[转] 生物学教学的几个常见误区及分析
2015-04-06 19:17
    
  来源:《生物学通报》2014年第10期  作者:刘本举


摘要:教学实践中,教师对梅塞尔森-斯特尔“DNA半保留复制实验”的检测方法、2,4-D 作为除草剂的原理、碱性染料的分类依据、新生儿如何从母乳获得抗体等问题存在一些误区, 对这些误区进行了分析与纠正。

1  梅塞尔森-斯特尔的“DNA半保留复制实验”的检测方法

  “DNA分子的复制”是高中生物学必修2《遗传与进化》中的一节课,各版本教材均选择了梅塞尔森-斯特尔(Meselson-Stahl)的“DNA半保留复制实验”作为DNA半保留复制的证据。但限于篇幅,只是简单介绍了实验的步骤和结果,其中的技术和方法均未做详细讲解。这就要求教师在备课时查阅资料,了解实验背景及详细的实验技术和方法。

    该实验的检测方法利用了DNA能够强烈地吸收紫外线的特性,而不是放射性同位素标记。但是,由于很多教师手头资料匮乏或者懒于查阅,导致对实验产生误解。大多数教辅资料对该实验检测方法的介绍也是错误的,这也是误导教师的一个重要因素。甚至北京市2010年高考理综第30题也出现了相关错误,误认为15N属于放射性同位素,实验结果是通过检测15N标记DNA的放射性得到的。题目中这样描述:“科学家以大肠杆菌为实验对象,运用同位素示踪技术及密度梯度离心方法进行了DNA复制方式的探索实验”、“子n代DNA离心的结果是:放射性强度发生变化的是______带”。

    15N在化学上称为“重氮”,并没有放射性。15N会导致DNA分子密度显著增加,使15N-DNA和14N-DNA及15N14N-DNA的密度不同,这样就可以通过CsCl密度梯度离心技术将上述不同的DNA分子分离开来。



     其实,按照某些教辅资料的检测方法检测,是不可能得到如图第3步实验结果的,因为离心管上部的DNA是纯14N-DNA,不含有15N,怎么会有放射性呢?又是如何检测到的?

    当年梅塞尔森-斯特尔到底用什么方法检测到了实验结果?笔者查阅了多个版本的《遗传学〉〉教材,《遗传学(下册)》[1]明确指出了该实验的检测方法:离心后不同密度的DNA分子就停留在与其密度相同的CsCl溶液处。因为DNA能够强烈地吸收紫外线,所以用紫外光源照射离心管,透过离心管在感光胶片上记录DNA带的位置,可以显示出离心管内不同密度的DNA带[1]。

2  2,4-D作为除草剂的原理

    关于植物生长调节剂2,4-D(2,4-二氯苯氧乙酸)作为除草剂的原理,几乎所有的教辅资料都认为是“高浓度的2,4-D抑制双子叶植物生长”。笔者在听课时,发现多位教师也是这样解释的。

    所谓“高浓度2,4-D抑制生长”,其结果应该是“比正常植株(未经高浓度2,4-D处理的植株)生长速率慢”,抑制的最大限度是“生长速率为0”,即抑制的结果最多导致生长停滞,而不是导致死亡。很明显,这些教辅资料的解释是错误的。王波、韩红梅等均认为,2,4-D除草的机理为干扰植物体内激素的平衡,影响植物的形态发生,造成植物生长异常,导致植物死亡[2,3]。

    刘正威在“苯氧羧酸类除草剂应用研究”、王明琦等在“苯氧羧酸类除草剂的研究与应用进展”中都有这样的解释,高浓度时,2,4-D会被植物的根、茎、叶吸收,并由韧皮部或木质部向下或向上传导,使分生组织的分化被抑制,伸长生长停止,植株产生横向生长,导致根、茎膨胀,堵塞输导组织,阻碍物质运输,导致植物死亡[4]。

    所以,高浓度2,4-D作为除草剂时,其原理并非简单地抑制植物生长,而是干扰植物内源性激素的调节,导致输导组织畸形膨胀,使输导组织被堵塞,物质运输不能正常进行,根部得不到有机物营养,饥饿致死。

3  关于碱性染料

    根据染料的化学性质分类,可分为碱性染料、酸性染料和复合染料。高中生物学实验中用到的“龙胆紫、醋酸洋红、甲基绿-吡罗红”等染料均属于碱性染料。有些教辅资料错误地解释为:“碱性染料配制的染液会呈碱性(pH>7)”、“酸可中和碱性染料,从而影响染色效果”,有些教师也这么认为。

    碱性染料并非指相应的染液呈碱性(pH>7),查阅教材会发现上述染液在配制时都用到了乙酸,如果测试染液的pH,应该是小于7的。那么,染料的分类依据到底是什么?怎样理解?现解释如下。

    碱性染料是指染料分子电离后,其阳离子有颜色,阴离子无色,阳离子可与染色目标结合,使目标着色。而酸性染料是指染料分子电离后,其阴离子有颜色,阳离子无色,阴离子可与染色目标结合,使目标着色。复合染料则是由酸性和碱性染料混合配制而成[6]。

    这种分类方法,也可以理解成根据染色对象分类。碱性染料可以使酸性物质染色,因为酸性物质可以电离出H+从而使自身带负电荷,碱性染液中的有色阳离子和带负电荷的酸性物质相吸引,牢固地将其染上颜色。酸性染料可以使碱性物质染色,因为碱性物质可以电离出OH-从而使自身带正电荷,酸性染液中的有色阴离子和带正电荷的酸性物质相吸引,牢固地将其染上颜色。

    如果染色目标为蛋白质,染料的选择要根据溶液pH的变化而变化。因蛋白质含有氨基和羧基,在酸性溶液中,当溶液的pH值小于该蛋白质的等电点时,则蛋白质带正电荷,易被酸性染料染色。在碱性溶液中,当溶液的pH值大于该蛋白质的等电点时,则蛋白质带负电荷,易被碱性染料染色[5]。

4  母乳中的抗体不能被婴儿吸收到血液中

    婴儿如何从母乳中获得抗体?是教学实践中常见的一个问题。婴幼儿奶粉的电视广告也常有“添加了奶牛初乳的精华”的说法。母乳中的抗体是否被吸收进入婴儿的体内?

    新生婴儿从母乳获得的抗体是不能通过小肠上皮细胞吸收进入体内的,而是吸附在小肠粘膜表面,在消化道内发挥作用。

    人体能产生5种抗体:IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。其中胎儿出生前就可以自己合成IgM,而IgG、IgA、IgD、IgE都是出生3个月后陆续开始合成的。5种抗体中,能通过胎盘屏障的只有IgG,这些IgG与胎盘母体侧的滋养层细胞结合,经胞吞作用进入滋养层细胞的吞饮泡内,并主动经胞吐作用外排到胎儿血液中去。这个过程是在胎儿出生前进行的。

    婴儿出生后的3个月内,能从母乳中获取IgA。晡乳期产妇乳腺组织中含有大量IgA产生细胞,产生的IgA分为“血清型”和“分泌型”2种类型,其中血清型的主要存在于血清中;分泌型的可通过分泌液分泌出去。所以初乳中含有的抗体主要是分泌型的。新生儿通过母乳得到的分泌型的IgA并不会吸收进入血液,而是吸附在婴儿的消化道粘膜上发挥免疫作用,在这里IgA可以结合饮食中的抗原,从而使抗原无法侵入婴儿机体[6]。

 

主要参考文献

1刘祖洞.遗传学.北京:高等教育出版社,1992.

2王波,王海波等.化学除草剂在农业中的应用.畜牧与饲料

科学,2006,27(5):29—31.

3韩红梅,刘志俊.除草剂老品种的市场开发新机遇-2,4-滴评述.山东农药信息,2004,(8):12—13.

4刘正威.苯氧羧酸类除草剂应用研究.管理观察,2009,(13):296—297.

5李焜章,包月昭著.实用生物学技术.郑州:河南科学技术出版社,1994:265—296.

6龙振洲.医学免疫学.北京:人民卫生出版社,1998:18—25.
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利用网络向前辈和同行们学习
2014-06-26 02:16
    

    进入网络时代,地理隔离并不能阻挡信息的交流。忽然发现通过一些前辈们或同行们的博客进行交流学习,效率远大于自己盲目的在网络上搜索资料或是到处听课,毕竟听课的时间冲突等总是让人懊恼,即便有幸听了某节课,也只能从自己的角度去接受、去猜测其他老师对教材或知识点的处理是怎样的,由于水平尚待提高,很多经典的细节都遗憾地被忽略了。而利用博客,可以很清晰地了解到这些老师的想法和处理方法,更可以很方便的直接留言交流心得、想法。

下面罗列一些网络上比较知名的生物教师的博客,供大家参考。


1、夏献平老师的博客 
http://blog.people.com.cn/blog/u/xiaxianping 
内质网—生物学互动平台(Ⅱ)   
http://xiaxianping01.blog.163.com/ 
2、林祖荣老师的博客 
http://blog.sina.com.cn/u/1216710230 
3、刘霞老师的博客   
http://blog.cersp.com/77837.aspx   
4、晨阳老师的博客   
http://zymsw9904.shengwu.com.cn/   
5、明霞老师的博客   
http://www.shengwu.com.cn/blog/user1/mingxia/index.html   
6、教书匠孟凡正的博客   
http://hi.baidu.com/shengwu 
7、羽佳的博客   
http://www.shengwu.com.cn/blog/user1/zhaiguijun/index.html     
http://zhaiguijun.cersp.net 
8、株洲九方中学杨珑老师的博客   
http://yangsikai.my.5460.net   
http://yangsikai.ebok.cn/ 
9、余广琪老师的博客 
http://www.chinateacher.com.cn/bbs/boke.asp?ygq58.index.html   
10、白猫的博客   
http://teachhu.bokee.com/   
11、朱小毛老师的博客:朱眼看教育   
http://blog.cersp.com/64573.aspx   
12、田秀敏老师的博客 
http://www.31390.com/blog/txm513 
13、驼走大漠的反思 
http://blog.cersp.com/userlog/5127/index.shtml   
14、(holy98)的BLOG南海中学西樵分校:生物沁园   
http://blog.cersp.com/56040.aspx 
15、dzszxush(徐少华) 的博客   
http://dzszxush.blog.sohu.com/   
新家地址:   
http://dzszxush1980.uueasy.com/index.php   
16、惠东中学罗天来 天河部落个人博客   
http://59.42.251.241:9010/luotianlai/default.aspx?login=1   
17、白猫的生物教学博客   
http://teachhu.bokee.com/   
18、开花的灵魂的博客   
http://gaiyin.pkm.cn/   
19、闪 亮 吧 
http://blog.sina.com.cn/u/1081669831   
20、南国笨鸟的博客 
http://blog.sina.com.cn/u/1271294972   
21、蓝色基因的生物世界   
http://scbluegene.blog.sohu.com/   
22、贺占云老师博客 
http://blog.sina.com.cn/u/1269363795   
23、生物教学园 
http://yangchzh616.blog.sohu.com/   
24、懒懒的窝   
http://www.dlteacher.com/blog/blog.asp?name=tyhoney   
25、阿静的歌   
http://www.dlteacher.com/blog/blog.asp?name=ajing 
26、太空人个人网站 
http://shengwujiaoshi.pkm.cn   
27、冯占武   
http://hi.baidu.com/fzhw8888/blog   
http://fengzhanwu6666.blog.163.com   
28、麻辣教师123的搏客 
http://www1.tianyablog.com/blogger/view_blog.asp?BlogName=dazhouteachers74&idWriter=8751923&Key=455049719   
29、任长松的教育博客 
http://renchangsong.blog.sohu.com/   
30、教育小兵博客 
http://3210.cersp.net 
31、教师:海南岛的《生物小吧》 
http://yedaohaifeng.vicp.net/   
32、彭邦凤 
http://blog.hengqian.com/u/997/index.html   
33、轩子的博客   
http://zb700318.blog.sohu.com/   
34、榕树下617的博客   
http://www.shengwu.com.cn/blog/user1/1368/index.html   
35、王文带你认识真正的美国教育   
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36、小乜的文集和论坛 
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37、乐园小憩的博客   
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38、chuanbeimu的博客   
http://chuanbeimu.shengwu.com.cn 
39、waterbuleboy(徐玉华)的博客,欢迎各位朋友光临!   
http://blog.sina.com.cn/waterbuleboy   
40、还我狼孩的博客   
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44、谢文汉老师的博客 
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45、Zhandiwei的博客   
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46、红元帅的博客   
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49、黎工之家   
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50、侯老师生物课堂   
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[转] 高中生物趣味教学案例及分析
2014-06-26 01:59
    

