Задачи по генетике егэ как решать: Решение задания 28 ЕГЭ по биологии

Сборник задач по генетике для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ, 9-10 класс

Автор:

Т.К. Сидоренко — учитель биологии

высшей категории МОБУ СОШ № 7

г. Тында Амурской области

СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ГЕНЕТИКЕ ДЛЯ 9-11 КЛАССОВ

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОГЭ И ЕГЭ

г. Тында

Т.К. Сидоренко

СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ГЕНЕТИКЕ

(МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ОГЭ И ЕГЭ)

9-11 классов

Издательство «Учитель МОБУ СОШ №7»

г. Тында 2017

Сборник задач по генетике составлен для школьников для 9-11 классов.

Раздел «Основные закономерности явлений наследственности и изменчивости» является одним из самых сложных и объемных разделов общей биологии. Школьники должны не только знать сущность законов Г. Менделя, генетическую символику и терминологию, но и уметь решать биологические задачи разной сложности. Решение задач позволяет легче усвоить сложный теоретический материал.

Дорогой друг!

У тебя в руках сборник задач по генетике.

Тебе предлагаются разные виды задач:

Задачи повышенной сложности

разных лет.

Постарайся их решить, и ты убедишься, что генетика – это очень интересная наука!

Желаю успехов!

Автор

Содержание.

Подготовка к решению задач по генетике

6-8

Задачи по теме «Моногибридное скрещивание»

стр. 8 — 10

Задачи по теме «Неполное доминирование». Анализирующее скрещивание.

стр. 10

Задачи по теме «Ди- и поли — гибридное скрещивание»

стр. 11-15

Задачи по теме « Наследование по типу множественных аллелей»

Стр. 15- 17

Комбинированные задачи

стр. 17 — 19

Задачи по теме «Сцепленное наследование (кроссинговер)»

стр. 19 — 20

Задачи из демонстрационных материалов ЕГЭ

стр. 20 — 21

Задачи на анализ родословной

стр. 21 -23

Задачи по теме «Наследование летальных генов, локализованных в половых хромосомах»

стр. 23-24

Задачи по теме «Одновременное наследование признаков, расположенных в соматических и половых хромосомах»

стр.24-25

Список использованной литературы. Источники иллюстраций.

стр. 26

1. Краткий словарь генетических терминов

1. Альтернативные признаки – контрастные признаки (Например: карие глаза – голубые глаза, среди них встречаются и противоположные признаки :

высокий рост – низкий рост).

2. Аллельные гены – это пара генов, определяющих контрастные (альтернативные) признаки организма. Каждый ген этой пары называется аллелью. Аллельные гены расположены в одних и тех же участках локусах гомологичных (парных) хромосом.

3. (Аутосомы – хромосомы, по которым у самцов и самок нет различий.

4. Взаимодействие генов – взаимосвязанное действие одной, двух или более пар генов, определяющих развитие одного и того же признака.

5. Генетика – наука о наследственности и изменчивости.

6. Ген (с современных позиций) – это участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного белка. Гены находятся в хромосомах, где они расположены линейно, образуя «группы сцепления».

7. Генотип – сумма генов, полученная организмом от родителей.

8. Гетерозигота («гетеро»=»разный») – организм с разными аллелями в генотипе (например: Аа)

9. Гибридное поколение – поколение, полученное от родителей с разными признаками.

10. Гибрид – один организм из гибридного поколения.

11. Гомозигота («гомо» = «одинаковый») – организм с одинаковыми аллелями в генотипе (например: АА или аа)

12. Доминантный признак – преобладающий признак (признак, подавляющий остальные): А, В, С,…

13. Доминирование – простейшая форма взаимодействия генов по типу «доминантность – рецессивность», установленная Г.Менделем.

14. Изменчивость – общее свойство всех организмов приобретать новые признаки (в пределах вида).

15. Кодоминирование – форма взаимодействия генов, при которой у гетерозигот проявляются оба аллели (например, наследование 4 группы крови у человека: АВ).

16. Комплиментарность – форма взаимодействия генов, когда один ген дополняет действие другого гена.

17. Локус – место положения гена в хромосоме.

18. Мендель Грегор (чешский монах) – основоположник генетики.

19. Морган Томас (американский ученый) – создатель хромосомной теории наследственности.

20. Наследственность – общее свойство всех организмов передавать свои признаки потомкам.

