“生物的遺傳”主題中教學游戲的開發

姚國平

關鍵詞：初中生物學；生物的遺傳；教學游戲

文章編號：1003-7586（2024）01-0016-02 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

生物的遺傳是生命的基本特征，也是初中生物學學習的重要內容。初中學生認知水平有限，其對遺傳本質和規律的理解有一定難度。皮亞杰認為游戲不僅可以反映學生的認知發展，更能促進學生的認知發展。教學實踐中，教師可運用恰當的游戲形式引領學生深度加工學習對象，從而跨越認知障礙，把握知識的本質，實現認知發展。本文介紹了以撲克牌為材料，設計和開發的系列教學游戲，運用于初中階段遺傳學的學習。

1理解“基因控制生物的性狀”

1.1方法步驟

1.1.1模擬操作

操作1：準備2張撲克牌，紅桃A和黑桃A各一張。兩人一組游戲，甲同學洗牌，乙同學隨機抽取一張。每組學生連續操作多次，統計全班取得撲克牌花色的概率（取得紅桃A或者黑桃A可能性都為1/2）。

操作2：準備兩套牌，每套都是紅桃A和黑桃A各一張。兩人一組游戲，甲同學洗牌，乙同學每次分別在一組內隨機抽取一張，記錄取得2張牌的組合。每組學生連續操作多次，統計全班取得同一花色的概率（取得同一花色的可能性為1/4）。

1.1.2分析結果

在一組中取一張牌這個事件的結果（可能性是1/2），并不影響在另一組中取一張牌這個事件的結果（可能性也是1/2），這是兩個各自獨立的事件。在統計學中，如果有兩個互不影響的獨立事件，每個事件發生概率都是1/2，那么同時或相繼出現時，其概率是它們各自概率的乘積，即1/4，如圖1所示。

1.1.3提出假說

生物的性狀由遺傳因子決定，在孟德爾遺傳實驗中子二代出現隱性性狀的概率是1/4，這種現象是不是也是由兩個互不干涉的獨立事件造成的呢？如果是，那么，生物的性狀由一對遺傳因子決定，且每個因子來自不同的親本。

1.1.4演繹推理

孟德爾遺傳實驗中，子二代出現隱性性狀的概率是1/4，是由兩個隱性遺傳因子決定的，這兩個隱性遺傳因子分別來自父本和母本，那么，決定子一代（親本）高莖性狀的兩個遺傳因子只能是一個顯性和一個隱性。由此可推測，當控制某種性狀的一對遺傳因子中，一個是顯性而另一個是隱性時，表現出顯性基因控制的那種性狀。同時也能根據統計學知識合理解釋，在子二代中，為什么出現隱性性狀的概率是1/4，顯性性狀的概率是3/4。

1.2設計意圖

孟德爾在維也納大學學習期間，除學習動物學、植物學外，還學習化學、物理學和數學等課程。他把數理統計作為工具引入了遺傳學的研究領域，使復雜的遺傳現象變得有規律可循，奠定了近代遺傳學的發展基礎。在統計學中，“1/4”是一個特殊的數值，教學中通過撲克游戲的類比、聯想、推理，不僅引導學生沉浸在“假說一演繹”的科學思維方法中，而且使學生初步體會到跨學科解決生物學問題的潛在價值。在實際教學中，進行“演繹推理”這一環節時，可以把遺傳圖解展示在黑板上，讓學生把撲克牌當作遺傳因子進行現場推演，便于學生間修正、借鑒，最終達成共識、共享。

2理解“遺傳和變異的關系”

2.1方法步驟

（1）準備2副撲克牌，挑選紅桃“A～5”各2張，黑桃“A～5”各2張。牌型“A～5”分別表示決定人體5種性狀，如單雙眼皮、有無酒窩、能否卷舌、有無耳垂、慣用手勢的基因，且紅桃表示顯性基因，黑桃表示隱性基因。

（2）分別在四張點數一樣的牌型中隨機抽取2張，組成親本基因型，如圖2所示，表示決定某種性狀。如父本為：紅A+黑A（雙眼皮）、黑2+黑2（無酒窩）、紅3+黑3（能卷舌）、紅4+紅4（有耳垂）、紅5+黑5（右利手）；母本為：紅A+黑A（雙眼皮）、紅2+紅2（有酒窩）、紅3+黑3（能卷舌）、黑4+黑4（無耳垂）、紅5+黑5（右利手）。

（3）父本一組（5對基因，共10張牌）洗牌后隨機摸牌，遇到有重復點數的牌舍去，直至有“A～5”牌型的單張排序，如圖3所示，表示精子的5種基因；母本一組同樣操作，表示卵細胞的5種基因，如圖4所示。

（4）將精子和卵細胞中“A～5”牌型按點數配對，表示受精卵中的基因組成，如圖5所示。

（5）重復步驟（2）（3）或（3）多次，記錄子代的基因組成及表現性狀，與親代相比較，體會遺傳和變異的關系。

2.2設計意圖

可單人或雙人游戲。通過模擬演示基因重組產生的變異，幫助學生理解遺傳與變異對立統一的辯證關系。

3模擬“人類的性別決定”

3.1方法步驟

（1）準備3張紅桃Q（代表X染色體），一張紅桃K（代表Y染色體）。

（2）兩人一組，甲同學左手持2張紅桃Q，右手持一張紅桃Q和一張紅桃K，乙同學隨機各抽取一張，形成組合。

（3）重復步驟（2），記錄得到的后代的性別。

（4）分析結果：一對夫婦生男孩和女孩的可能性都是50%。

3.2設計意圖

“Q”的人物圖案是女性，“K”的人物圖案是男性，模擬操作能形象地表示出人類性別決定機制。

4分析“色盲的遺傳方式”

4.1方法步驟

（1）準備黑桃Q、紅桃Q、黑桃K三種撲克牌，分別表示帶有色覺正常基因的X染色體、帶有紅綠色盲基因的X染色體、不帶有色覺基因的Y染色體。

（2）用撲克擺出母親色覺的基因組合（一對黑桃Q、一對紅桃Q、一張黑桃Q和一張紅桃Q），并說出相應表現性狀（色覺正常、紅綠色盲、色覺正常但攜帶紅綠色盲基因）；用撲克擺出父親色覺的基因組合（一張黑桃Q和一張黑桃K、一張紅桃Q和一張黑桃K），并說出相應表現性狀（色覺正常、紅綠色盲）。

（3）根據六種婚配組合：色覺正常母親×色覺正常父親、色覺正常母親×色盲父親、色盲母親×色覺正常父親、色盲母親×色盲父親、攜帶者母親×色覺正常父親、攜帶者母親×色盲父親，用撲克牌擺出子女的基因組合情況。

（4）討論分析紅綠色盲遺傳的特點。

4.2設計意圖

紅綠色盲是伴X染色體隱性遺傳病，“Q”和“K，的牌面圖案能形象地表示出性別，紅桃Q的紅色表示紅綠色盲基因，黑色表示色覺正常基因，通過模擬演示紅綠色盲的遺傳方式，容易分析歸納伴性遺傳的特點。