生物作为一门自然学科,其趣味性是区别于其他学科的一大显著特征。要让学生喜欢上生物课,就要尽可能增强课堂教学趣味性,激发学生的学习兴趣。所谓趣味教学就是把一些与学科有关的有趣知识和有助于调动课堂气氛的灵活的教学方法引用于教学过程中,以引起学生的注意和兴趣,以调动学生参与课堂思考、探讨、解答问题的积极性,达到良好教学效果的一种教学方法。因而,在生物教学中,恰当使用趣味案例会起到画龙点睛的作用,也会收到较好的教学效果。下面就结合教学实践介绍多种类型的趣味教学实例,并进行进一步分析。
  一、使用幽默、夸张的教学语言感染吸引学生。
  教学幽默在课堂教学中的有效应用,避免了“板着面孔说教”而引发的学生憎恶情绪,而是在笑声中引发学生意味深长的思索或茅塞顿开后的愉悦。
  案例:当同学们昏昏欲睡时,我在讲台上激情飞扬地说:“同学们,你们现在这样的状态,便像是注射了过量胰岛素后的症状。也有点类似缺少甲状腺激素后的症状,慵懒而无活力。那么,同学们是被注射了过量胰岛素,还是甲状腺被切除了呢?”学生一听乐了,沉闷的气氛一扫而空。有时,学生上课过于活跃,常常漫无边际地插嘴。对此,我对学生讲:“同学们是不是把酶加多了,反应如此激烈。若再不降温,老师可要加水稀释了。”学生们一听笑了,态度一改从前。
  二、运用报刊上的新闻内容穿插讲课或介绍最新生物成果,能活跃课堂气氛。
  案例(一):从2003年的SARS到AIDS,再追溯到天花、鼠疫,以及西班牙大流感,还可以联想到二十一世纪杀伤力最大的生物武器及各个国家对生物武器的研究。这些都是学生非常感兴趣的话题。高中生物新教材在内容的编排上,力图构建一种联系现实生活的氛围,创设一种进一步理解和应用生物学知识的情境。
  案例(二):1998年洪水泛滥直接造成一千多人死亡,国家损失巨大,其罪魁祸首是长江中上游森林被大量砍伐。近年来,黄河每年断流达100多天,这是大自然向人类发出的警告。大炼钢铁“炼就”了多少荒山。先围湖造田,后返田还湖,浪费了人民多少血汗。听说过“多利羊”吗?还有最新的一些生物科技产品,等等。
  生物学知识日新月异,发展很快。为了赶上时代步伐,教师有必要经常上网查阅资料,了解现代生物学新成果、新观念,结合新教材内容相关知识,如克隆人事件、转基因生物与生物效应器等生物高新技术知识等,让学生也关注社会、关注生物学热点。事实证明,这种潜移默化的熏陶在学生中产生了巨大的影响,他们非常关注生物科学发展的动向,科学成就也成了同学们爱谈论的话题之一。
  三、适当介绍一些与生物学有关的趣闻轶事,能使枯燥的知识趣味化,抽象的内容具体化。
  学生一般都喜欢听故事,老师可抓住学生这一心理特征,寓故事于生物教学之中,在教学设计时,能用故事导入的尽量用故事导入,这样既调动了学生的求知欲,又为学生创设了一个轻松愉悦的学习情境。
  案例(一):在讲《伴性遗传》时,以英国“皇族病趣闻”作为引言:“历史上最著名的血友病的携带者是英国的维多利亚女皇。以《屎壳郎出国记》的趣味小故事引入《生态系统》的教学。在讲授“基因的自由组合定律”时可引入:“英国近代有一大文豪萧伯纳和漂亮女演员的故事。另外,还可以尝试在生物课堂上还安排了课前5分钟轮流讲故事的活动,故事的内容可以是与生物学有关的,也可以是报告生物研究的前沿问题。
  案例(二):在讲“白化病”时,先穿插讲了一段“月亮女儿”的故事:大西洋中有个小岛,岛上住着300多位居民。他们的皮肤极白,头发几乎透明,眼睛怕光,视力极差,所以白天深居简出以避光,只有皓月当空时,才走出家门,在海滩上高歌狂舞,故被称为“月亮女儿”(白化病)。但为什么岛上的人都患这个病呢?在长时间内一直是个不解之谜,直到1927年这个迷才被解开——原来这是由于该岛长期与世隔绝,岛上居民近亲婚配,结果白化病得以蔓延。
  任何理论的产生都伴随着一系列的人闻轶事,而这些人闻轶事往往闪耀着科学思想的光辉,只要我们注意挖掘,无疑会为我们的课堂增色添辉。因此,老师不能仅仅熟知某个理论,还应该了解相关故事、生物学史及相关历史人物,这些历史不仅能开阔我们的眼界,提高我们的修养,而且能增强我们课堂教学的趣味性。
  四、巧用实例和数据,促进教学与生活实际的结合,追求理论联系实际。
  在生物教学中,用课本上的知识解决生活中的问题对激发学生的热情至关重要,这样,学生不仅有兴趣听,而且学得轻松。
  案例(一):在讲无氧呼吸时,可从长跑、做泡菜、制酒等方面引入。对于人们日益关注的环境问题如“赤潮”、“水华”、“入侵物种”等,还有食品安全问题如“农药残留”、“转基因食品”等是指的什么,这些现象因何而引起,又该如何防治,等等。
  案例(二):经过基因工程改造的“猪心”、“猪肾”等,渴望在不久的将来进入人体执行正常的生理功能。又如,模拟细胞膜结构研制成的“生物导弹”将会广泛应用于众多疑难病症的治疗中。利用该DNA的特异性可以做亲子鉴定,还可以给罪犯定罪。目前,正在研究注射DNA攻克癌症的途径。研究人员从病人身上取出DNA,在试验室进行改造后,再在实验室内培养,然后根据需要注射到病人的癌肿中去,以治疗癌症。
  五、巧妙引用诗词、俗语等增添教学的趣味性。
  案例(一):如“春色满园关不住,一枝红杏出墙来”,这是比喻植物的向光性。再如“落红不是无情物,化作春泥更护花”,这是对生态系统物质循环知识的描述。再如借用“龙生龙,凤生凤,老鼠的儿子会打洞”、“种瓜得瓜,种豆得豆”和“一猪生九子,连母十个样”来引入遗传和变异。学习生态系统的稳定性时,把抵抗力稳定性比喻为“大雪压青松,青松挺且直”;而把恢复力稳定性比喻为“野火烧不尽,春风吹又生”,这样来比较区别,学生就容易接受了。
  案例(二):分析食物链时,用“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米啃泥巴”或“螳螂捕蝉,黄雀在后”来描述几种生物的关系,引申出生态系统中的物质和能量转递过程,进而分析“大鱼,小鱼,虾米,泥巴”在食物链上各处的营养级。
  六、巧用一切有实效的教具,如实物、实验、多媒体等形式辅助教学,加强教学的直观性,再现生物的生理特点,生理结构及生活环境,增添教学的趣味性,把学生平时看不到的微观结构和不易理解的、难以表达的抽象内容展现出来。
  案例(一):在讲授必修一第六章第二节《细胞增殖》时,自制《细胞增殖》Flash课件,再配合课本插图,把细胞分裂的动态变化过程向学生展示,从而使学生牢固地掌握细胞分裂的连贯的、动态的变化过程,使教学更加直观、生动,加深印象,增强记忆,取得良好的教学效果。
  案例(二):在讲授必修三生物第一章《人体的内环境与稳态》中的“内环境”知识时,教师可采用边讲边画板画的方法,用不同颜色的粉笔在黑板上先画出组织细胞、血管、淋巴管和组织液等;然后按照组织液和淋巴形成的顺序讲解,边讲边总结组织液、血浆和淋巴三者的成分差别和组织液、淋巴的形成过程。这样讲授,不仅可以加深学生对知识的理解和巩固,而且可提高理性认识,促进学生注意力、观察力、思维力的发展。
  案例(三):用“酶的特性”这个有趣的演示试验导入酶的高效性的讲解,效果很好。在《生态系统的稳定性》这节课中,首先播放新闻短剧《生物圈II号》,让学生深刻感受到生态系统稳定性的重要性,引起学生思考自然,观察自然,探索自然的兴趣。
  七、趣味教学强调以教师为主导,以学生为主体。
  案例(一):课堂抢答,以赛促趣。中学生大多争强好胜,将“竞争机制”引入教学中,对激发学生兴趣有较强的催化作用。教学中我尝试了“课堂抢答积分制”,以学生的自然分组为单位,课堂提问或复习以每组轮流回答或抢答的形式展开,答对的为该组记分并当堂公布每组得分结果。这样不仅回忆了上节课内容,而且提高了学习的兴趣。
  案例(二):鼓励学生主动收集并整合与生物知识的趣味资料。在免疫学中,有关艾滋病的内容,学生表现出了极大的兴趣。我提前将任务布置下去,要求每一合作小组查询搜集质量较高的案例一份,并在课堂上展示交流。几天后,上课时学生的出色表现给了我意外的惊喜,我看到了学生搜集的许多图片,我也感悟到他们所整理的资料为课堂增色许多。此外,还可以让学生扮老师,让他们以小组为单位介绍他们的成果。
  教学中趣味案例为了将趣味性与课堂内容有机结合起来,使枯燥的知识趣味化,就要勇于实践,敢于创新,找到最佳的切入点,找到最好的学习方法,要在备课中充分地准备好能调动学习兴趣的资料、练习等,充分发挥教学机智和教学艺术,才能使生物教学达到知识性和趣味性的和谐统一。高中生物趣味教学是一种适应生物教学的一种新方法,它调动学生的视觉、听觉、感受功能等,目的在于激发学生的学习兴趣,营造一种紧张活泼、和谐生动、有张有弛的理想氛围,发挥学生学习的积极性主动性,使学生成为课堂教学的主体,从而不断地增强教学效果,培育出高素质的生物人才。

 

来源:《考试周刊》2012年第13期 作者: 曾露娇;

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[转] 王苗苗:例析高中生物学教材处理的若干误区
2014-06-26 01:54
    

【摘要】  高中生物教学中,由于种种原因导致教师对教材处理的过程中易产生若干误区。倘若不能及时地反思并加以有效地解决,教师盲目放任地进行教学,势必影响学生科学知识的获取、科学方法的掌握和科学素养的形成。本文主要针对高中生物学教材处理的若干常见误区进行实例分析并提出相应的解决策略,以期对同行的教学起到一定的参考作用。

【关键词】  高中生物学  教材处理  误区 

          教材是用于向学生传授知识、技能和思想的材料,其定义有广义和狭义之分,广义的教材指凡是有利于学习者增长知识或发展技能的材料;狭义的教材就是教科书,即课本。本文所述教材主要指教科书。教材是一门课程的核心教学材料,是教学活动及课程考核的主要参考依据。笔者在日常的教学研讨、听课及评课的过程中发现,尽管深入研究教材是教师们的普遍认知,但在对教材的处理上仍存在一些问题。本文主要针对教师在利用教材进行教学设计、课堂教学及习题编制等过程中常出现的误区进行探讨。

1  知识认知的误区

         生物学是一门科学课程,科学需要去伪存真,科学知识和科学理论的诞生必须建立在大量、反复地观察和实验的基础上。《普通高中生物课程标准(实验)》要求重视生物科学素养的提高,生物科学素养主要是指人们在认识自然和应用生物科学知识的过程中表现出来的内禀特质,包括人们所掌握的生物科学知识、技能和方法,以及在此基础上形成的生物科学能力、科学观以及科学品质等方面。科学品质中很重要的一项内容就是质疑和求实的精神,教师更应当在这方面身先士卒。假如教师所教授的知识都存在较多谬误而不善质疑,谈何培养学生的求实精神?教师对于教材中知识的解读易出现的误区及其成因分析如下: 

1.1  迷信资料,人云亦云     

         当前教辅资料泛滥,假如某些教师进行知识整理或习题命制时出现知识性错误却又被审核不够专业、严格的教辅资料收录的话,极易广泛传播开来,甚至被一线教师奉为权威,作为教材的补充渗透课堂教学,不利于学生获取科学的生物学科知识。诸如:

案例1:葡萄糖只有进入红细胞为易化扩散吗? 

         许多教师在进行“物质出入细胞的方式”一节教学时对于“葡萄糖跨膜运输的方式”是这样总结的:葡萄糖进入红细胞的方式为易化扩散;进入其他细胞为主动转运,如小肠绒毛上皮细胞。这样的总结明显是不准确的。   

          实际上,葡萄糖进入组织细胞的方式更多是易化扩散,如葡萄糖可通过易化扩散进入骨骼肌细胞和脂肪细胞,运输葡萄糖的载体(即GLUT)主要通过构型的变化将葡萄糖运输到细胞内。另外,葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞的主动转运也不同于高中教材介绍的ATP直接供能的方式,它不直接消耗ATP水解提供的能量,而是借助于Na+-K+泵排出的Na+所产生的电化学梯度使物质进入细胞。葡萄糖以何种方式进出细胞关键在葡萄糖以何种载体结合,诱发后继的变化。细胞是最基本的生命系统,具有一定的自我调适能力。对葡萄糖的运输而言,细胞主要通过调适细胞膜载体的类型、数量和朝向来达到结构和功能的完美统一。教师应当引导学生学会分析物质跨膜运输的具体情境,根据情境判断具体的转运方式,而非死记硬背一些片面甚至错误的总结。

案例2:概率就是比例吗?

(习题1)基因型为AaBb的雄性动物产生基因型为AB精子的概率为(  )

A.1/2    B.1/4    C.1/8    D.1

(习题2)基因型为AaBb的雄性动物产生基因型为AB精子的比例为(  )

A.1/2    B.1/4    C.1/8    D.1

        许多教辅资料中对上述两种习题不加区分,均给出B答案。实际上,概率不等同于比例。概率表示一个事件发生的可能性大小,它是随机事件出现的可能性的量度。对于基因型为AaBb的雄性动物而言,产生基因型为AB精子是一个必然发生的事件,因此概率应该为1,即习题1选D。同理,假如将“雄性动物”改为“雄性动物的一个精原细胞”,答案则为1/2。而比例是指一种事物在整体中所占的分量,基因型为AaBb的雄性动物产生精子类型有四种,其中AB型精子占的比例为1/4,习题2选B。

案例3:果糖和半乳糖分别是植物和动物特有的单糖吗?

        在对“动、植物特有的糖类” 进行总结时,许多教辅资料认为:果糖是植物特有的单糖,半乳糖是动物特有的单糖。事实上,无论动植物细胞,糖酵解过程中都有磷酸化果糖的出现,蜂蜜和人精液中都含有果糖。植物细胞壁的半纤维素成分中含有半乳糖。[1]—[3]

        类似的问题还有很多,比如“叶绿体产生的O2进入同一细胞的线粒体经过4层生物膜吗?” “植物根尖生长素的运输方向是从根尖到根基吗?”“ATP的产生过程中一定会生成水吗”等等。教辅资料相对于教科书而言,编者的专业水平和投入精力都不可同日而语,缺乏权威性。教师受限于知识储备的深度和广度,不可能完全规避谬误,但也绝不能迷信资料,人云亦云,将资料上的内容不加质疑、不经加工地传授学生。

1.2  一叶障目,不求甚解

        教师常产生的另一个误区是对于教材上呈现的知识的理解太流于表面,只关注一些生命现象的外在表现而忽略了生命系统内部的复杂联系,容易对某些生理过程出现错误的理解。比如: 

案例4:有O2的条件下,将丙酮酸加入酵母菌细胞溶胶提取物中会得到何种产物?

  误解:缺乏线粒体,丙酮酸无法进一步进行柠檬酸循环,无法完成需氧呼吸;而O2又抑制了厌氧呼吸的进行,所以丙酮酸不发生反应。

 解析:误解产生的原因是未理解O2抑制厌氧呼吸的机制。O2是还原氢的最终受体,当有O2的时候,还原氢通过线粒体内膜上的呼吸链而被氧化,丙酮酸缺乏还原氢,不能按照厌氧呼吸的方式被还原,即厌氧呼吸被抑制。而案例4中缺少线粒体,电子传递链无法完成,O2并不能发挥对厌氧呼吸的抑制作用。但产物也不是有些教师所讲的乙醇和CO2,因为在乙醇发酵的过程中,丙酮酸首先脱羧产生乙醛和CO2,然后乙醛被还原氢还原为乙醇,案例4中添加的底物是丙酮酸,缺少了糖酵解所生成的还原氢,乙醛无法被还原。因此产物应该是乙醛和CO2

  案例5:光合作用总反应式(6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2)中产物H2O来自哪个阶段?