21. Неполное доминирование – случай, когда у гетерозиготного потомка – промежуточный фенотип.

22. Половые хромосомы – хромосомы, по которым у самцов и самок есть различия.

23. Полигибридное скрещивание – это сложное скрещивание, при котором родительские организмы отличаются по трём, четырём, и более парам контрастных (альтернативных) признаков.

2. Подготовка к решению задач по генетике

Правила при решении задач по генетике.

Правило первое.

Если при скрещивании двух фенотипические одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков, то эти особи гетерозиготные.

Правило второе.

Если в результате скрещивания особей, отличающихся фенотипически по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по этой же паре признаков, то одна из родительских особей Гетерозигота, а другая – Гомозигота по рецессивному признаку.

Правило третье.

Если при скрещивании фенотипические одинаковых особей (по одной паре признаков) в первом поколении гибридов происходит расщепление признаков на три фенотипические группы в отношениях 1:2:1, то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготные.

Для успешного решения задач по генетике следует уметь выполнять некоторые несложные операции и использовать методические приемы, которые приводятся ниже:

1. Внимательно изучить условие задачи.

2.Определить тип задачи. Для этого необходимо выяснить, сколько пар признаков рассматривается в задаче, сколько пар генов кодирует эти признаки, а также число классов фенотипов, присутствующих в потомстве от скрещивания гетерозигот или при анализирующем скрещивании, и количественное соотношение этих классов. Кроме того, необходимо учитывать, связано ли наследование признака с половыми хромосомами, а также сцеплено или независимо наследуется пара признаков. Относительно последнего могут быть прямые указания в условии. Также, свидетельством о сцепленном наследовании может являться соотношение классов с разными фенотипами в потомстве.

3. Для облегчения решения можно записать схему скрещивания на черновике, отмечая фенотипы и генотипы особей, известных по условию задачи, а затем начать выполнение операций по выяснению неизвестных генотипов. Для удобства неизвестные гены на черновике можно обозначать значками *, _ или +.

Выяснение генотипов особей, неизвестных по условию, является основной методической операцией, необходимой для решения генетических задач. При этом решение всегда надо начинать с особей, несущих рецессивный признак, поскольку они гомозиготные и их генотип по этому признаку однозначен – аа.

Выяснение генотипа организма, несущего доминантный признак, является более сложной проблемой, потому что он может быть гомозиготным (АА) или гетерозиготным (Аа).

Гомозиготными (АА) являются представители «чистых линий», то есть такие организмы, все предки которых несли тот же признак. Гомозиготными являются также особи, оба родителя которых были гомозиготными по этому признаку, а также особи, в потомстве которых (F₁) не наблюдается расщепление.

Организм гетерозиготный (Аа), если один из его родителей или потомков несет рецессивный признак, или если в его потомстве наблюдается расщепление.

4. В некоторых задачах предлагается выяснить, доминантным или рецессивным является рассматриваемый признак. Следует учитывать, что доминантный признак во всех случаях, кроме неполного доминирования, проявляется у гетерозиготных особей. Его несут также фенотипические одинаковые родители, в потомстве которых встречаются особи, отличные от них по фенотипу. При моногенном наследовании доминантный признак всегда проявляется у потомства F₁ при скрещивании гомозиготных родителей (чистых линий) с разным фенотипом (исключение – неполное доминирование).

5. При определении возможных вариантов распределения генов в гаметах следует помнить, что каждая гамета содержит гаплоидный набор генов и что в нее попадает только один ген из каждой пары, определяющей развитие признака. Число возможных вариантов гамет равно 2n, где n – число рассматриваемых пар хромосом, содержащих гены в гетерозиготном состоянии.

6. Распространенной ошибкой при определении вариантов гамет является написание одинаковых типов гамет, то есть содержащих одни и те же сочетания генов. Для определения возможных типов гамет более целесообразным представляется запись генотипов в хромосомной форме. Это упрощает определение всех возможных вариантов сочетания генов в гаметах (особенно при полигибридном скрещивании). Кроме того, некоторые задачи невозможно решить без использования такой формы записи.

