thế một cặp nucleotit thường ảnh hưởng không lớn tới sự biến đổi của mã di truyền (Ví dụ ĐB đồng nghĩa) hoặc làm thay đổi mã di truyền. Hiệu quả của ĐB thay thế còn tùy thuộc vào vị trí mã di truyền mã hóa cho axit amin. Nếu nó nằm ở những vị trí quan trọng và đặc biệt thì sẽ gây ảnh hưởng lớn đến sự biểu hiện sản phẩm của gen (Protein, ARN). Nếu nằm ở vị trí như các đoạn khơng mã hóa thì khơng gây ảnh hưởng lớn cho sinh vật, mà chúng cịn đươc tích lũy tồn tại trong cơ thể sinh vật đợi khi có cơ hội biểu hiện tính trạng. Nó có ý nghĩa trong sự di truyền và tiến hóa.
Các dạng ĐB thêm mất một cặp nu trong gen nhìn chung có ảnh hưởng lớn tới các trình tự nu. làm cho cấu trúc gen thay đổi nên dễ dàng biểu hiện ra kiểu hình. Nó có thể làm cho sinh vật thể hiện những biểu hiện tốt hoặc xấu hơn, tích cực hoặc tiêu cực hơn so với dạng ban đầu. Các dạng ĐB gen trung tính khơng có lợi hoặc khơng có hại hoặc dạng ĐB gen có lợi làm cho sinh vật ngày càng đa dạng và phong phú thể hiện tính đa hình của sinh vật. ĐB gen được di truyền do đó nó là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho tiến hóa
- Hiện tượng đồng trội là hiện tượng khi hai alen khác nhau ở trạng thái dị hợp tử đều biểu hiện hoàn toàn, gây ra những sai khác về tính trạng so với các trạng thái đồng hợp tử. Hiện tượng đồng trội làm cho tăng tính đa hình di truyền.
Kimura (1968) đã nghiên cứu dựa trên phương pháp nghiên cứu phân tích di truyền đó là tập trung phân tích axid amin và protein, và phát hiện đặc tính tương đối ổn định của tốc độ thay thế axid amin trong sự tiến hoá phân tử và hiện tượng đa hình protein trong các quần thể tự nhiên.
Người dạy yêu cầu người học đọc kỹ, nghiên cứu mục “II-Thuyết tiến hóa
trung tính”SGK nâng cao trang 147 và trình bày nội dung học thuyết tiến hóa trung
tính của M. Kimura
Người dạy hướng dẫn người học nghiên cứu “Học thuyết tiến hóa trung tính” thơng qua dẫn liệu di truyền: Trong khi nghiên cứu tính đa hình trong cấu trúc của các phân tử protein bằng phương pháp điện di, Kimura đã để xuất quan niệm đa số các ĐB ở cấp độ phân tử là trung tính, nghĩa là khơng có hại, khơng có lợi, do đó chứng khơng chịu tác dụng của CLTN.
VD: Nghiên cứu của Harris (1970) trên 59 mẫu biến dị của chuỗi polipeptít anpha và chuỗi polipeptit bêta của phân tử hêmơglobin ở người đã phát hiện 43 mẫu khơng gây hậu quả sinh lý, 5 mẫu có ý nghĩa đánh dấu, nghĩa là có sự thay thế axit amin xảy ra ở gần nhân hem . Chỉ có 11 trường hợp ĐB làm cho Hb có cấu trúc khơng bền, gây thiếu máu do tiêu huyết ở mức độ khác nhau. Trong số này có 2 trường hợp đáng chú ý, xảy ra sự thay thế axit amin thứ 6 trong chuỗi β. Sự thay thế axit glutamic bằng lizin gây ra HbC. Sự thay thế axit amin glutamic bằng valin gây ra HbS.
Từ những dẫn liệu tương tự, Kimura đề ra thuyết trung tính: Nghĩa là sự tiến hóa diễn ra bằng sự cố định ngẫu nhiên các ĐB trung tính, khơng liên quan tới tác dụng tích luỹ của CLTN. Đó là nguyên nhân cơ bản của sự tiến hoá ở cấp độ phân tử.
Người dạy yêu cầu người học nhận xét và đưa ra ý kiến về nhận định: “Thuyết
trung tính của M.Kimura đối kháng với thuyết tiến hóa của Darwin bằng sự CLTN”
(Thuyết này khơng phủ nhận sự xuất hiện của các ĐB có hại, cũng khơng phủ nhận khả năng một số ĐB cố tính chất tự nhiên. Do đó, tuyệt nhiên khơng hề đối kháng với thuyết tiến hóa của Darwin bằng sự CLTN. Nếu như thuyết Darwin, thuyết tổng hợp giải thích thành cơng sự tiến hóa thực nghiệm ở cấp cá thể, QT, lồi, thì thuyết trung tính xem sự củng cố ngẫu nhiên của những ĐB trung tính là một nguyên lý cơ bản của sự tiến hóa ở cấp độ phân tử.)