  误解:光反应阶段发生H2O的光解,消耗H2O,因此产物中的H2O来自碳反应。

解析:误解产生的原因是对光合作用过程一知半解。从光合作用总反应式看,底物H2O中的O原子全部转移到产物O2中,看起来产物H2O中的O原子只能来自CO2,而CO2在碳反应阶段参与反应,便主观臆测H2O的产生必然在碳反应阶段。实际上,只要逐步研究卡尔文循环就不难发现,碳反应非但没有H2O产生,反倒消耗了H2O,因为ATP转化为ADP和Pi时会吸收2个H和1个O。1966年Andre Jagendorf实验证明,光反应光合磷酸化过程是ADP和Pi利用质子流动产生的能量合成ATP的,这个过程中有H2O的产生,也就是说产物中的H2O是光反应产生的。无独有偶,许多教师对于呼吸作用中H2O的认识也存在偏差,认为有氧呼吸中只有第三阶段才有水生成,这也与实际情况相去甚远。

         教材的编写需要综合考虑学生的时间、精力、能力和发展需要等,还要注意各门课程之间的整体协调,据此来把握教材内容的深度和广度。因此,高中生物学教材中某些知识的呈现必然不能像高校教材那样细致全面,只要求学生能对相应的事实、概念和方法进行宏观把握和初步运用即可。一线教师却常喜欢根据教材中的只言片语进行拓展、归纳,将自己总结出的“结论”作为“知识”传授给学生,往往容易出现错误。教师一方面应深入研究课程标准和考试纲要,为课堂设置合理的教学目标,不罔顾学生的接受能力盲目拔高拓宽;另一方面要多学习、多思考,提高自身的专业水平,这样才能在对教材知识进行归纳总结和拓展时减少知识性错误的出现。

1.3  因循守旧,抱残守缺

        当今科学技术迅猛发展,生命现象的新发现、新解释不断涌现,生物技术手段也在不断推陈出新,即便是教材中的某些知识,也可能在日新月异的科技发展中稍显落伍。另外,迄今为止,尚有许多生命现象的解释未有定论,还存在不同的假说。教育的宗旨应是以更快的速度、更高的效益、更大限度地开发学生的学习潜能与创新活力。教师只有加强学习,与时俱进,博采众长,才能使自身的知识储备不断丰富,不至落伍。这样在教学中才能立足高点,挥洒自如,也有利于学生学科视野的开阔和对科学的民主、自由属性(允许百家争鸣)有正确认识。

案例5:植物“顶端优势”的原因什么?

         中学教材上关于植物“顶端优势”的解释是:顶芽是生长素合成的中心,顶芽合成的生长素通过极性运输到达侧芽,侧芽对生长素比顶芽敏感,而使生长受到抑制。实际上,这是K.V.蒂曼和F.斯科格于1933年提出的“生长素直接抑制假说”。这个假设是否一定正确或普适呢?有人在羽扇豆等植物上发现,在受顶端抑制的侧芽中,生长素的含量比侧芽生长所需的最适浓度要低得多。另外,直接在顶芽上施用生长素能提高茎干中生长素的浓度,但不能抑制正常的侧芽长出。而且,多种植物中顶端优势需要生长素向基部运输,但是用放射性标记的生长素进行的实验表明生长素并不进入侧芽中。 [4]     在关于植物“顶端优势”的研究历程中,出现了诸如“生长素直接抑制假说”、“生长素间接抑制假说”、“营养假说”、“营养调运假说”等不同角度的解释,它们既有一定的适用性也存在某些不足,这或许与生命的多样性有关,待继续研究。

        类 似的案例还有“基因突变大多是有害的还是中性的?”“所有蛋白质热变性均不可逆吗?”“肌肉酸痛是因为乳酸积累吗?”“适度干扰学说与顶级群落的矛盾”等等。

       针对知识认知的误区,勤学多思是最佳的解决方案,教师的专业知识储备越丰满,学科逻辑思维能力越强,产生误区的可能性自然越小。结合自身的专业成长经历,笔者认为快速提升学科素养的途径有:

       ①针对性地研读高校教材  尽管当前生物教师大都有大学本科甚至研究生学历,专业知识都有过一定程度地系统培训,但某些知识由于高中教学活动不常运用而易忘却,如呼吸作用和光合作用的完整过程等,教师在研究某些问题需要运用时则可以查阅相应高校教材,作为相对权威的指导。另外,诸如生物工程技术方面的相关知识,对于年纪稍长的教师在大学阶段并未接触,也可借助高校教材系统学习。     

        ②多途径地加强教学研讨    “三人行,必有我师”。对于知识上的疑难问题,利用教学研讨活动发挥集体智慧往往可得以有效地解决。教学研讨活动有多种途径:日常的学科备课组研讨、各级地区组织的教研活动和利用网络进行线上研讨。前两者一线教师相对熟悉,而线上研讨则是当下较为流行且高效的一种教研方式。线上研讨的方式主要有QQ群(如“汗水群”、“中学生物教学群”等)和论坛(如内质网互动平台、K12生物论坛等)两种方式,笔者常活动其中,得到了全国各地教师的热心帮助。   

          ③选择性地阅读期刊杂志    期刊杂志大多为月刊和半月刊等,刊登内容具有较强的时效性,阅读优秀的期刊杂志可以使自己了解更多的新知识或对原有的知识产生新认识。与中学教师教学相关的全国核心期刊如《生物学通报》、《中学生物教学》和《生物学教学》等都是质量较高的。

2  科学史使用的误区

         生物科学史教育能够使学生理解科学的本质,体验科学研究的方法,感悟科学探究的精神,因此,高中生物新课程非常重视生物科学史教育。《普通高中生物课程标准(实验)》明确了要“重视生物科学史的学习”,在其内容标准中多处明确提出了生物科学史的具体教学要求。但是,在新课程实施过程中生物科学史教学仍然出现了一些误区,需要我们探寻原因,研究对策,以更好地促进教学。[5]

2.1  理解失当,材料错用       

    案例6:孟德尔进行的豌豆杂交试验,涉及豌豆7对相对性状,通过两对相对的遗传试验,孟德尔发现了自由组合定律。后来的研究表明,豌豆的体细胞中正好是7对同源染色体。于是,有许多教师在上课时告诉学生孟德尔研究的7对相对性状的遗传因子(基因)恰好分布在这7对不同的同源染色体上,他们彼此之间均遵循自由组合定律。

        而事实上,孟德尔研究的7对性状的遗传因子并不正好分布在7对不同的同源染色体上,而是只分布在4对同源染色体上。其中第一对同源染色体上坐落两对等位基因(子叶黄绿和种皮的灰白)。第四对同源染色体坐落三对等位基因(植株高矮、豆荚形状、花的位置)。第五对同源染色体上座落一对等位基因(豆荚黄绿)。第七对同源染色体上坐落一对等位基因(豆粒圆皱)。由于交换值具有相对的稳定性,所以通常以交换值表示两个基因在同一染色体上的相对距离,或称为遗传学图上的图距。图距小于50才出现连锁现象。孟德尔的二因子杂交实验所涉及的两对性状即便由同源染色体上两对基因决定,但因两对基因的图距非常大,以致杂交后代表现出类似自由组合的数据。这种巧合正是孟德尔能够顺利发现自由组合定律的重要因素。

        另外,有老师告诉学生孟德尔是依据减数分裂的相关原理进行“演绎推理”并最终提出遗传定律的。而事实上,孟德尔的研究成果发表在1854年,而减数分裂是1883 年才由德国的贝内登等人观察到,1905年才由法尔默和莫尔创造减数分裂一词并详细描述其过程。

         历史是客观的,科学是求实的。我们在评述历史时,要用历史的眼光,全方位理解历史,在理解的基础上对历史上科学家的工作作恰当评述,尊重历史也是科学求实精神的重要体现。教师在进行科学史教学前应当多查阅资料,重视科学发现的背景,将科学放在导致它们产生的背景中学习。而不能用我们既有的知识和技术来揣测前人的思维和方法,这样只会导致理解失当,材料错用,主观的放大或缩小科学家的真实贡献,对学生的认识产生误导。类似的误区还有很多,比如肺炎双球菌体外转化实验中,艾弗里等人的工作是不断的去除S型菌中蛋白质、RNA等成分,然后得到纯化的“转化因子”,接着对纯化的“转化因子”进行鉴定,确认它就是DNA。而不是被普遍误解的对S型菌中的蛋白质、RNA、DNA等进行提纯,再用提纯的各种成分去做转化实验测试。

2.2  大材小用,目标单一     

  案例7:在进行《细胞概述》一节“细胞学说的建立过程”这一内容的教学时,许多教师只是简单罗列细胞学说的三条内容分别在哪一年由哪些科学家提出,大约5分钟时间即完成这个教学内容,转而把重心放在“细胞的大小、数目及种类”及“真、原核细胞的比较”等与考试关联性更大的内容上。而没有真正分析细胞学说的建立过程所蕴含的科学发现的模式,揭示科学的本质。看似在教学中利用了生物科学史,但是目标定位在落实知识,科学史只是用于辅助学生理解相关知识,而没有让学生真正深入到科学史教育中,获得方法和情感的体验,导致目标过于单一。这种误区在实际教学中具有一定的普遍性。

          而笔者在进行本块内容教学时,详细查阅了胡克、施来登、施万和菲尔肖等科学家的生平及科学研究历程,分别整理成几则小资料,在授课时以PPT呈现并以问题引导学生思考:在细胞学说建立过程中,科学发现与技术发展关系(显微技术的发展对细胞学说的诞生与发展至关重要)、理论思维与科学实验的关系(科学的思维模式包括归纳推理和演绎推理等,施来登和施万便是在大量观察的基础上进行归纳,并推理所有生物均由细胞组成),理解科学发现的模式(事实—规律—理论)。 

           误区出现的原因,固然有考试评价指向的问题,也与部分教师对于如何深入挖掘生物科学史的教育价值认识不够有关。进行科学史教学时,不仅要关注和确定知识目标,同时也应该深入分析确定过程与方法、情感态度价值观方面的目标,只有目标明确且全面,才能在教科学史教学过程中不仅帮助学生掌握知识,还能让学生体验科学方法,感悟科学研究的历程。

3  实验教学的误区

         生物学是一门以实验为基础的自然科学,生物科学就是在不断的观察和实验及分析中形成和发展的。实验教学在生物教学中占有非常重要的地位,是培养学生动手能力、创新能力、创新意识的基本途径,是帮助学生实现由感性认识到理性认识,由具体思维到抽象思维飞跃的一个重要环节。要培养学生的实验设计、操作、分析及评价能力,教师自身能力的提高是重要前提。但在实际教学中,由于考试对实验考察的局限性,教师对实验教学的重视度普遍不足,缺乏深入细致的实践与思考,常陷入某些误区。

3.1    纸上谈兵,缺乏实践 

     部分教师的实验教学根本不做实验,完全按教材内容纸上谈兵,从实验原理、实验步骤到实验现象和结论,没有直观的感受,都是背诵加想像。由于大量的习题中含有实验内容,练习指导着实验教学现象随之产生。学生没有做过实验,解题如同盲人摸象。

案例8:有次模拟考试中有一题:在绿叶中色素的提取和分离实验中,某学生得到的色素带颜色较浅,导致这一现象可能的原因是(  )

    A.取材的叶片本身颜色淡,色素总含量偏少

     B.未加入二氧化硅,研磨不充分

    C.划滤液细线的次数较少,使滤纸带上的色素含量较少

    D.层析时色素带没入层析液中

     对于答案是ABCD还是ABC,老师们争论不休。部分老师认为D选项也是可能原因,理由是前一阶段的某一份试题中给的答案有D,如果这次不选,无法向学生交待。

         实际上,只要亲自动手做一做这个实验,以实验现象为依据,对试题作出正确的判断就可以解决问题。有老师重复多次色素带没入导层析液中的操作,实验结果是滤纸条上没有色素带,根本谈不上色素带的深与浅。教师只有多带领学生“做实验”,而不是让学生“看实验”甚至“听实验”,才能在实验的失败或成功中获得实践经验,这对于教师和学生生物学素养的提高都是不无裨益的。[6]

3.2    固步自封,缺乏创新

     虽然教材中实验的设置已经考虑到其选材的季节性和地域性以及操作的难易度等因素但笔者发现有些实验操作难度仍偏大,学生实践起来实验效果常达不到预期,往往容易打击学生的实验积极性,以致教师也常将实验视为鸡肋。实际上,只要教师肯动脑、勤动手,不要被教材中的操作方法束缚思维,根据实际情况,多尝试创新,无论是对实验材料、实验器具或实验步骤的改进,均可找到解决之法。

案例9:“检测生物组织中的油脂”实验中,要求对种子进行徒手切片操作,而徒手切片要求刀片接触子叶的角度、力度都要十分合适才能得到符合要求的薄片,假如没有双面刀片的话,这项操作难度更高,切片效果不好将严重影响后期的显微观察。其实,只要将切片改为涂片,用刀片在种子断面上轻轻刮下一些粉末,制作成涂片,经过染色后很容易找到橘黄色的脂肪颗粒。

3.3    思维定势,缺乏逻辑

      高中教材中涉及的实验主要分为观察实验、模拟实验和对照实验三种类型,对于高考常考的对照实验教师特别重视,甚至帮助学生总结了许多规律,比如如何设定实验目的、如何设计实验步骤以及如何进行实验结果的预期和结论的表述等。多频度的考练容易让师生形成一种思维定势:研究某种因子的作用只需要将其作为自变量来设置对照实验即可。往往忽视了生命系统内部各种因子的复杂联系,缺乏深入而全面地逻辑分析,从而得出并不科学的结论。

案例10:教师在上“细胞的能量‘通货’—ATP”这节课时几乎都会引入“利用萤火虫的荧光物质验证ATP是直接能源”的实验。许多教师在授课时都认为这个实验可以证明ATP是直接能源物质。但笔者对此结论一直存有疑问,为此查阅了大量资料,发现本实验最早出处为《生物学通报》杂志1988年第04期P11页所刊登的吴民生老师的实验设计“证明ATP是直接能源的简易方法”,实验结果为“荧光物质加入ATP后可以发光,而加入葡萄糖不能发光”。单纯从本实验的设置来看,得出的结论只能是“加ATP能使荧光物质的发光,而葡萄糖则不能”。但能说明ATP就是直接能源吗?是否也存在一种可能性:ATP并非直接能源物质,但ATP水解将能量转移至另一种物质,另一种物质才是直接能源。

         事实上,“ATP是直接能源”是科学家对许多事实材料和实验结果进行大量的研究和论证才得出的结论。生命具有复杂性,并非每个生命规律都能通过简单的对照试验来证明。学生在缺乏对荧光物质发光原理(在ATP和氧气的参与下,荧光素酶催化荧光素氧化发光)足够了解的情况下来分析这个实验,最多只能根据实验结果推理出ATP可能是直接能源,或者说本实验为ATP是直接能源提供了一定的依据,而不能证明它就是直接能源。

