教學活動設計

一、Pedagogica 軟體介紹

許多研究指出電腦模擬軟體對學生認知成就有正面的影響（王士文，2008；

林秀美，1996；林合彥，2004； Hameed, Hackling & Garnett, 1993），本研究使 用 The Concord Consortium 製作的電腦模擬軟體 Pedagogica 作為教學的主軸。

Pedagogica 軟體以具有奇幻特質的恐龍各項性狀為主題，每隻恐龍都有三對染色 體、九種可改變的性狀，藉由這些遺傳物質介紹遺傳的相關概念。學生可以點選 各項等位基因的欄位並改變等位基因的顯隱性，操作結束後左方恐龍預覽圖會立 即呈現等位基因決定的性狀。學生也可以進入更深層的界面，觀賞恐龍形成配子 時減數分裂的模擬動畫，學生可以自由暫停或放大界面用來查看有興趣的基因，

最後學生可以挑選不同的配子進行受精作用產生不同性狀的子代恐龍。軟體也提 供棋盤方格法與族譜圖等介面，學生可進行子代性狀的預測。Pedagogica 軟體涵 蓋許多超過國中遺傳範圍的概念，例如上位遺傳、性聯遺傳、致死基因等，研究 者在設計課程前先篩選需呈現的概念，避免學生進行非教學目的所需操作，減少 教習重點模糊的機會。本研究以五節課的時間發展 Pedagogica 融入遺傳教學活 動，並設計相關教案（附錄 1）與學習單（附錄 2）。每節課教學流程為研究者先 講述遺傳相關概念，再引導學生操作軟體強化各種概念的連結。

二、基因與遺傳單元

本研究教學活動分為三個子單元，第一個子單元為「基因與遺傳」，對應康 軒版課本 2-2，使用一節課時間進行教學。事實上基因與染色體之間的相關概念 在康軒版課本 2-2 才出現，康版遺傳教材編排方式先介紹孟德爾的遺傳法則再接 續基因與遺傳的部份，出版社以遺傳學在科學史發生先後順序進行課文的編排。

孟德爾在研究豌豆性狀遺傳時尚不清楚遺傳的分子機制，直到分子生物技術發達

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後才逐漸解開遺傳神祕的面紗。為了符合科學史的發展，在 2-1 孟德爾遺傳法則 的課文內容中並未出現基因、DNA、染色體等不符合孟德爾時代的文字，直到 2-2 基因與遺傳單元才說明基因與遺傳之間的關係。因為 Pedagogica 軟體介面直 接呈現三對染色體以及染色體上各式各樣的基因，學生在沒有背景知識的情況下 盲目地操作軟體是本研究不想見到的情況。為了讓教學活動順利進行，學生必須 先理解 DNA、基因、染色體之間的關係，故將「基因與遺傳」單元移至「孟德 爾的遺傳法則」前進行教學。在第一節的教學活動中，學生尚未使用到 Pedagogica 軟體，研究者單純以投影片與教學動畫介紹基因與染色體的關係。

三、孟德爾的遺傳法則單元

本研究教學活動第二子單元為「孟德爾的遺傳法則」，對照康軒版課本 2-1 章節，共使用三節課的時間進行教學。經過第一節課的教學活動，學生已具備 DNA、基因、同源染色體、對偶基因等先備知識，在第二節課中研究者將使用 Pedagogica 軟體進行教學。模擬軟體中的恐龍具有三對染色體、九種性狀，剔除 上位遺傳、性聯遺傳、致死基因等概念，研究者挑出符合國中程度的等位基因進 行教學活動，分別為第一對染色體上頭上有角（H）/無角（h）、第二對染色體上 的無翅膀（w）/有翅膀（W）、兩隻腳（L）/四隻腳（l）與尾巴分叉（T）/尾巴 平順（t）。逐步引導學生改變等位基因型式後觀察恐龍性狀的改變（如圖 3-3-1），

讓學生理解同源染色體、等位基因、顯隱性與性狀之間的關係。接著請學生試著 回答學習單上的相似概念的問題（如圖 3-3-2），研究者期望藉由學習單的問題，

讓學生自行操作模擬軟體找出答案。在第二節課教學活動結束後，對學生施測第 一次心流經驗檢測量表。

學生初次接觸遺傳概念，難免出現混淆與遺忘的情況，第三節課主要強化學 生顯隱性、等位基因與性狀表現等遺傳學基本概念，另外對孟德爾的分離律進行 鋪陳。第三節課的活動主要藉由複習的方式進行學習單問題寫作，學生依然可以

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操作 Pedagogica 軟體回答學習單的問題，在課程結束前研究者拋出一個問題：「一 對頭上長角的恐龍夫妻，結果生出頭上沒有長角的小恐龍，恐龍夫妻兩為此大吵 一架。你覺得這隻小恐龍是這對恐龍夫妻親生的嗎？為什麼？」，藉由此問題激 發學生思考並引起學習動機。

圖 3-3-1 Pedagogica 軟體截圖

圖 3-3-2 學習單例題

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學生在前三節課已建立成對等位基因控制性狀改變的基本概念，在第四節課 正式探討孟德爾遺傳法則中的分離律。親代成對的等位基因會經由減數分裂分離 至配子中，配子再隨機結合產生子代，每個子代獲得不同的等位基因造成性狀表 現也不盡相同，此為遺傳變異的基本概念。配子的產生牽涉減數分裂，多數研究 指出學生在減數分裂過程普遍存在另有概念（朱幼倩，2009；楊坤原、張賴妙理，

2004；Kindfield, 1994; Brown, 1990），研究者利用 Pedagogica 軟體提供減數分裂 時的模擬動畫影片介紹孟德爾的分離律，模擬動畫配合播放、暫停、放大等按鍵，

學生可以使用這些功能詳細觀察親代恐龍成對等位基因分離至配子的過程（如圖 3-3-3），加深學習印象。

圖 3-3-3 減數分裂模擬動畫截圖

配子在有性生殖時會隨機配對，造就子代產生遺傳變異。研究者利用 Pedagogica 模擬產生子代的介面進行相關概念的教學（如圖 3-3-4）。在此介面學 生可在左右兩側親代恐龍所產生的四個配子中選取其中一個，放入畫面中央子代 欄位，按下開始鍵即可產生新的子代。學生可由中間視窗直接觀察子代的性狀或 按放大按鍵觀察染色體的型式。經過多次練習學生對於基因與性狀的關係已有一

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定的認識，第四節課的後半段研究者引出基因型、表現型的概念，並使用棋盤方 格法預測子代基因型與表現型的比例。在教學活動結束後，安排學生回答學習單 相關問題，並實施第二次心流經驗檢測量表。

圖 3-3-4 模擬有性生殖介面截圖

圖 3-3-5 族譜圖介面截圖

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四、人類遺傳單元

本研究教學活動第三個子單元為「人類的遺傳」，配合康軒版課本 2-3 的部 分，利用一節課的時間進行教學。除了人類的 ABO 血型外，其餘概念如多基因 遺傳、性別遺傳、族譜圖等皆可以使用 Pedagogica 軟體提供的介面進行教學。

第五節課較特別的活動為 Pedagogica 軟體內祖譜圖的介面（如圖 3-3-5）。研究者 要求學生根據祖譜圖提供的線索，利用先前課堂所學的概念與能力進行判斷性狀 顯隱性的關係以及預測家族成員間基因型與表現型的型式。在學生完成學習單的 問題後進行第三次心流經驗檢測量表的施測。

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