Thuyết trung tính có đề cập tới hiện tượng đa hình cân bằng . Người dạy u
(Đa hình đựơc nói tới khi các cá thể của cùng một loài, trong một QT, tồn tại ở hai hoặc nhiều dạng khác biệt nhau. Các dạng khác biệt này được gọi là các dạng hình Morphs. Đây là các dạng BD kiểu hình của cùng một tính trạng. VD: Bướm thường và bướm meline là hai dạng hình của mầu sắc cơ thể)
Người dạy nêu ví dụ của hiện tượng đa hình cân bằng: Tỷ lệ các nhóm máu A, B, AB, O là cân bằng và đặc trưng cho từng QT người. .
Bảng 2.1: Sự phân bố nhóm máu trong QT người (Nguồn: Sách giáo viên sinh học 12 ban KHTN, NXB Giáo dục năm 1995) 12 ban KHTN, NXB Giáo dục năm 1995)
Dân tộc Tần số các nhóm máu (%) O A B AB Nga 32,9 35,8 23,2 8,1 Ấn Độ 39,2 24,5 37,2 8,1 Nhật 32,1 . 36,7 22,7 9,5 Thổ dân úc 54,3 40,9 3,8 1,0 Viêt Nam 48,3 19,4 27,9 4,2
Ví dụ này có thể chứng minh cho thuyết trung tính được khơng?
(Các alen IA, IB, i là nhũng alen trung tính về mặt chọn lọc. Trong mỗi quần thể người tỷ lệ các nhóm máu là đặc trưng và được duy trì ổn định qua nhiều thế hệ. Điều này chúng tỏ các ĐB trung tính được duy trì ổn định trong quần thể khơng do tác dụng cùa CLTN mà do sự củng cố ngẫu nhiên các ĐB trung tính.)
Ví dụ 2: Dạy học nội dung “Nhân tố tiến hóa ĐB” trong bài “Các nhân tố
tiên hóa” Sinh học 12.
Mục đích tích hợp:
- Học sinh đã được nghiên cứu về các hiện tượng ĐB như ĐB gen, ĐB NST. Dựa vào kiến thức đã học đó thơng qua dẫn liệu và bài tập di truyền, người học có thể hiểu thêm về vai trò của ĐB trong tiến hóa. Từ đó cho thấy rằng, ĐB là một nhân tố quan trọng trong tiến hóa.
- Thơng qua các dẫn liệu và các câu hỏi di truyền học về ĐB, vận dụng hiểu hiết của mình, người học rèn luyện kỹ năng phân tích, tổng hợp và kỹ năng giải quyết vấn đề được đưa ra.
- ĐB là những biến đổi vật chất di truyền
- Quá trình ĐB là một chuỗi các nguyên nhân và cơ chế phức tạp tác động vào vật liệu di truyền dẫn tới phát sinh các ĐB
- ĐB là nhân tố tiên hóa vì ĐB làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể.
- Tần số ĐB với từng gen thường thấp thấp (trung bình là 10-6 đến 10-4, nghĩa là cứ 1 triệu đến 1 vạn giao tử thì có 1 giao tử mang ĐB về 1 gen nào đó) nên áp lực của ĐB là khơng đáng kể, nhất là đối với quần thể lớn. Tuy nhiên ở mỗi lồi sinh vật có rất nhiều gen và quần thể lại có nhiều cá thể, nên tần số ĐB nói chung lớn.
- Q trình ĐB gây ra những biến dị di truyền ở cả các đặc tính hình thái, sinh lí, sinh hóa, tập tính sinh học, gây ra những sai khác nhỏ hoặc những biến đổi lớn của cơ thể.
- ĐB tạo ra nguồn nguyên liệu sơ cấp cho CLTN và q trình tiến hố. Trong đó, ĐB gen là nguồn nguyên liệu sơ cấp chủ yếu.
Tổ chức dạy học
Người dạy huy động kiến thức cũ của người học về đột biến. Người dạy đưa
ra câu hỏi: Tại sao quá bình ĐB lại là chuỗi các nguyên nhân và cơ chế phức tạp?
(Vì sự phát sinh một ĐB có liên quan tới sự tác động của nhiều nguyên nhân với những cơ chế hết sức phức tạp:
+ Nguyên nhân bên ngồi: tác nhân vật lý, tác nhân hố học
+ Nguyên nhân bên trong: những biến đổi sinh lý, sinh hoá trong cơ thể)
Từ các câu hỏi trên người dạy đưa ra giả định: Nếu các chương trình di truyền
có tính bền vững tuyệt đối (khơng có ĐB) thì sự tiến hóa sẽ như thế nào?