4  教材整体把控的误区

         教材是课程标准的具体化,是联系课程设计与课程实施的重要环节,教材内容的编写反映了课程前期研究的成果,体现了课程设计的目标和内容,对教学具有重要的指导意义。成熟的教材往往经过慎重编选,知识体系合理,内容科学,可以基本保证学生学习的正确性,为学生提供较高权威的信息源。课程标准要求教师重视教材,而新课改提倡教师要“创造性地使用教材”,“不是教教材,而是用教材教”,其实二者并不矛盾,关键在于度的把控。 “教之道在于‘度’,学之道在于‘悟’”,教师在使用教材的过程中常可能因把控不准这个“度”,而陷入脱离教材或照本宣科的误区。

4.1    脱离教材,不能因“材”施教 

         课改这些年,相信许多教师都经历过不止一次教材更新换代,尽管主干知识变化不大,但知识的呈现形式、要求学生掌握的程度以及部分专业名词的表述等均发生了较多改变。但部分教师可能因教授某套教材时间较久,而又不仔细研究新教材,无法与时俱进,因“材”施教,仍按照原有模式教学,常让学生无所适从。另外,不同地区的教材也有较多差异,教师在编制练习讲义时可能会未关注题目来源,误选与本地教材不配套的习题,题干或答案存在与学生使用的教材不吻合的表述,常引起学生的困惑,徒增学生的学业负担。研究教材,方能因“材”施教,笔者对现行各版本高中生物教材进行了比较研究,归纳出了关于概念表述的一些不同之处,如表1。

           表1.现行各版本高中生物教材必修1模块一些概念表述的比较(部分)

版本概念

人教版

浙科版

苏教版

北师版

上海版

还原糖鉴定的试剂

斐林试剂 

本尼迪特试剂

斐林试剂 

斐林试剂 

班氏试剂

生物体重要储能物质

脂肪

油脂

脂肪

脂肪(油脂)

脂肪(油脂)

物质跨膜运输方式

主动运输、被动运输

主动转运、被动转运

主动运输、被动运输

主动运输、被动运输

主动运输、被动运输

被动转运方式

自由扩撒、协助扩撒

扩撒、易化扩散

简单扩撒、易化扩散或协助扩撒

自由扩撒、协助扩撒

扩撒、协助扩撒

ATP中文名称

三磷酸腺苷

腺苷三磷酸

腺嘌呤核苷三磷酸

三磷酸腺苷

腺苷三磷酸

细胞呼吸方式

有氧呼吸、无氧呼吸

需氧呼吸、厌氧呼吸

有氧呼吸、无氧呼吸

有氧呼吸、无氧呼吸

有氧呼吸、无氧呼吸

有氧呼吸ATP的量

1mol葡萄糖约1161KJ能量储存到ATP

1分子葡萄糖约30 个ATP

1mol葡萄糖约1161KJ能量储存到ATP

1分子葡萄糖约38个ATP

 

光合作用

暗反应

碳反应

暗反应

碳反应

暗反应

C5

 五碳化合物

五碳糖 (RuBP 、 核酮糖二磷酸)

五碳化合物

五碳化合物

五碳化合物

还原氢

[H]

NADPH

[H]

NADPH

NADPH

动物细胞纺锤体

星射线

纺锤丝

星状射线

纺锤丝

纺锤丝

       教学中任意改变教材内容的顺序是脱离教材的另一种体现,教材的结构体系、内容顺序是反复考量的。并非不可以调整,但必须先考虑内容顺序编排的初衷是什么,具有什么目标指向,权衡利弊再做调整。比如,许多教师在上完“细胞的增殖”一节后,立刻进行“减数分裂”的教学,目的是让学生能及时地将两种分裂方式进行比较记忆,以便更好地掌握。但笔者并不建议这么做,编者将“减数分裂”放在“孟德尔定律”之后是大有深意的。孟德尔在提出基因的分离和自由组合定律时减数分裂尚未发现,孟德尔完全以杂交试验的结果为依据,借鉴“颗粒遗传”的思想,利用“假说—演绎”的逻辑推理模式得出了伟大的遗传理论。只有在没有学习过“减数分裂”知识的前提下,才能更好地引导探究,感受逻辑之美,体会孟德尔的过人之处,这样的教学才更利于三维目标的全面达成。

4.2    依赖教材,不越雷池半步

        许多教师重视教材,却过于依赖教材,把对教材的理解更多放在抠教材的细节,每字每句都在细抠,让学生死记硬背教材上的表述,甚至将教材抠空成知识清单让学生填写与背诵,并发展出生物早、晚读,理科课程却不讲“理”,让学生兴趣索然。

        教师在教学过程中也常常陷入过度依赖教材的误区,照本宣科,不但教学完全使用教材中的资料,甚至不敢加以完善和拓展。比如:

案例11:在进行“细胞核”这节内容的教学时,为证明“细胞核是遗传性状的控制中心”,几乎每位教师都会使用教材中的“伞藻嫁接实验”。但伞藻嫁接实验只能说明新长出的“帽”的形状与“足”有关,并不能证明就是细胞核的作用。最多只能提出“细胞核是遗传性状的控制中心”这个假说,至于是否正确,还需实验证明。假如完全按照教材只将实验做到这里就得出结论,那纯粹是绑架学生的思想了。

         其实教师只要再补充“伞藻核移植实验”,就可以使上述假说得到实证,这也更能够让学生体会“假说—演绎”的科学发现模式。另外,教师还可以根据学生的学习能力补充另一资料:将甲伞藻的“足”与乙伞藻的“柄”嫁接在一起,发现第一次长出的“帽”呈中间类型,若切除这一“帽”,第二次长出的“帽”才与甲的“帽”形状相同。预先设疑,然后将疑问留待“遗传信息的表达”这节内容之后再来解答。

          教材对教学的指导意义毋容置疑,要想科学地使用教材,使之为课程服务,教师必须先深入研究教材,既要从宏观的角度揣摩各模块与模块之间、章节与章节之间以及小标题与小标题之间的联系,又要从微观的角度去思考教材中每个知识点的具体突破方法。尊重教材却非只盯着教材教教材,避免走进“课程=教材”的死胡同,无法顺应新课改的要求。

 参考资料:

[1]王镜岩,朱圣庚,徐长法.2002.生物化学(第3版下册).北京:高等教育出版社,67

[2]吴相钰,陈守良,葛明德.2005.陈阅增普通生物学(第2版).北京:高等教育出版社,16

[3] 周云龙.1999.植物生物学.北京:高等教育出版社,40

[4] 【美】Lincoln Taiz  ,Eduardo Zeiger.2009.《植物生理学》(第4版).宋纯鹏,王学路译.北京:科学出版社,411

[5] 谭永平.高中生物科学史教学中的问题及其对策. 人教网,2011-12-15 

[6] 李能国.高中生物实验教学的困惑.新浪博客

来源:人教网  作者:浙江省杭州市临安市临安中学 王苗苗

分类:教法与学法 | 阅读(408) | 评论(0)
[转] 怎样提高生物学教材的阅读效果
2014-06-25 14:03
    

由于自己高中时亲身体会过语文阅读能力不好给学习过程带来的诸多困扰,所以在平时教学时非常强调阅读能力的培养,高一时每节课前3-5分钟的快速阅读,高二教学过程中经常性的让同学起来分析归纳课本内容的重点,习题讲评时多次强调资料分析和考点提取的重要性,从教学的效果来看,已经有较多同学get这些技能了,希望接下来进入高三后,未领悟到的同学继续抓紧修炼,已经掌握的同学就继续把这些技能练熟。

以下转载一篇博文供大家琢磨。

http://jsjyzhangjie.blog.163.com/blog/static/81799319200881681742154/

怎样提高生物学教材的阅读效果  

1 如何阅读教材

阅读是大脑接收外界视觉符号信息并对其进行加工,以理解符号所代表的意义的过程。精读和略读是阅读的两种最基本的方式,其中教科书的阅读应以精读为主,为此,要特别注意以下几点:

1.1带着问题阅读

根据学生要阅读的内容,提出一些有针对性的问题,可以引导学生对教科书进行精读。如学生在阅读 “蛋白质”这一节内容前,教师可以提出以下一些问题:⑴蛋白质的基本组成单位氨基酸是什么样的化合物?⑵氨基酸是怎样形成多肽的?⑶多肽又是如何形成蛋白质的?⑷氨基酸数目相同,能形成相同的蛋白质吗?⑸氨基酸数目相同,种类相同,能形成相同的蛋白质吗?……带着这些问题来阅读,能使阅读更具针对性,从而提高阅读效果。

当然,通过阅读要解决的问题也可以阅读提纲的形式展现给学生。如在阅读“生长素的发现”一节时可首先公布以下阅读提纲:1.达尔文的实验过程;2.达尔文对实验结果的认识;3.温特的实验过程;4.温特的实验结论;5.郭葛的实验结论。这样不仅突出了阅读的重点,而且使阅读的内容更加条理化,从而提高阅读的速度和效率。

1.2精细研读课文

如果说提纲和问题为阅读进行了定向的话,那么,细读是体现阅读效果的关键。细读时要做到一个字、一句话,乃至一个标点符号都不轻易放过,要把其中的准确含义琢磨清楚。为此,要特别注意:

1.2.1捕捉关键字词

在生物学的概念中,有些是通过下定义而得到的概念,这类概念叫做定义性概念。在阅读这类概念时,应该把捕捉其中的关键词作为阅读的重点。例如教材中把“等位基因”定义为“位于一对同源染色体的相同位置上,控制着相对性状的基因。”(高中《生物》第二册P25)。阅读时,可以引导学生把定义中的 “同源染色体”、“相同位置”和“相对性状”作为关键词用圈点划线突出来,同时在教科书上下、旁栏空白处做上批注:“只有同源染色体上才存在等位基因,非同源染色体之间不存在等位基因,不同种生物之间没有同源染色体,也就没有等位基因和相对性状”,此外还要注意“相同位置”和“相对性状”这些字既不能省略也不能改变成“同一位置”和“相同性状”。这样,就不会出现把牛的黑毛与羊的白毛当作相对性状,把D和D看作是等位基因的错误了。

1.2.2关注“模糊”词语

有人说过这样一句话:生物学中只有一条普遍定律,那就是一切生物学定律都有例外。正因为如此,在生物学教材中,对有关生物体的形态结构、生理功能、生活环境、遗传变异等的描述中,大量地使用了诸如“绝大多数”、“主要”、“一般”、“几乎”、“通常”等“模糊”词语,如“绝大多数生物体的遗传信息都存在于DNA分子中”、“细胞核是遗传物质储存和复制的主要场所”等。这些“模糊”词语的运用,不仅使教材中阐述的生物学知识更加科学、严谨,也使其中蕴含着某些特殊的含义。如“细胞核是遗传物质储存和复制的主要场所”就蕴含着“线粒体和叶绿体中也有遗传物质存在”,又如高中《生物》第二册P44第3小节中有这样的叙述:“发生在体细胞中的突变,一般是不能传递给后代的。”有“一般”就有“特例”,这里的“特例”表现在哪些方面呢?发生在体细胞中的突变怎样才有可能传递给后代呢?这就是我们在阅读教材时应该关注的问题。只有这样,我们对有关知识的理解才会更加全面、正确。因此,在阅读教材遇到这些模糊词语时,不能视而不见,而应该去分析理解其含义。

1.3注意完整理解

怎样提高生物学教材的阅读效果 - 冬丛夏草 - 冬丛夏草的园地在仔细分析、理解句子中关键字、词的基础上,还必须从整句话,甚至整段课文全面、完整地来理解课文的含义。例如,高中《生物》第二册P38旁栏提出了这样一个问题:“为什么人类的性别比总是接近于1:1?”,对于这样一个问题,许多同学往往只是从“1:1”这一个方面去考虑(当然这是思考问题的一个重要方面),对问题的回答往往显得不够全面。究其原因,主要是阅读时忽略了对“接近于”的思考。为什么这里没有使用“等于”?将“接近于”换成“等于”行吗?对这些问题的思考,有助于全面完整地回答这个问题。

1.4进行深层思考

苏霍姆林斯基说过:“阅读能教给学生思考,而思考会变成一种激发智力的刺激。”因此,在学生的阅读过程中还要积极引导他们对课文中的某些字、词进行“深度加工”,以读出其隐含的知识和原理。例如高中《生物》第一册P82第二节有这样一句话:“……一些生长素类似物,由于原料丰富,生产过程简单,效果稳定,因此在农业生产中得到了广泛的推广和应用。”阅读这小节教材,可以引导学生对其中的 “效果稳定”进行“咬文嚼字”式的分析、思考,使用生长素类似物会“效果稳定”,这是与哪种物质比较而言的,相比之下,使用生长素类似物为什么会效果稳定?你能运用学过的知识进行解释吗?通过对这些问题进行较深入的思考,就能对有关知识运用的原理有比较深刻的理解。

1.5重视插图解读

图文并茂是中学生物学教材的一大特色。生物图表以其简洁明了,形象生动,容量丰富等特点在中学生物学教材中占据了越来越重要的地位。因此,阅读教材时一定要重视对相关图表的解读。读图时一方面要弄清图的类型和作用,分析构图材料的含义。如实心的圆点通过大小、疏密之分,既可以表示物质的浓度,也可以表示生物某些结构的明暗度,还可以用来表示一些无形物质的分布区域,如细胞模式图中的细胞质、细胞核和核糖体都可以用圆点来表示;另一方面还要关注图本身的一些属性,如图的维性和色彩等,只有这样,才能全面完整地了解生物图所蕴涵的信息。

2 如何提高阅读效果

阅读的效果主要体现在对阅读内容的记忆和理解上。因此,在阅读过程中,运用科学的阅读方法对于提高阅读效果至关重要。就高中生物学教科书的而言,阅读过程中可以采用以下一些方法来提高阅读效果。

2.1概括要点

人的记忆并不是简单的堆积,而是以概念、原理的网格储存在记忆中。因此,对一些较为复杂的阅读内容如果单靠简单重复、机械背诵,往往会事倍功半。而最有效的办法是把这些内容进行条理化,概括出要点进行记忆。例如对于“基因”的概念可以从以下几个要点来认识和记忆:①基因是控制生物性状的结构和功能的基本单位;②基因是有遗传效应的DNA片段;③基因在染色体上呈直线排列;④基因的脱氧核苷酸的排列顺序(碱基顺序)包含着遗传信息。掌握了这几个要点,那么对基因的概念就认识得比较全面了。

2.2善于归纳

对于有些生物学知识,可以通过归纳特别利用数字的形式进行归纳,这样既突出了知识的重点,又有利于知识的记忆。如在学习记忆细胞膜的分子结构时,我们可以把它归纳为“三个两”。即:两种物质分子(磷脂分子和蛋白质分子)、两层磷脂分子(细胞膜的基本支架是磷脂双分子层)、两类蛋白质分子(蛋白质分子在细胞膜上排布的方式有两类)。又如在学习有关细胞核的结构和功能时,我们可以把有关知识的学习要求归纳成“三、二、一”。即:了解三个结构(核膜、核仁、染色质)、理解二个功能(遗传物质储存和复制的场所,遗传特性和代谢活动的控制中心)、辨清一组概念(染色质和染色体)。

