棋盤思想在高中生物教學(xué)中的具體應(yīng)用

陸金惠

摘要：棋盤法是解決高中生物遺傳、進(jìn)化中相關(guān)計(jì)算問題的有效且直接的方法。棋盤思想是將棋盤法內(nèi)化于心，高效解決遺傳問題的最佳思想方法。文章著重從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，依托人教版新教材，闡述棋盤法與棋盤思想的內(nèi)在關(guān)系，突出棋盤思想在具體習(xí)題中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中生物棋盤法 棋盤思想 具體應(yīng)用

陶行知反對(duì)教師“教死書、死教書、教書死”，也反對(duì)學(xué)生“讀死書、死讀書、讀書死”，提出了“教學(xué)做合一”的教學(xué)方法論。將陶行知的“教學(xué)做合一”充分運(yùn)用在利用棋盤方法解題時(shí)，就是要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)棋盤中的規(guī)律，做到“心中有棋盤”，把棋盤簡(jiǎn)化成思想，隨學(xué)隨用。

一、高中生物棋盤法

遺傳學(xué)中，棋盤法又稱龐納特方格法（Punnett square method），是龐納特（R.C.Punnett）首創(chuàng)的一種棋盤格，用于計(jì)算雜交后代的基因型比例和表現(xiàn)型比例的方法。

下面以配子棋盤法為例，說明棋盤法的解題步驟：（1）表格的橫行和縱列分別代表的是即將結(jié)合的雌雄兩種配子；（2）在每一種配子前標(biāo)出該配子的基因頻率；（3）棋盤式內(nèi)即為雌雄配子結(jié)合時(shí)構(gòu)成的基因型，兩種配子概率的乘積即為該種基因型出現(xiàn)的頻率。以1對(duì)等位基因控制1對(duì)相對(duì)性狀的雜合子自交為例，棋盤如表1所示。

分析棋盤，就能得出1對(duì)等位基因控制1對(duì)相對(duì)性狀的雜合子自交，必然會(huì)產(chǎn)生雌配子兩種，比例為1∶1，雄配子也是兩種，比例也為1∶1。每種雌雄配子隨機(jī)結(jié)合成為合子（受精卵）的概率是均等的，合子都能發(fā)育成為完整個(gè)體，并表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀。A對(duì)a為完全顯性，AA和Aa表現(xiàn)出相同的性狀，即相應(yīng)的顯性性狀。Aa表現(xiàn)為隱性性狀，性狀分離比為3∶1。

同理，還可以畫出2對(duì)等位基因控制2對(duì)相對(duì)性狀的雜合子自交棋盤，棋盤如表2所示。

分析棋盤，就能得出2對(duì)等位基因控制2對(duì)相對(duì)性狀的雜合子自交，必然會(huì)產(chǎn)生雌配子四種，比例為1∶1∶1∶1；雄配子也是四種，比例也為1∶1∶1∶1。每種雌雄配子隨機(jī)結(jié)合成為合子（受精卵）的概率是均等的，合子都能發(fā)育成為完整個(gè)體，并表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀。R對(duì)r為完全顯性，Y對(duì)y為完全顯性，R Y 表現(xiàn)出一種性狀，即雙顯性性狀，R yy表現(xiàn)出一種性狀，即一種單顯性性狀，rrY 表現(xiàn)出一種性狀，即另一種單顯性性狀，rryy表現(xiàn)為雙隱性性狀，性狀分離比為9∶3∶3∶1。

從以上分析可以看出，棋盤法具有直觀、全面、思維過程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，對(duì)于所有學(xué)生而言，容易理解、容易模仿。例如，利用“配子棋盤法”，可以計(jì)算兩種基因型個(gè)體自由交配時(shí)，后代中純（雜）合子所占比例，也可以計(jì)算一種性狀遺傳時(shí)，兩種基因型個(gè)體與另兩種基因型個(gè)體交配后代中某基因型或表現(xiàn)型概率；利用“純種雜種棋盤法”，可以計(jì)算兩種性狀獨(dú)立遺傳時(shí)，子代中某兩種基因型個(gè)體中雜（純）合子的比例；利用“性狀棋盤法”可以計(jì)算兩種性狀獨(dú)立遺傳時(shí)，兩種基因型個(gè)體與另兩種基因型個(gè)體交配后代中某表現(xiàn)型的概率問題。

隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)一步深入，學(xué)生漸漸明白，棋盤法還可以計(jì)算子代患一種遺傳病概率和患兩種遺傳病概率、胚胎致死類型遺傳概率、配子致死類型遺傳概率、多種配子組合產(chǎn)生子代的遺傳概率、伴性遺傳類型遺傳概率等。

由此可見，構(gòu)建“棋盤法”可以將高中學(xué)生普遍頭疼的概率計(jì)算問題化繁為簡(jiǎn)。

二、高中生物棋盤思想

對(duì)于由簡(jiǎn)單的遺傳定律形成的復(fù)雜的遺傳現(xiàn)象表象，我們不僅應(yīng)該教會(huì)學(xué)生從復(fù)雜的自然現(xiàn)象中抽象出最簡(jiǎn)單的思維，而且要引導(dǎo)學(xué)生在心中建立棋盤模型。

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。棋盤模型建構(gòu)是借助數(shù)學(xué)建模思想在腦海里繪制棋盤，定量描述由簡(jiǎn)單的遺傳定律形成的復(fù)雜的遺傳現(xiàn)象。通過各種類型的遺傳題訓(xùn)練，完成棋盤模型建構(gòu)，這將成為學(xué)生的一種關(guān)鍵能力。只要形成了良好的理性思維學(xué)科素養(yǎng)，也就達(dá)到了棋盤時(shí)刻在心中，無論是1對(duì)等位基因的問題還是2對(duì)等位基因的問題，學(xué)生都不需要用筆畫出棋盤，只需要運(yùn)用心中的棋盤就可以快速解決。

三、棋盤思想在具體習(xí)題中的應(yīng)用

下面，以兩道習(xí)題為例，闡述棋盤思想在解決遺傳題時(shí)的高效性。

例如，某哺乳動(dòng)物的毛色由位于常染色體上的3對(duì)等位基因決定，這3對(duì)等位基因控制毛色合成的關(guān)系如下圖所示。請(qǐng)回答下列問題。

（1）某研究小組為研究相關(guān)基因是否遵循基因的自由組合定律，選擇純合的雌雄黃色個(gè)體作為親本進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，得F1后，再讓F1中的雌雄個(gè)體進(jìn)行隨機(jī)交配，觀察F2的表現(xiàn)型及比例。理論上，若F2中個(gè)體的表現(xiàn)型之比為黃色：褐色：黑色= ，則說明這3對(duì)基因自由組合。

（3）通過基因敲除技術(shù)培育出不含C基因的該動(dòng)物純種個(gè)體（親本），所以C和c這1對(duì)等位基因就不用考慮。那么，F(xiàn)2中黃色∶褐色∶黑色=4∶1∶7，即 4+1+7=12，應(yīng)用棋盤法，很容易得出：或者是一橫行四種基因型個(gè)體死亡，或者是一豎列四種基因型個(gè)體死亡，即某種雌配子致死或某種雄配子致死。黑色對(duì)應(yīng)的基因型為A B ，黃色對(duì)應(yīng)的基因型為aaB cc和A bb，褐色對(duì)應(yīng)的基因型為A bb。黑色少2，黃色少2，褐色也少2。突破口在褐色少2，或者是Ab雌配子致死，或者是Ab雄配子致死。

很顯然，在解決本題時(shí)，畫棋盤是不合適的，但是心中若有棋盤，用棋盤思想解決，會(huì)是最高效的方法。

綜上所述，棋盤思想是將棋盤法內(nèi)化于心，做到心中時(shí)刻有棋盤，這是高效解決遺傳問題的最佳思想方法。

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