7. Сочетания гамет, а также соответствующие этим сочетаниям фенотипы потомства при дигибридном или полигибридном скрещивании равновероятны, и поэтому их удобно определять с помощью решетки Пеннета. По вертикали откладываются типы гамет, продуцируемых матерью, а по горизонтали – отцом. В точках пересечения вертикальных и горизонтальных линий записываются соответствующие сочетания генов. Обычно выполнение операций, связанных с использованием решетки Пеннета, не вызывает затруднений у учащихся. Следует учитывать только то, что гены одной аллельной пары надо писать рядом (например, ААВВ, а не АВАВ).

8. Конечным этапом решения является запись схемы скрещивания в соответствии с требованиями по оформлению, описанными ниже, а также максимально подробное изложение всего хода рассуждений по решению задачи с обязательным логическим обоснованием каждого вывода. Отсутствие объяснения даже очевидных, на первый взгляд, моментов может быть основанием для снижения оценки на экзамене.

Оформление задач по генетике

При оформлении задач необходимо уметь пользоваться символами, принятыми в традиционной генетике и приведенными ниже:

♀ — символ, обозначающий женский пол особи (символ Венеры – зеркальце с ручкой)

♂

символ, обозначающий мужской пол особи (символ Марса – копьё и щит).

×

знак скрещивания

P

перента – родительские организмы

F₁, F₂

филис – дети. Гибридное потомство , дочерние организмы первого и второго поколения

А, В, С…

гены, кодирующие доминантные признаки

а, b, с…

аллельные им гены, кодирующие рецессивные признаки

АА, ВВ, СС…

генотипы особей, моногомозиготных по доминантному признаку

Аа, Вb, Сс…

генотипы моногетерозиготных особей

аа, bb, сс…

генотипы рецессивных особей

АаВb, AaBbCc

генотипы ди — и тригетерозигот

А B, CD
a b  cd

генотипы дигетерозигот в хромосомной форме при независимом и сцепленном наследовании

 А ,  а ,  АВ ,  cd 

G- Гаметы А а ….

3. Примеры решения и оформления задач по теме «Моногибридное скрещивание»

1. Законы Г. Менделя имеют всеобщий характер для организмов:

А) размножающихся вегетативным способом

В) диплоидных организмов, размножающихся половым путём

С) для особей размножающихся партеногенезом

D) нет верного ответа

2.Каково соотношение фенотипов в F1 при скрещивании двух желтозёрных растений гороха (Аа)?

А) 1 : 1

В) 3 : 1

С) 1 : 1 : 1 : 1

Д) 9 : 3 : 3 : 1

3. Скрещивают две особи – одна гомозиготная по доминантному признаку (черный окрас), вторая – по рецессивному признаку (белый окрас). Какое потомство может получиться, если учесть, что гетерозиготные особи этого вида имеют фенотип идентичный с гомозиготными особями?

А) 55% белого окраса в первом поколении

В) 100% черного окраса в первом поколении

С) 75% черного окраса в первом поколении

D) 25% белого окраса в первом поколении

4. Определите генотип мохнатой морской свинки, гетерозиготной по этому признаку

А) ВС

В) Вв

С) вв

Д) вс

5. При скрещивании между собой чистопородных белых кур потомство оказывается белым, а при скрещивании черных кур – черным. Потомство от белой и черной особи оказывается пестрым. Какое оперение будет у потомков белого петуха и пестрой курицы?

6. Красная окраска ягоды земляники (А) неполно доминирует над белой, а нормальная чашечка (В) неполно доминирует над листовидной. Гены располагаются в разных хромосомах. Определите тип скрещивания, генотипы родителей, а также генотипы и фенотипы потомства, полученного от скрещивания растения земляники с Розовыми ягодами и промежуточной формой чашечки, с растением, имеющим красные ягоды и листовидную чашечку. Составьте схему решения задачи.

7. Ген черной масти у крупнорогатого скота доминирует над геном красной масти. Какое потомство F₁ получится от скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами? Какое потомство F₂ получится от скрещивания между собой гибридов?

Решение:

А – ген черной масти,
а – ген красной масти.

1. Красные коровы несут рецессивный признак, следовательно, они гомозиготные по рецессивному гену и их генотип – аа.

2. Бык несет доминантный признак черной масти и является чистопородным, т.е. гомозиготным. Следовательно, его генотип – АА.

3. Гомозиготные особи образуют один тип гамет, поэтому черный бык может продуцировать только гаметы, несущие доминантный ген А, а красные коровы несут только рецессивный ген а.