2.3多用比较

心理学研究表明,凡是经过同中求异或异中求同的事物,就比较容易记住。因此,在阅读过程中多多运用比较的方法,有助于阅读效果的提高。生物学知识中一些知识,特别是一些概念具有相对和相关的关系。如相对的概念有同化作用和异化作用、需氧型和厌氧型、自养型和异养型、显性性状和隐性性状、等位基因和非等位基因等,对于相对的概念,只要通过比较,记住了一方,另一方也就很容易记住了。而对于相关概念,如有氧呼吸和无氧呼吸、二倍体和多倍体、光合作用和化能合成作用、DNA和RNA等,只要抓住它们的共性和本质,如有氧呼吸和无氧呼吸的本质在于分解有机物、释放能量。再通过比较了解它们之间的差别,那么,对这些概念就能比较容易记忆和掌握了。

2.4系统整理

归纳整理学习内容不仅有利于掌握知识,而且更重要的是能够从知识之间的广泛联系中,找到新的规律,悟出新的道理来。为此,经过一定阶段的学习,要注意把所学的知识进行系统整理,使自己掌握的知识系统化。将生物学知识进行系统整理的方法有很多,如编写知识要点提纲、绘制知识结构图表、建立知识结构网络以及将有关知识进行分类等。例如在复习“基因对性状的控制”时,可以用相关的知识点串联起来,形成一条知识链:“染色体→DNA→基因→脱氧核苷酸→遗传信息→遗传密码→氨基酸→蛋白质→性状”,在此基础上,又可以在知识链的每个环节上进行扩展形成知识网。

由于系统整理所学知识的过程本身就是一个动脑分析、发现规律、重点概括的思维过程,这种经过积极思考、达到深刻理解的知识,就能较为容易地把它牢牢记住,甚至终身不忘。因此,先理解再记忆是提高阅读效果的有效方法。(本文刊登于《中学生物教学》2006年第11期,中国人民大学复印报刊资料《中学政治及其他各科教与学》2007年第2期)  

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2014-03-20 14:42
    

高中生物遗传学中数学的应用

刘闻  广东省佛山市第三中学  528000

摘要   在中学生物有关遗传的部分是学习的难点,需要运用到一定的数学知识,主要会运用到统计学和概率、乘法原理、提取公因式、二项式和多项式展开、数列和极限、排列和组合等方面的知识

关键词  遗传 概率 二项式 数列和极限 排列和组合

遗传学是高中生物的重点和难点所在,教师从教学方面觉得是如此,学生从学习方面也是深有体会,从历年的高考题来看更是明显。其中往往要运用到一些数学知识来解决时。本文小结如下:

       统计学和概率

自从十九世纪孟德尔运用统计学原理发现了遗传的三大规律,创立了遗传学,统计学就成了解决遗传学知识的关键手段,这在每一年的高考题中都有体现。

1 色盲基因出现的频率是7%,正常男性与无亲缘关系的女性结婚,后代患色盲的可能性是多少?[1]

解析 如果本题运用对配子的统计概率来计算更简单。后代只有男性可能患色盲,生一个基因型为XbY的个体是由Y精子和Xb卵子结合而成的,产生Y精子的概率是1/2,产生Xb卵子的概率是7%,故后代患色盲的概率是1/2×7%=7/200,原文作者运用加法原理步骤较多。

2动物饲养员让两只杂合黑色豚鼠交配,一胎所生4个小豚鼠的可能性是多少?

A、 3/4黑色1/4白色  B、只有黑色或白色 C、3/4白色1/4黑色  D、A~C都有可能

解析 本题很容易错选成A,因为亲本的基因型都是杂合体:Aa×Aa后代的表现型之比一般是3:1,故很容易选出是A。但是仔细分析却并非如此,Aa×Aa每生一个后代是黑色的概率为3/4,是白色的概率为1/4,满足A(3黑1白)的概率是4×(3/4)3×1/4=108/256();满足B(全黑或全白)的概率是(3/4)4+(1/4)4=82/256( + );满足C(1黑3白)的概率是4×(1/4)3×3/4 =12/256();还有一种情况是2黑2白的概率为6×(3/4)2 ×(1/4)2 =54/256 (),可以看出只是A的可能性最大,其它情况也存在,只是概率小一些而已。出现以上偏差的原因在于统计的数目太少,因为某件事件的概率是通过大量的重复进行同一试验时,其频率所接近的某一常数[2]。孟德尔通过大量的重复进行同一试验,运用统计学原理才总结出杂合体自交的后代总是出现接近3:1的比例进而发现了遗传的分离规律,如果统计的数目太少完全可能出现不符合正常概率的情况。统计学与概率的运用是孟德尔成功的原因之一,也是高中遗传学的难点所在。

       乘法原理

如果一件事要求同时满足2个或更多条件即用乘法原理。

3 (2000年上海高考题18)基因型分别为aaBbCCDd和AABbCCdd两种豌豆杂交,其子代中纯合体的比例为  A、1/4  B、1/8  C、1/16  D、0

解析 要得到纯合体的后代,要求后代的4对基因都是纯合的,故符合用乘法的条件,aa×AA得到纯合体的概率是0;Bb×Bb得到纯合体的概率是1/2; CC×CC得到纯合体的概率是1;Dd×dd得到纯合体的概率是1/2,后代是纯合体的概率是0×1/2×1×1/2=0.

在求产生配子的种类的计算中也可用到乘法原理。

4(2001年上海高考题19)某生物的体细胞含有4对染色体,若每对染色体含有一对杂合基因,且等位基因有显隐关系,则该生物产生的精子中,全部为显性基因的概率是()

A、1/2  B、1/4  C、1/8  D、1/16

解析 该题符合用乘法的条件,每对杂合基因在产生精子时,精子中含有显性基因的概率是1/2,精子中全部为显性基因的概率是(1/2)4 =1/16  故选D。   

       提取公因式

5 某F1进行测交的后代的基因型是AaBb:aaBb=1:1求F1的基因型。

解析 ①用来测交的隐性类型只提供一种隐性配子,在后代的基因组成中必定含有这些基因,故可当其为公因式提取出来;②提取之后基因组成就是由F1的配子所提供的。后代AaBb:aaBb=1:1→ ab(AB:aB)=1:1,其中ab实际上就是由隐性类型提供的配子,AB:aB=1:1是F1 产生的配子,所以F1的基因型是AaBB。   

6  在某豌豆的杂交实验中,显性亲本黄圆与隐性亲本绿皱(yyrr)杂交得F1,对F1进行测交得到的后代的表现型是黄圆:绿圆:黄皱:绿皱=1:3:1:3  求亲本黄圆的基因型。

解析 本题看起来比较简单。第一步先求出F1的基因型,由于F1在测交的过程中隐性类型绿皱只提供yr一种配子,可以用提取公因式法。F1测交后代的基因型可写成:yr(           )=1:3:1:3,又由于隐性基因总是被覆盖,因此F1测交后代的表现型及其比例就是由决定,F1测交后代的表现型是黄圆:绿圆:黄皱:绿皱=1:3:1:3,故F1提供的配子及比例是YR:yR:Yr:yr=1:3:1:3。  由于YyRr产生的配子及比例是YR:yR:Yr:yr=1:1:1:1,  所以F1的基因型不只是YyRr一种,还有yyRr,且YyRr与yyRr之比是1:1。第二步通过F1再求出显性亲本黄圆的基因型。F1为YyRr:yyRr=1:1,再用提取公因式法即F1为yr(YR:yR)=1:1,基因yr由绿皱提供,YR:yR=1:1由显性亲本黄圆提供,故亲本黄圆的基因型为YyRR。由于本题相当于两代测交,用两次提取公因式法就得到顺利解决。

提取公因式法还可以用到解决连锁与互换的题目。

7 (1999年上海高考题20)将甲乙两果蝇杂交,甲的基因型为AABBCC,乙的基因型为aabbcc,让杂种一代与隐性类型测交,得到如下结果:AaBbCc121只, AabbCc119只, aaBbcc121只, aabbcc120只,则杂种子一代的基因型是(  

解析 由于在测交的所有后代的基因组成中一定含有隐性类型提供的隐性配子abc,故将abc作为公因式提取得AaBbCc:AabbCc:aaBbcc:aabbcc=abc(ABC:AbC:aBc:abc)=1:1:1:1,即杂种子一代产生的四种配子ABC:AbC:aBc:abc=1:1:1:1, 而ABC:AbC:aBc:abc=(B+b)(AC+ac),这样就很容易看出A与C连锁;a与c连锁,Bb与Aa自由组合;Bb与Cc自由组合。

       二项式和多项式展开

4.1二项式定理的应用

在中学生物关于基因型及基因的频率的计算时常涉及二项式定理。

8 在某人群中通过调查得知某病的隐性患者为16%,求基因型AA、 Aa、aa的频率是多少?

解析 设A的基因频率为p,a的基因频率为q,根据哈代―温伯格的遗传平衡定律(p+q)2=1,将此二项式展开得:p2+2pq+q2=1, q2就是基因型aa的频率为16%,所以基因a的概率就是q= =0.4,从而求得基因A的概率p=1-0.4=0.6,所以基因型AA的频率即p2=0.62 =0.36;基因型Aa的频率即2pq =2×0.6×0.4=0.48;基因型aa的频率即q2=0.42=0.16  

9(2002年上海高考题第42题第3小题)假设某地区人群当中每10000个人当中有一个白化病患者,若Ⅲ8(已知是隐性患者)与该地一个表现正常的男子结婚,则他们生一个患白化病男孩的概率为___

解析 设正常基因A的频率为p,白化基因a的频率为q,根据遗传平衡定律(p+q)2=1,即:p2+2pq+q2=1, q2就是白化病基因型aa的频率为1/10000,所以基因a的频率q= =1/100,A的基因频率为p=1-q=99/100,由于与Ⅲ8结婚的男子表现正常,他的基因型是AA或 Aa,而不可能是aa,所以他是杂合体Aa的概率是2pq÷(p2+2pq)=2q÷(p+2q)=2×1/100÷( 99/100+2×1/100)≈1/50,所以Ⅲ8(aa)与正常男子(Aa的概率为1/50)结婚生一个患白化病男孩的概率为1/50×1/2×1/2=1/200.

4.2 利用二项式展开能解决求一对等位基因的频率问题,如果是涉及到三个及以上的等位基因的频率问题就利用多项式展开来解决,如人的ABO血型系统的三个复等位基因IA 、IB、r的频率分别为p、q、r, 则有(p+q+r)=1, 根据遗传平衡定律(p+q+r)2=1,将此多项式展开p2+ q2+r2+2pq+2pr+2qr=1,可得知六种基因型及四种表现型的概率,其中A型血的概率是p2+2pr;B型血的概率是q2+2qr; O型血的概率是r2;AB血型的概率是2pq.[3]

利用多项式展开来解决求基因型及表现型的比例问题。

10 两对非等位基因位于非同源染色体上,亲本的基因型为AaBb×aaBb,求①后代表现型比例,②后代基因型的比例。

解析 ①由于Aa与Bb是独立遗传,符合自由组合规律,故先用乘法原理将各自的表现型之比相乘,然后将多项式展开即为后代表现型的比例,Aa×aa的后代表现型比例为1:1,Bb×Bb的后代表现型比例为3:1 ,故AaBb×aaBb的后代表现型比例为( 1:1)(3:1)=3:1:3:1②根据同样的原理AaBb×aaBb后代基因型的比例为(1:1)(1:2:1)=1:2:1:1:2:1。如果涉及三对独立遗传的基因,用乘法原理将三项表现型之比相乘,然后将多项式展开即可,如AaBbCc×AaBbcc的后代中表现型之比为(3:1)(3:1)(1:1)=9:3:3:1:9:3:3:1

       数列和极限

11 先看以下几道看似无关的遗传题①基因型为Aa的个体连续自交到第n代,当n=8时,纯合体的比例是多少?②为什么豌豆在自然情况下是纯种?③亲本AaBb(不连锁)连续自交到F3,F3中的纯合体的比例是多少?④为什么单倍体育种可以缩短育种年限?

解析 ①Aa自交得子一代F1:AA=1/4,Aa=1/2,aa=1/4,在F1中纯合体为1/2,杂合体为1/2,纯合体自交的后代不发生性状分离,杂合体(1/2 Aa)自交的后代发生性状分离,Aa自交的后代中纯合体为1/2,杂合体为1/2,所以在F2中杂合体为1/2×1/2=(1/2)2=1/4,纯合体为1-(1/2)2=3/4,依此类推,在F8中,杂合体为(1/2)8,纯合体为1-(1/2)8=99.61%。②由于豌豆在自然情况下是严格的闭花传粉,故一定是自花传粉,假如某基因发生一次基因突变产生等位基因成由AA变为Aa,由上题可知,通过8年之后,后代是纯种的概率是1-(1/2)8=99.61%,经过n年之后,后代是纯种的概率是1-(1/2)n,当n→∞时,后代是纯种的概率接近1。基因突变在自然情况下发生的频率很低,故豌豆在自然情况下是纯种。③由于本题涉及到两对等位基因,故先求Aa自交到第三代纯种的概率是1-(1/2)3=7/8然后求Bb自交到第三代纯种的概率是1-(1/2)3=7/8,故F3为纯种的概率是7/8×7/8=49/64。④单倍体实际上就是由本物种配子不经过受精直接发育而成的个体,其个体小、蛋白质含量低、且高度不育,故单倍体本身在生产上没有实际意义。但是经过染色体加倍后就变成了纯种,前后只需要2年的时间,一般采用花药离体培养的方法培养单倍体,然后再用秋水仙素使染色体加倍,就得到纯种幼苗,这就是单倍体育种,实质是先培养纯种,比起①题中的自交8年左右培养一个纯种系来说大大缩短了育种年限,并且是100%的纯种。从①~④题可以看出数列与极限在高中生物学中的应用。

       排列和组合

排列与组合在高中数学中也是难点内容,在高中生物学更是学生的难点。首先要分清楚的是排列还是组合的问题,关键在于有无顺序的要求,如有顺序的要求,就是排列,如信使RNA上的4种碱基决定一个密码子,同样是A、U、G三种碱基,不同的排列顺序就是不同的密码子,故密码子就属于排列,又因为密码子的三个碱基是可以重复的,所以其种类有43=64种,如果密码子的三个碱基不能重复,则其种类只有 = 4×3×2=24种。又如蛋白质的多样性的原因是构成蛋白质的氨基酸的种类较多、数目成百上千、排列次序变化多端、空间结构复杂,而前三项就是与排列有关。假如某多肽由40个氨基酸构成,则此多肽的排列情况最多可达2040种。

有关DNA的多样性时也涉及到排列。

12(2000年上海高考题第20题)由120个碱基组成的DNA分子片段,可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息,其种类数最多可达(  

解析 遗传信息是指基因中4种脱氧核苷酸的不同排列顺序,也就是碱基对的排列顺序。120个碱基组成60个碱基对,所以其种类数最多可达460种。

如果在问题中无顺序的要求就用组合来解决。

13(2000年上海高考题第19题)一个二倍体生物群体中,一条常染色体上某一基因位点可有8种复等位基因,那么在这个群体中,杂合基因型的总数可达______

解析 本题实际上是一个数学的组合问题,等位基因有8种,每个二倍体生物都含有其中2个等位基因或2个相同的基因,前者是杂合体,后者是纯合体,本题所求为前者。根据组合公式: = =× =28种(根据公式 = )

14 马和驴的体细胞的染色体分别是64条和62条,求它们的后代骡产生可育配子的概率是多少?[4]

解析 骡的体细胞的染色体63条,其中有32条来自于马,31条来自于驴,所以骡的体细胞没有同源染色体,产生配子时联会紊乱,染色体分配到哪一极完全是随机的,骡产生的配子的组合一共有 + +……+  =263种,其中只有2种是可育配子,即一种是含有全部马的染色体(32条),另一种是含有全部驴的染色体(31条),故骡产生可育配子的概率是2/263=2-62种,可见骡产生可育配子的概率极低,故骡高度不育。

15 单倍体水稻(n=12)产生可育配子的概率是多少?