(Nếu như các chương trình di truyền có tính bền vững 100% và khơng có một yếu tố nào, bên ngoài cũng như bên trong vi phạm được cấu trúc của gen sự tiến hóa đã khơng thể xảy ra được, vì khơng có chất liệu cho tiến hóa . Hơn nữa, có đủ tất cả các cơ sở để giả thiết rằng sự chọn lọc những biến đổi ngẫu nhiên khơng chỉ là động cơ tiến hóa của sự sống hình thành, khơng có ĐB thì chọn lọc cũng khơng diễn ra.)
Người dạy gợi nhớ lại kiến thức cho người học: ĐB gen sẽ có khả năng làm
(ĐB làm thay đổi tần số alen và thành phần kiểu gen của quần thể vì vậy nó là nhân tố tiến hóa)
Người dạy nêu câu hỏi: Vậy ĐB có ý nghĩa như thế nào đối với tiến hóa?
(ĐB cung cấp ngun liệu sơ cấp cho q trình tiến hóa.)
Người dạy đưa ra ví dụ: Theo T.Dobzhansky (1957] ở loài ruồi giấm Drosophila pseudobscura, từ 1/4 đến 1/3 số NST đã nghiên cứu có ĐB gây chết
hoặc nửa gây chết, trong 1/3 số cịn lại thì 41-95% số ĐB làm giảm sức sống, chỉ
0,1% làm tăng sức sống. Tỷ lệ ĐB có lợi vào khoảng 10-9. Và yêu cầu người học
nhận xét: Kết quả này cho phép rút ra kết luận gì?
(Phần lớn các ĐB là có hại. Có hại vì nó phá vỡ quan hệ hài hoà trong kiểu
gen, trong nội bộ cơ thể, giữa cơ thế môi trường đã được hình thành qua CLTN. Chẳng hạn:
+ ĐB mất hoặc thêm vào một cặp nucleotit trên ADN dẫn đến tạo ra một mARN mà ở đó khung đọc bị dịch chuyển đi một nucleotit. Hậu quả là bắt đầu từ điểm này trên mARN quá trình đọc mã sẽ đọc các codon khác bình thường, tạo ra các protein khơng hoạt động. Vì vậy, các dạng ĐB này thường ít có ý nghĩa trong tiến hóa.
+ ĐB đảo vị trí và ĐB thay thế một hoặc vài cặp nucleotit thường ít gây hậu quả nghiêm trọng vì chúng chỉ tác động tới một hoặc vài bộ ba mã hoá trên gen. Chúng là nguồn BD quan trọng cung cấp cho tiến hóa, đặc biệt là các ĐB thay thế.
+ Trong môi trường quen thuộc, thể ĐB có sức sống kém hay kém thích nghi hơn dạng gốc. Giá trị thích nghi của một ĐB có thể thay đổi tuỳ sự thay đổi của mơi trường.
+ Giá trị thích nghi của một ĐB có thể thay đổi tuỳ sự tương tác trong từng tổ hợp gen
Ví dụ: Ở gà lơng quăn bộ lông sơ và trần trụi của những gà này gây nên hiện tượng giảm thân nhiệt trong điều kiện nhiệt độ thấp mạnh hơn nhiều so với gà bình thường. Tính trạng ấy làm giảm sức sống của gà lông quăn. Nhưng khi nhiệt độ khơng khí tương đối cao thì tính chất như vậy của gà lông quăn lại làm dễ dầng thêm sự toả nhiệt và lúc này lại có ưu thế
VD: Trên các ĐB đã nghiên cứu thì tỷ lệ ĐB lăn ở ruổi giấm là 93,9%, ở thỏ là 84,7%, ở chuột là 77%.)
Tại sao ĐB gen riêng lẻ có tần số rất thấp (từ 10-4 – 10-6) mà vẫn đuợc xem là nguồn nguyên liệu chủ yếu của q trình tiến hóa ?
(Đối với tiến hóa, ĐB gen là nguồn nguyên liệu chủ yếu của q trình tiến hóa vì so với ĐB NST thì:
+ ĐB gen phổ biến hơn do cá thể có nhiều gen nên có sơ lượng ĐB là đáng kể, đủ cung cấp ngun liệu cho tiến hóa.
+ ĐB gen ít gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức sống và sức sinh sản của cơ thể, vì ĐB gen là những biến đổi nhỏ trong cấu trúc của gen liên quan tới một hoặc một số cặp nucleotit, không phải bất cứ ĐB nào cũng đều làm biến đổi kiểu hình.)
Người dạy yêu cầu người học rút ra kết luận về nhân tố tiến hóa ĐB