解析 单倍体水稻体细胞的染色体是12条,没有同源染色体,减数分裂第一次分裂时染色体不能配对,联会紊乱,12条染色体随机分配到两极,每一极所分配到的染色体的条数可能是0、1、2、……12条,其组合一共是 + +……+ = 212种,其中只有全部12条染色体在一起才是产生的可育配子的情况,即 =1种。故单倍体水稻产生可育配子的概率是1/212=2-12

    从以上实例可以看出应用数学的方法解决遗传学的一些问题,不仅是必要的,而且从具体的数据来说明,非常有说服力,如果能正确地应用,就可以解决很多生物学的问题,尤其是生物学中较难的遗传学题目。

 

参考文献:

1.余波 一道值得探讨的遗传题 中学生物教学2002,11:34

2.高级中学课本(代数 上、下册). 北京:人民教育出版社 1990

3.陈阅增.普通生物学. 北京: 高等教育出版社. 1997,448-450

4.朱晔 高中生物学概率问题举隅 中学生物教学2002,7、8:71

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2013-12-28 17:02
    

刘闻  广东省佛山市第三中学  528000

摘要   在中学生物有关遗传的部分是学习的难点,需要运用到一定的数学知识,主要会运用到统计学和概率、乘法原理、提取公因式、二项式和多项式展开、数列和极限、排列和组合等方面的知识

关键词  遗传 概率 二项式 数列和极限 排列和组合

遗传学是高中生物的重点和难点所在,教师从教学方面觉得是如此,学生从学习方面也是深有体会,从历年的高考题来看更是明显。其中往往要运用到一些数学知识来解决时。本文小结如下:

       统计学和概率

自从十九世纪孟德尔运用统计学原理发现了遗传的三大规律,创立了遗传学,统计学就成了解决遗传学知识的关键手段,这在每一年的高考题中都有体现。

1 色盲基因出现的频率是7%,正常男性与无亲缘关系的女性结婚,后代患色盲的可能性是多少?[1]

解析 如果本题运用对配子的统计概率来计算更简单。后代只有男性可能患色盲,生一个基因型为XbY的个体是由Y精子和Xb卵子结合而成的,产生Y精子的概率是1/2,产生Xb卵子的概率是7%,故后代患色盲的概率是1/2×7%=7/200,原文作者运用加法原理步骤较多。

2动物饲养员让两只杂合黑色豚鼠交配,一胎所生4个小豚鼠的可能性是多少?

A、 3/4黑色1/4白色  B、只有黑色或白色 C、3/4白色1/4黑色  D、A~C都有可能

解析 本题很容易错选成A,因为亲本的基因型都是杂合体:Aa×Aa后代的表现型之比一般是3:1,故很容易选出是A。但是仔细分析却并非如此,Aa×Aa每生一个后代是黑色的概率为3/4,是白色的概率为1/4,满足A(3黑1白)的概率是4×(3/4)3×1/4=108/256(); 满足B(全黑或全白)的概率是(3/4)4+(1/4)4=82/256( + );满足C(1黑3白)的概率是4×(1/4)3×3/4 =12/256();还有一种情况是2黑2白的概率为6×(3/4)2 ×(1/4)2 =54/256 (),可以看出只是A的可能性最大,其它情况也存在,只是概率小一些而已。出现以上偏差的原因在于统计的数目太少,因为某件事件的概率是通过大量的重复进行同一试验时,其频率所接近的某一常数[2]。孟德尔通过大量的重复进行同一试验,运用统计学原理才总结出杂合体自交的后代总是出现接近3:1的比例进而发现了遗传的分离规律,如果统计的数目太少完全可能出现不符合正常概率的情况。统计学与概率的运用是孟德尔成功的原因之一,也是高中遗传学的难点所在。

       乘法原理

如果一件事要求同时满足2个或更多条件即用乘法原理。

3 (2000年上海高考题18)基因型分别为aaBbCCDd和AABbCCdd两种豌豆杂交,其子代中纯合体的比例为 A、1/4  B、1/8  C、1/16  D、0

解析 要得到纯合体的后代,要求后代的4对基因都是纯合的,故符合用乘法的条件,aa×AA得到纯合体的概率是0;Bb×Bb得到纯合体的概率是1/2; CC×CC得到纯合体的概率是1;Dd×dd得到纯合体的概率是1/2,后代是纯合体的概率是0×1/2×1×1/2=0.

在求产生配子的种类的计算中也可用到乘法原理。

4(2001年上海高考题19)某生物的体细胞含有4对染色体,若每对染色体含有一对杂合基因,且等位基因有显隐关系,则该生物产生的精子中,全部为显性基因的概率是()

A、1/2  B、1/4  C、1/8  D、1/16

解析 该题符合用乘法的条件,每对杂合基因在产生精子时,精子中含有显性基因的概率是1/2,精子中全部为显性基因的概率是(1/2)4 =1/16  故选D。   

       提取公因式

5 某F1进行测交的后代的基因型是AaBb:aaBb=1:1求F1的基因型。

解析 ①用来测交的隐性类型只提供一种隐性配子,在后代的基因组成中必定含有这些基因,故可当其为公因式提取出来;②提取之后基因组成就是由F1的配子所提供的。后代AaBb:aaBb=1:1→ ab(AB:aB)=1:1,其中ab实际上就是由隐性类型提供的配子,AB:aB=1:1是F1 产生的配子,所以F1的基因型是AaBB。   

6  在某豌豆的杂交实验中,显性亲本黄圆与隐性亲本绿皱(yyrr)杂交得F1,对F1进行测交得到的后代的表现型是黄圆:绿圆:黄皱:绿皱=1:3:1:3  求亲本黄圆的基因型。

解析 本题看起来比较简单。第一步先求出F1的基因型,由于F1在测交的过程中隐性类型绿皱只提供yr一种配子,可以用提取公因式法。F1测交后代的基因型可写成:yr(           )=1:3:1:3,又由于隐性基因总是被覆盖,因此F1测交后代的表现型及其比例就是由决定,F1测交后代的表现型是黄圆:绿圆:黄皱:绿皱=1:3:1:3,故F1提供的配子及比例是YR:yR:Yr:yr=1:3:1:3。  由于YyRr产生的配子及比例是YR:yR:Yr:yr=1:1:1:1,  所以F1的基因型不只是YyRr一种,还有yyRr,且YyRr与yyRr之比是1:1。第二步通过F1再求出显性亲本黄圆的基因型。F1为YyRr:yyRr=1:1,再用提取公因式法即F1为yr(YR:yR)=1:1,基因yr由绿皱提供,YR:yR=1:1由显性亲本黄圆提供,故亲本黄圆的基因型为YyRR。由于本题相当于两代测交,用两次提取公因式法就得到顺利解决。

提取公因式法还可以用到解决连锁与互换的题目。

7 (1999年上海高考题20)将甲乙两果蝇杂交,甲的基因型为AABBCC,乙的基因型为aabbcc,让杂种一代与隐性类型测交,得到如下结果:AaBbCc121只, AabbCc119只, aaBbcc121只, aabbcc120只,则杂种子一代的基因型是(   

解析 由于在测交的所有后代的基因组成中一定含有隐性类型提供的隐性配子abc,故将abc作为公因式提取得AaBbCc:AabbCc:aaBbcc:aabbcc=abc(ABC:AbC:aBc:abc)=1:1:1:1,即杂种子一代产生的四种配子ABC:AbC:aBc:abc=1:1:1:1, 而ABC:AbC:aBc:abc=(B+b)(AC+ac),这样就很容易看出A与C连锁;a与c连锁,Bb与Aa自由组合;Bb与Cc自由组合。

       二项式和多项式展开

4.1二项式定理的应用

在中学生物关于基因型及基因的频率的计算时常涉及二项式定理。

8 在某人群中通过调查得知某病的隐性患者为16%,求基因型AA、 Aa、aa的频率是多少?

解析 设A的基因频率为p,a的基因频率为q,根据哈代―温伯格的遗传平衡定律(p+q)2=1,将此二项式展开得:p2+2pq+q2=1, q2就是基因型aa的频率为16%,所以基因a的概率就是q= =0.4,从而求得基因A的概率p=1-0.4=0.6,所以基因型AA的频率即p2=0.62 =0.36;基因型Aa的频率即2pq =2×0.6×0.4=0.48;基因型aa的频率即q2=0.42=0.16  

9(2002年上海高考题第42题第3小题)假设某地区人群当中每10000个人当中有一个白化病患者,若Ⅲ8(已知是隐性患者)与该地一个表现正常的男子结婚,则他们生一个患白化病男孩的概率为___

解析 设正常基因A的频率为p,白化基因a的频率为q,根据遗传平衡定律(p+q)2=1,即:p2+2pq+q2=1, q2就是白化病基因型aa的频率为1/10000,所以基因a的频率q= =1/100,A的基因频率为p=1-q=99/100,由于与Ⅲ8结婚的男子表现正常,他的基因型是AA或 Aa,而不可能是aa,所以他是杂合体Aa的概率是2pq÷(p2+2pq)=2q÷(p+2q)=2×1/100÷( 99/100+2×1/100)≈1/50,所以Ⅲ8(aa)与正常男子(Aa的概率为1/50)结婚生一个患白化病男孩的概率为1/50×1/2×1/2=1/200.

4.2 利用二项式展开能解决求一对等位基因的频率问题,如果是涉及到三个及以上的等位基因的频率问题就利用多项式展开来解决,如人的ABO血型系统的三个复等位基因IA 、IB、r的频率分别为p、q、r, 则有(p+q+r)=1, 根据遗传平衡定律(p+q+r)2=1,将此多项式展开p2+ q2+r2+2pq+2pr+2qr=1,可得知六种基因型及四种表现型的概率,其中A型血的概率是p2+2pr;B型血的概率是q2+2qr; O型血的概率是r2;AB血型的概率是2pq.[3]

利用多项式展开来解决求基因型及表现型的比例问题。

10 两对非等位基因位于非同源染色体上,亲本的基因型为AaBb×aaBb,求①后代表现型比例,②后代基因型的比例。

解析 ①由于Aa与Bb是独立遗传,符合自由组合规律,故先用乘法原理将各自的表现型之比相乘,然后将多项式展开即为后代表现型的比例,Aa×aa的后代表现型比例为1:1,Bb×Bb的后代表现型比例为3:1 ,故AaBb×aaBb的后代表现型比例为( 1:1)(3:1)=3:1:3:1②根据同样的原理AaBb×aaBb后代基因型的比例为(1:1)(1:2:1)=1:2:1:1:2:1。如果涉及三对独立遗传的基因,用乘法原理将三项表现型之比相乘,然后将多项式展开即可,如AaBbCc×AaBbcc的后代中表现型之比为(3:1)(3:1)(1:1)=9:3:3:1:9:3:3:1

       数列和极限

11 先看以下几道看似无关的遗传题①基因型为Aa的个体连续自交到第n代,当n=8时,纯合体的比例是多少?②为什么豌豆在自然情况下是纯种?③亲本AaBb(不连锁)连续自交到F3,F3中的纯合体的比例是多少?④为什么单倍体育种可以缩短育种年限?

解析 ①Aa自交得子一代F1:AA=1/4,Aa=1/2,aa=1/4,在F1中纯合体为1/2,杂合体为1/2,纯合体自交的后代不发生性状分离,杂合体(1/2 Aa)自交的后代发生性状分离,Aa自交的后代中纯合体为1/2,杂合体为1/2,所以在F2中杂合体为1/2×1/2=(1/2)2=1/4,纯合体为1-(1/2)2=3/4,依此类推,在F8中,杂合体为(1/2)8,纯合体为1-(1/2)8=99.61%。②由于豌豆在自然情况下是严格的闭花传粉,故一定是自花传粉,假如某基因发生一次基因突变产生等位基因成由AA变为Aa,由上题可知,通过8年之后,后代是纯种的概率是1-(1/2)8=99.61%,经过n年之后,后代是纯种的概率是1-(1/2)n,当n→∞时,后代是纯种的概率接近1。基因突变在自然情况下发生的频率很低,故豌豆在自然情况下是纯种。③由于本题涉及到两对等位基因,故先求Aa自交到第三代纯种的概率是1-(1/2)3=7/8然后求Bb自交到第三代纯种的概率是1-(1/2)3=7/8,故F3为纯种的概率是7/8×7/8=49/64。④单倍体实际上就是由本物种配子不经过受精直接发育而成的个体,其个体小、蛋白质含量低、且高度不育,故单倍体本身在生产上没有实际意义。但是经过染色体加倍后就变成了纯种,前后只需要2年的时间,一般采用花药离体培养的方法培养单倍体,然后再用秋水仙素使染色体加倍,就得到纯种幼苗,这就是单倍体育种,实质是先培养纯种,比起①题中的自交8年左右培养一个纯种系来说大大缩短了育种年限,并且是100%的纯种。从①~④题可以看出数列与极限在高中生物学中的应用。

       排列和组合

排列与组合在高中数学中也是难点内容,在高中生物学更是学生的难点。首先要分清楚的是排列还是组合的问题,关键在于有无顺序的要求,如有顺序的要求,就是排列,如信使RNA上的4种碱基决定一个密码子,同样是A、U、G三种碱基,不同的排列顺序就是不同的密码子,故密码子就属于排列,又因为密码子的三个碱基是可以重复的,所以其种类有43=64种,如果密码子的三个碱基不能重复,则其种类只有 = 4×3×2=24种。又如蛋白质的多样性的原因是构成蛋白质的氨基酸的种类较多、数目成百上千、排列次序变化多端、空间结构复杂,而前三项就是与排列有关。假如某多肽由40个氨基酸构成,则此多肽的排列情况最多可达2040种。

有关DNA的多样性时也涉及到排列。

12(2000年上海高考题第20题)由120个碱基组成的DNA分子片段,可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息,其种类数最多可达(   

解析 遗传信息是指基因中4种脱氧核苷酸的不同排列顺序,也就是碱基对的排列顺序。120个碱基组成60个碱基对,所以其种类数最多可达460种。

如果在问题中无顺序的要求就用组合来解决。

13(2000年上海高考题第19题)一个二倍体生物群体中,一条常染色体上某一基因位点可有8种复等位基因,那么在这个群体中,杂合基因型的总数可达______

解析 本题实际上是一个数学的组合问题,等位基因有8种,每个二倍体生物都含有其中2个等位基因或2个相同的基因,前者是杂合体,后者是纯合体,本题所求为前者。根据组合公式: = =× =28种(根据公式 = )

14 马和驴的体细胞的染色体分别是64条和62条,求它们的后代骡产生可育配子的概率是多少?[4]

解析 骡的体细胞的染色体63条,其中有32条来自于马,31条来自于驴,所以骡的体细胞没有同源染色体,产生配子时联会紊乱,染色体分配到哪一极完全是随机的,骡产生的配子的组合一共有 + +……+  =263种,其中只有2种是可育配子,即一种是含有全部马的染色体(32条),另一种是含有全部驴的染色体(31条),故骡产生可育配子的概率是2/263=2-62种,可见骡产生可育配子的概率极低,故骡高度不育。

15 单倍体水稻(n=12)产生可育配子的概率是多少?

解析 单倍体水稻体细胞的染色体是12条,没有同源染色体,减数分裂第一次分裂时染色体不能配对,联会紊乱,12条染色体随机分配到两极,每一极所分配到的染色体的条数可能是0、1、2、……12条,其组合一共是 + +……+ = 212种,其中只有全部12条染色体在一起才是产生的可育配子的情况,即 =1种。故单倍体水稻产生可育配子的概率是1/212=2-12

    从以上实例可以看出应用数学的方法解决遗传学的一些问题,不仅是必要的,而且从具体的数据来说明,非常有说服力,如果能正确地应用,就可以解决很多生物学的问题,尤其是生物学中较难的遗传学题目。

 

参考文献:

1.余波 一道值得探讨的遗传题 中学生物教学2002,11:34

2.高级中学课本(代数 上、下册). 北京:人民教育出版社 1990

3.陈阅增.普通生物学. 北京: 高等教育出版社. 1997,448-450

  • 4.朱晔 高中生物学概率问题举隅 中学生物教学2002,7、8:71
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[转] 人教版高中生物必修部分“新”名词
2013-09-09 13:14
    

引用 myanthome 的 人教版高中生物必修部分“新”名词
此文已发表于《中学生物教学》,被人民大学书报资料中心转载

 

浙江省已经于2006年秋季实施了普通高中新课程,生物学科安排在高二学习三个必修模块,用的是人民教育出版社的普通高中课程标准实验教科书(以下简称新教材)。笔者教完这套教材后又将其通读,发现其中有很多的名词,有些是《全日制普通高级中学教科书(必修)》(以下简称老教材)中没有的,如胞间连丝等,有些是老教材中有,但经过改头换面的,如胞吞、胞吐等。本文依照教材顺序将这些名词摘录出来。

生命系统 据说用系统的思想来编写是这套教材一大亮点。系统是指由若干相互联系和相互作用的要素组成的具有一定结构和功能的有机整体,有整体性、层次性等特性[1]。生命系统(life system)就是由细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统和生物圈等多个层次构成的有序结构。

保卫细胞 是叶表皮上组成气孔的两个特化细胞,保卫细胞(guard cell)通过膨胀和收缩来调节气孔的大小,进而调节气体交换和水分逸散。

糖原 在老教材中对应的名词是糖元。糖原(glycogen)干燥状态下为白色无定形粉末,无臭,有甜味,不溶于乙醇,是动物细胞的储能物质,主要存在于肝细胞和肌细胞中,在需要时就将糖原水解成葡萄糖。

单体 可以通过聚合反应形成相对分子质量较大的聚合物的简单化合物。比如非常熟悉的聚乙烯就是由乙烯通过加聚反应生成的,乙烯即是聚乙烯的单体(monomer)

胞间连丝 除极少数特化细胞外,高等植物细胞之间通过胞间连丝(plasmodesmplasmodesma)相互连接,胞间连丝是物质从一个细胞进入另一个细胞的通路,对植物细胞间的联络非常重要。是一个由相邻细胞的细胞膜共同组成的管状结构,中央是由内质网延伸形成的连丝微管[2]

协助扩散 《陈阅增普通生物学》称之为易化扩散。在《高级中学课本生物(全一册)(必修)》中是有协助扩散 (facilitated diffusion) 的,老教材把它删去,新教材中又出现。与自由扩散相比,协助扩散需要载体,使转运速率增加,特异性增强,但都是从高浓度一侧进入低浓度一侧,且不消耗能量,因此合称被动运输。这也是与老教材不同的,老教材中,被动运输就是自由扩散。

胞吞、胞吐 在老教材中对应的名词分别是内吞、外排,胞吞(endocytosis)是指通过细胞膜内陷形成囊泡将外界大分子物质包裹并输入细胞的过程,如变形虫摄食;胞吐(exocytosis)是细胞中包有某种物质的膜泡与细胞膜融合,裂开将其中物质运出细胞的过程,分泌抗体就是一个胞吐的过程。

细胞代谢 在老教材中用的是新陈代谢──生物体内全部有序化学变化的总称。生物体把从外界获取的营养物质转变成自身的组成物质,并储存能量,称为同化作用;分解部分自身组成物质,把分解最终产物排出体外,并释放能量,称为异化作用。那么为什么非要改成细胞代谢(cellular metabolism)?个人认为这是不全面的,像消化这样在细胞外进行的化学变化是不是代谢?

活化能 这是化学中的一个概念,任一分子要发生化学反应,都必须被活化,而这需要获得一定的能量,即活化能(activation energy)

白化苗 一般认为白化苗(albino seedling)发生的原因有两种,第一种是遗传病;第二种是秧苗期受低温伤害,引起叶绿素分解。遗传性白化苗是受隐性基因控制的。白化苗基因是一种致死基因,仅能存活到两三叶,生长到4叶左右就会因为营养物质的耗尽全部死亡,因此,对产量及其他农艺性状无影响。

类囊体 在老教材中就叫囊状结构,是没有名字的。类囊体(thylakoid)有堆叠成垛组成基粒的基粒类囊体,也有贯穿于基粒之间没有堆叠的基质类囊体。类囊体膜是叶绿体中进行沟通吸收和转换的场所,基粒不仅使膜面积大大增加,还使结构高度集中,更有利于光能的吸收和利用,也能加快物质的运转,促进代谢的顺利进行[3]

干细胞 在发育过程中,保留一群能够分化成其他细胞类型的细胞,能够增殖与本身完全相同的细胞,也能够分化成为特定功能的体细胞。干细胞(stem cell)在生命由胚胎发育到成熟个体的过程中,扮演关键的角色,可分为胚胎干细胞和组织干细胞,也有分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

细胞凋亡 1972Kerr最先提出这一概念,细胞凋亡(apoptosis)来自希腊语,意指细胞像秋天的树叶凋落一样的死亡方式。

细胞坏死 受到各种环境因素的伤害,引起细胞死亡的现象叫细胞坏死(necrosis)

 

细胞凋亡和细胞坏死的区别[4]

区别点

细胞凋亡

细胞坏死

起因

生理或病理性

病理性变化或剧烈损伤

细胞膜

保持完整,一直到形成凋亡小体;不释放细胞内容物

破损;释放内容物

细胞体积

固缩变小

肿胀变大

调节过程

受基因调控

被动进行

 

遗传因子 其实老教材中有出现遗传因子(hereditary factor)这个名词,为什么这里还把它列出来呢?因为老教材中一笔带过──提到后来改称为基因──就在回顾孟德尔遗传定律的时候也直接用了基因一词,而新教材还了历史一个真实的面貌──1909年才第一次提出了基因的概念。这里无非是想引起各位同仁的注意,不要一开始就给学生讲基因,应该告诉学生真实的历史。

卵泡 卵泡(follicle) 也称为滤泡,每个卵泡由卵巢皮质内的一个卵母细胞和其周围许多小型卵泡细胞组成。根据卵泡发育过程的形态和功能变化,可分为原始卵泡、生长卵泡和成熟卵泡三个阶段。女性的原始卵泡是与生俱来的,新生儿卵巢约有70万个原始卵泡,到青春期多数退化,大约有不到4万个原始卵泡,当然,每月通常只有一个卵泡成熟,因此,真正能够完成排卵的卵泡大约是400500[5]

DNA聚合酶 DNA聚合酶(DNA polymerase)DNA复制中非常重要,其主要作用是催化DNA的合成,使脱氧核苷酸按照碱基互补配对原则与模板链结合并以一定顺序连接成链。真核细胞有5DNA聚合酶,分别为DNA聚合酶αβγ、和ε,其中αδ定位于细胞核,参与复制;原核细胞有3DNA聚合酶,都与DNA链的延长有关。DNA聚合酶,其中是促进脱氧核苷酸链延长的主要酶[6]

DNA指纹技术 众所周知,每个人都有指纹,而且几乎每个人的指纹都很独特,很难找到两个一模一样的指纹,指纹因而也就成了人的独特特征,人们可以通过指纹来识别不同的人。每个人的DNA都不完全相同,因此通过分子生物学方法所显示出来的DNA就会因人而异,人们就可以像指纹那样分辨人与人的不同了,这也就是DNA指纹技术(DNA fingerprinting)一词的由来,还可以通过对DNA指纹判断两个人之间的亲缘关系。指纹是可以抹去的,但DNA指纹却无法改变或抹去,科学家们只需要一滴血或是一根头发就可以对其DNA指纹进行鉴定。DNA指纹鉴定技术在现代刑侦领域正发挥着越来越重要的作用。

转运RNA 转运RNA(transfer RNA)在老教材中叫转移RNA,通过自身的折叠,形成几个双链区,一个环上有特定的3个核苷酸组成的反密码子,与密码子有互补关系,另一端则是与相应氨基酸结合的位点。

核糖体RNA 核糖体RNA(ribosomal RNA)是最多的一类RNA,占全部RNA82%左右,它与蛋白质结合而成核糖体。20世纪90年代初,Noller等证明大肠杆菌的23SrRNA能够催化肽键的形成,才证明核糖体是一种核酶,从而根本改变了传统的观点,核糖体催化肽键形成的是rRNA,蛋白质主要是维持rRNA构象,起辅助的作用[7]

反密码子 反密码子(anticodon)tRNA的反密码子环上的3个特定核苷酸序列,与密码子有互补关系。大致位于tRNA的中央部位,在翻译期间,反密码子与mRNA中的密码子互补配对而进行密码子与氨基酸间的特异对应,形成特定氨基酸序列的肽链。

淀粉分支酶 淀粉分支酶(branching enzyme)是糖基转移酶之一,先水解1,4 糖苷键,再把该片段转移至余下底物分子上以1,6糖苷键连接,负责生成淀粉的支链,催化直链淀粉变为支链淀粉。故它在糖原和支链淀粉形成中起着极为重要的作用。可从动、植物和微生物中提取。该酶曾被称为Q酶。

生物信息学 该领域的核心内容是研究如何通过对DNA序列的统计计算分析,更加深入地理解DNA序列、结构、演化及其与生物功能之间的关系。生物信息学(Bioinformatics)是内涵非常丰富的学科,是在生命科学的研究中,以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一,同时也将是21世纪自然科学的核心领域之一。其研究重点主要体现在基因组学和蛋白质组学两方面。

限制性核酸内切酶 老教材中的名字叫DNA限制性内切酶。限制性核酸内切酶(restriction endonuclease)是一种在特殊核苷酸序列处水解双链DNA的内切酶。限制性核酸内切酶分布极广,几乎在所有细菌都发现至少一种限制性内切酶,到目前为止,细菌是限制性核酸内切酶的主要来源。在已发现的限制性内切酶中,近百种酶的识别顺序已被测定。限制酶有多种不同类型,根据切割方式分为错位和平口两种,只是在基因工程中错位的应用最多,只有它能切出黏性末端[8]。用不同的限制酶处理有时候也可以切出相同的黏性末端。当然,也有识别顺序和切点都相同的酶。

共同进化 不同物种之间,生物与无机环境之间,在相互影响中不断进化和发展,这就是共同进化(coevolution)。通过漫长的共同进化过程,地球上不仅出现了千姿百态的物种,而且形成了多种多样的环境。

神经递质 在老教材中叫递质。神经递质(neurotransmitter)是突触前膜中的突触小泡接受传来的神经冲动时释放的一种物质。通过突触间隙与突触后膜上的受体特异性结合,把兴奋传给了下一个神经元。因为只有突触小体才有突触小泡,所以神经元之间的传递是单向的。

生长调节剂 在老教材,只有生长素类似物一词,是指人工合成的萘乙酸之类。而生长调节剂(growth regulator)是各种人工合成的激素类物质,乙烯利、吲哚丁酸等都是。

丰富度 在不同的群落中物种数目是各不相同的,群落中物种数目多少称为丰富度(species richness )。丰富度越大,营养结构越复杂。

演替 群落是不断发展的动态系统,随着时间的推移,一个群落被另一个群落代替的过程叫演替(succession),当然演替并不是完全取而代之,比如森林阶段也照样存在地衣和苔藓,只是优势被取代了。

信息素 在生命过程中,生物产生了一些能够传递信息的化学物质,这些被称为信息素(pheromone),化感作用就是一种植物的生长因另一种植物所产生的化学物质而被抑制。在这当中传递的自然是化学信息。

可持续发展 在战国时期就有天人合一的思想。可持续发展(sustainable development)指在不牺牲未来几代人需要的情况下,满足我们这代人的需要。

 

参考文献

1]       辞海编辑委员会.辞海[Z.上海:上海辞书出版社,2000.1383.

2]       翟中和.细胞生物学[M.北京:高等教育出版社,1995.82.

3]       潘瑞炽.植物生理学[M北京:高等教育出版社,2004.5860.

4]       美国圣路易市华盛顿大学医学院神经肌肉疾病中心细胞凋亡[EB/OL].

http://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/mother/apoptosis.htm

2007-12-10/2007-12-20.

5]       吴相钰.陈阅增普通生物学[M.北京:高等教育出版社,2005.184187.

6]       马拉森斯基.分子生物学精要[M.北京:化学工业出版社,2005.8694.

7]       翟中和.细胞生物学[M北京:高等教育出版社,1995.126128.

8]       同[6],254256.

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[转] 浅谈生物学实验中对照实验的类型
2013-01-13 11:34
    

浅谈生物学实验中对照实验的类型

广东省揭东县登岗中学 曾鹏光

摘 要 大多生物学实验中都需设置对照实验,在实验设计过程中,首先要区分实验组和对照组,对照实验的类型又有很多,因此要根据不同的实验,设计对照实验。本文以高中生物课本的相关实验为例,对对照实验的类型进行逐一分析。 

关键词 生物学实验 对照原则 

“对照原则”是中学生物实验设计中最常用的原则,通过设置对照实验,既可排除无关变量的影响,又可增加实验结果的可信度和说服力。

一个实验可包括实验组和对照组,实验组,是接受实验变量处理的对象组,所处理的变量就是我们要研究的内容;对照组,也称控制组,是不接受实验变量处理的对象组。按对照的内容和形式上的不同,常用的对照类型有空白对照、自身对照、相互对照、条件对照、配对对照、标准对照、阳性对照、阴性对照、安慰剂对照等9种类型。

1 空白对照

空白对照指不做任何实验实验的对照组或不给对照组以任何处理因素。值得注意的是,不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的,实际上对照组还是要做一定的处理,只是不加实验组的处理因素,或者说相对于实验组而言,除实验变量外,别的处理与实验组完全相同。空白对照能明白地对比和衬托实验组的变化和结果,增加说服力。通常未经实验因素处理的对象组为对照组,经实验因素处理的对象组为实验组;或处于正常情况下的对象组为对照组,未处于正常情况下的对象组为实验组。例如,在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中,向甲试管溶液加入试剂,而乙试管溶液不加试剂(零剂量),一起进行温水浴加热,比较它们的变化。这样,甲为实验组,乙为对照组,且乙为典型的空白对照。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果,增强了说服力。

例题剖析:有人设计实验探究有机肥是否能提高土壤肥力并优于化肥。实验分为两组,一组农田施有机肥,一组农田施化肥。该实验设计缺少(   )

A.施用有机肥和适量化肥的对照田

B.既不施用有机肥也不施用化肥的对照田

C.施用大量化肥和少量有机肥的对照田

D.施用少量化肥和大量有机肥的对照田

解析:本题考查是否具有对一些生物学问题进行初步探究的能力。本题的实验目的有两个,一是探究有机肥是否能提高土壤肥力,二是探究有机肥的肥力是否优于化肥。就实验目的一而言,施用有机肥的农田只有与既不施用有机肥也不施用化肥的农田作对照,才能说明有机肥是否能提高土壤肥力。答案:B

2 自身对照

自身对照指对照组和实验组都在同一研究对象上进行,不另设对照。自身对照方法简便,关键是看清实验处理前后现象变化的差异。实验处理前的对象状况为对照组,实验处理后的对象变化则为实验组。如“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验,就出现了两次对照,其中第一次对照是在高浓度溶液处理下,质壁分离状态与自然状态形成对照;第二次对照是在低浓度溶液处理下,复原后状态与质壁分离状态形成对照。又如:要研究植物根具有向重力性,茎具有背重力性,可把某一植株横放于培养基上,让其自然生长,经过一段时间后,便可观察到根向重力生长,茎背重力生长。这里,对照和实验都在同一个体上进行,属于自身对照。 

例题剖析:某校生物兴趣小组将体重、大小和年龄相同的成年小鼠分成甲、乙、丙三组,分别进行如下表所示的两步连续实验,下列有关该实验的叙述错误的是:(     )

组别

第一步操作

第一步现象

第二步操作

第二步现象

甲组

腹腔注射适量适宜浓度的胰岛素溶液

小鼠活动减弱直至昏睡

腹腔注射适量适宜浓度的胰高血糖素溶液

小鼠逐渐苏醒、活动恢复正常

乙组

腹腔注射适量适宜浓度的胰高血糖素溶液

检测小鼠尿糖呈阳性

腹腔注射适量适宜浓度的胰岛素溶液

检测小鼠尿糖逐渐呈阴性

丙组

腹腔注射适量的生理盐水

小鼠活动正常、尿糖检测呈阴性

腹腔注射适量的生理盐水

小鼠活动正常、尿糖检测呈阴性

A.该实验可验证胰岛素和胰高血糖素的功能以及它们在调节血糖过程中的拮抗作用

B.该实验的对照有同组内的自身对照、甲乙间的相互对照,设计丙组作空白对照无必要

C.该实验所用的胰岛素溶液和胰高血糖素溶液应是生理盐水与相应激素配制而成

D.该实验同一步所用的三种溶液用量必须相等,同一组前后两步所用溶液用量可以不等

解析:该实验通过甲组和乙组的自身对照,可验证胰岛素和胰高血糖素的功能以及它们在调节血糖过程中的拮抗作用。实验要严格遵循对照原则和单一变量原则,因此该实验所用的胰岛素溶液和胰高血糖素溶液应是生理盐水与相应激素配制而成,而且该实验同一步所用的三种溶液用量必须相等,同一组前后两步所用溶液用量可以不等。该实验有组内的自身对照(第一步与第二步对照),也有甲乙两组的相互对照,但是丙组的空白对照也很有必要,因为只有与空白对照相比较才能够看出实验组的情况是否异常。答案:B

3 相互对照

相互对照是指不单独设对照组,而是几个实验组相互对比对照,其中每一组既是实验组也是其他级别的对照组,由此得出相应的实验结论。一般是在探究某种实验因素对实验结果的影响不明确的情况下使用,通过实验的相互对比,确立实验变量和反应变量的关系。在等组实验法中,若不设空白对照,则大都是运用相互对照。相互对照较好地平衡和抵消了无关变量的影响,使实验结果具有说服力。例如,“植物的向性运动”的等组实验中,5个实验组采用的都是相互对照,较好的平衡和抵消了无关变量的影响,使实验结果更具有说服力。又如“验证植物根对矿质离子有选择吸收的特性”,可把番茄和水稻分别培养在成分相同的培养液中,过一段时间后,测定培养液中各种矿质元素离子浓度的变化,就会发现番茄吸收Ca多,吸收Si少;而水稻吸收Si多,吸收Ca少。以上就是两个实验组的相互对照。再如,在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验中,需要设置有氧和无氧两个条件,探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式,这两个实验组的结果都是事先未知的,通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。

典型分析:

温度对唾液淀粉酶活性的影响实验:

(1)实验对象:加了相同淀粉糊的四支试管。

(2)对照处理:不另设对照组,而是将四支试管分别放在温度为80℃、60℃、37℃、0℃的不同环境中,并同时逐个加入相同的唾液。

(3)实验结果:对相同时间内四组溶液中淀粉糊消化程度进行检测,并记录检测值。

(4)对照分析:通过对四组检测值之间相互对比,得出淀粉糊消化程度最高组的温度,即为本探究实验的唾液淀粉酶活性的最适温度。

例题剖析:请用所给的实验材料和用具,设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计、补充实验步骤、预测试验结果、得出结论,并回答问题。

实验材料与用具:适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液,斐林试剂、37℃恒温水浴锅、沸水浴锅。

(1)若“+”代表加入适量的溶液,“—”代表不加溶液,甲、乙等代表试管标号,请用这些符号完成下表实验设计(把答案填在答题卡上相应的表格中)。

溶液

试管

蔗糖溶液

蔗糖酶溶液

淀粉溶液

淀粉酶溶液

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)实验步骤:  

①按照上表中的设计,取试管、加溶液。  

                  

                  

                  

(3)结果预测:             

(4)结论:               

(5)在上述试验中,如果仅将37℃恒温水浴锅的温度调到20℃。而在其他条件不变的情况下重做上述实验,出现砖红色试管中的颜色会比37℃时的浅,其原因是                      

解析:本题综合考查实验设计的基本技能,要验证蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性,因此应遵循对照性原则、科学性原则和单一变量原则。(1)实验目的是验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性,所以要设计两组对照实验,一组是用蔗糖作为底物,分别在两支试管中加入等量的蔗糖溶液,并分别向这两支试管中滴加等量且适量的蔗糖酶溶液和唾液淀粉酶溶液;另一组是用淀粉作为底物,分别在两支试管中加入等量的淀粉溶液,并分别向这两支试管中滴加等量且适量的蔗糖酶溶液和唾液淀粉酶溶液。(2)承接表中实验设计步骤,充分混合后,37℃恒温水浴一段时间。取出试管,分别加入适量的斐林试剂,混均并置于50℃~65℃水浴一段时间。(3)实验的结果最可能是:含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管(试管甲),以及含有淀粉和淀粉酶溶液的试管(试管乙)中出现砖红色沉淀;其他试管中不出现砖红色沉淀。(4)该实验可以证明酶的催化作用具有专一性。(5)根据酶的特性,温度为37℃左右是哺乳动物细胞中酶活性的最适温度,20℃低于酶的最适温度,酶活性低,水解产生的还原糖少,故红色试管中的颜色较浅。

答案:(1)

溶液

试管

蔗糖溶液

淀粉溶液

蔗糖酶溶液

唾液淀粉酶溶液

 

 

 

 

(2)②混均,37℃恒温水浴一段时间

③取出试管,分别加入适量的斐林试剂,混均,50℃~65℃水浴一段时间

(3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管(试管甲),以及含有淀粉和淀粉酶溶液的试管(试管乙)中出现砖红色沉淀;其他试管中不出现砖红色沉淀

(4)哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性

(5)红色试管中的颜色较浅   20℃低于酶的最适温度,酶活性低,水解产生的还原糖少

4 条件对照

条件对照是指虽给对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照意义的,给定的处理因素正是为了保证实验中对照组与实验组相比只是少了实验变量的影响,或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。通常施以条件因素的对象组为对照组,施以实验因素的对象组为实验组。例如,在艾弗里证明DNA是遗传物质的实验中,实验组是“R型活细菌+S型细菌的DNA混合培养”,条件对照组是“R型或细菌+S型细菌的DNA和DNA酶混合培养”。再如,“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中,采用等组实验法,其实验设计方案是:以蝌蚪为实验材料,甲组(实验组)饲喂甲状腺激素;乙组(条件对照组)饲喂甲状腺抑制剂;丙组(空白对照组)对蝌蚪不做任何处理。通过比较、对照、更能充分说明实验变量──甲状腺激素有促进动物生长发育的作用。条件对照的目的是通过对比得出相对立的结论,以验证实验结论的正确性。

例题剖析:请用DNA酶作试剂,选择适当的材料用具,完成下列的实验方案,验证促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA,并预测实验结果,得出实验结论。

(1)实验方案设计

第一步:                      

第二步:分组、编号并处理。

组合编号

A

B

C

处理

不加任何提取物

加入提取出的S型细菌DNA

加入提取的S型细菌DNA和DNA酶

第三步:                               

第四步:将接种后的培养基放在适宜温度下培养一段时间,观察菌落的生长情况。

(2)预测实验结果并得出结论:                       

(3)通过你设计的实验,还能得出的新的结论是              

解析:在验证促进R型细菌转化成S型细菌的物质是DNA的实验中,只有B组加入了S型细菌的DNA,其培养基中会产生S型细菌,而其他培养基中均没有产生S型细菌,证明S型细菌的DNA是遗传物质。

答案:

(1)从S型细菌中提取DNA,制备符合要求的培养基。    

将R型细菌分别接种到三组培养基上。

(2)A组、C组中未出现S型细菌,说明DNA分子可以使R型细菌转化为S型细菌.

(3)DNA的结构要保持完整才能使R型细菌转化为S型细菌。

5 配对对照

配对对照是指严格一致的成对对象分置不同实验变量的对比实验,结果更有说服力。例如萨克斯的实验,巧妙地设计了对照实验,自变量是光照(一半叶片置光下、一半置黑暗),因变量是颜色变化,比较光合作用放氧率,实验结果可信度高。

6 标准对照

生物生理、生化的某些项目也都有相应的标准,将观察测定的实验数值与规定的标准值相比较,以确定其正常与否的对照方法。例如,用一种已确认的药物作标准对照组,比较新药的药效。

7 阳性对照

阳性对照是指给对照组施以已经被证明是一种有效的处理因素。例如,研究某化合物是否致癌的长期动物实验中,实验组为用该化合物处理,阳性对照组用已知的致癌物感染。又如实验者在研究一种新的抗生素时,可以用已经被证明有抗菌作用的青霉素或其他抗生素与有效的青霉素有同样的作用,则这种抗生素的抗菌作用得到证明,反之,则被否定。用青霉素作对照组称为阳性对照组。再如“在控制淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用实验”中,1号试管作为阳性对照注入2mL可溶性淀粉溶液,在唾液淀粉酶的作用下水解成还原糖,且能够与斐林试剂发生氧化还原反应,生成砖红色的氧化亚铜沉淀;而2号试管作为实验组注入2mL蔗糖溶液,在同样条件下,却没有生成砖红色的氧化亚铜沉淀,由此可以证明唾液淀粉酶具有专一性,它只能使淀粉水解,却不能使蔗糖水解。其它实验如“比较过氧氢酶和Fe3+催化效率”也属于阳性对照。

8 阴性对照

阴性对照是为排除假阳性而设的对照。例如,检验某转基因植物是否有杀虫效果,必须设置阴性对照(没有杀虫效果的植物组),记录昆虫自然死亡数,再作假设检验统计推断。

9 安慰剂对照

安慰剂对照,又称双盲试验。为避免和控制人为或自然因素干扰而设置的对照,试验者和实验对象不知道何为实验和对照。例如,例如试验某新药,使用同样外观的安慰剂作对照,除科研设计者外,医生和病人都不知谁用新药谁用安慰剂。

在设计对照实验时,一定要使反应的条件相同,参与反应物质的量相等,这是实验设计中等量性原则的要求。可以说,等量性原则与对照性实验是相伴而生的,只要是对照性实验,就一定要体现等量性原则。否则,会使实验结果失去可比性,从而影响对照的价值。

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关于高中生物中物理模型的释疑
2013-01-13 10:57
    

必修一课本第54页中有提到模型方法,其中有具体描述物理模型的概念。


物理模型:以实物或图片形式直观表达认识对象的特征。

概念模型:指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型。

数学模型:用来描述一个系统或它的性质的数学形式
 
这里需要强调的是,模型通常是模拟生物体细胞或结构的立体实物或三维结构图,而照片通常是平面、具象的事物写照,因此通常情况下照片是不能够理解为物理模型的。
 
以下是高中生物中常见的一些模型:

物理模型  DNA双螺旋结构模型,细胞膜的流动镶嵌模型 ,细胞结构模型,演示细胞分裂的橡皮泥模型(必修2减数分离附近),必修三建立血糖调节的模型的“糖卡”(描述胰岛素胰高血糖素作用)。


数学模型  J型变化曲线(S型也是),酶活性受温度(PH值)影响示意图,不同细胞的细胞周期持续时间等。


概念模型  达尔文的自然选择学说(最典型)你要注意个单元后面的概念图,它们同属于概念模型(不过不算规范)真核细胞结构共同特征的文字描述、光合作用过程中物质和能量的变化。

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