4. Они могут сочетаться только одним способом, в результате чего образуется единообразное поколение F₁ с генотипом Аа.

Гетерозигота с равной вероятностью формируют гаметы, содержащие гены А и а. Их слияние носит случайный характер, поэтому в F₂ будут встречаться животные с генотипами АА (25%), Аа (50%) и аа (25%), то есть особи с доминантным признаком будут составлять примерно 75%.

Ответ:

При скрещивании чистопородного черного быка с красными коровами все потомство будет черного цвета. При скрещивании между собой гибридов F₁ в их потомстве (F₂) будет наблюдаться расщепление: 3/4 особей будет черного цвета, 1/4 – красного.

8. Гладкая окраска арбузов наследуется как рецессивный признак. Какое потомство получится от скрещивания двух гетерозиготных растений с полосатыми плодами?

9. Определите генотипы родителей, если у матери имеется седая прядь волос надо лбом, а у отца – нет; из двух детей в семье, один имеет седую прядь, а другой – нет.

Решение:

Дано:

А – наличие седой пряди

А – отсутствие седой пряди

Определите генотипы родителей.

Один ребенок не имеет седой пряди – значит, он должен быть гомозиготным по рецессивному признаку – аа; точно такой же генотип (аа) будет иметь и его отец.

Мать гетерозиготна, так как один ее ребенок имеет седую прядь, а другой – не имеет.

Р ♀ Аа х ♂ а

G

F₁ — есть седая прядь, нет седой пряди.

10. Определите генотипы и фенотипы потомства от брака кареглазых гетерозиготных родителей.

Решение:

Дано:

А – карие глаза

а – голубые глаза

Определить F₁-?

Гетерозиготные кареглазые родители Аа

Р ♀ Аа х ♂ Аа

G

F₁ АА, Аа, Аа аа

карие 3 голубые 1

происходит расщепление признаков, согласно второму закону Менделя:

по фенотипу 3:1

по генотипу 1: 2: 1

4. Неполное доминирование. Анализирующее скрещивание.

Задача 1.

Куры с белым оперением при скрещивании между собой всегда дают белое потомство, а куры с черным оперением – черное. Потомство от скрещивания белой и черной особей оказывается голубым. Какая часть потомства от скрещивания голубых петуха и курицы будет с голубым оперением?

Решение:

Дано:

А – черное оперение

а – белое оперение

АА – черная курица

аа — белый петух

Аа – генотип голубых курицы и петуха

Количество Аа в F_{2 —} ?

Р ♀ АА х ♂ аа

G

Р ♀ АА х ♂ аа

F₁ Аа Аа

гол. гол.

G

F₂

_{АА, Аа, Аа, аа}

черн. гол. гол. бел.

Соотношение по генотипу 1 АА: 2 Аа: 1аа

Соотношение по фенотипу 1 черн.: 2 гол.: 1 бел.

Ответ: половина потомства будут иметь голубое оперение.

Задача 2.

У мышей гены окраски шерсти и длины хвоста не сцеплены. Длинный хвост (В) развивается только у гомозигот, короткий хвост развивается у гетерозигот. Рецессивные гены, определяющие длину хвоста, в гомозиготном состоянии вызывают гибель эмбрионов. При скрещивании самок мышей с чёрной шерстью, коротким хвостом и самца с белой шерстью, длинным хвостом получено50% особей с чёрной шерстью и длинным хвостом, 50% – с чёрной шерстью и коротким хвостом. Во втором случае скрестили полученную самку с чёрной шерстью, коротким хвостом и самца с белой шерстью, коротким хвостом. Составьте схему решения задачи. определите генотипы родителей, генотипы и фенотипы потомства в двух скрещиваниях, соотношение фенотипов во втором скрещивании. Объясните, причину полученного фенотипического расщепления во втором скрещивании.

Задача 3.

Скрещивали растения земляники усатые белоплодные с растениями безусыми красноплодными (В), все гибриды получились усатые розовоплодные. При анализирующем скрещивании гибридовF1 в потомстве произошло фенотипическое расщепление. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родительских особей, гибридов первого поколения, а также генотипы и фенотипы потомства при анализирующем скрещивании(F2). Определите характер наследования признака окраски плода. Какие законы наследственности проявляются в данных случаях?

5. Дигибридное, полигибридное скрещивание

Дигибридным называется скрещивание, при котором рассматривается наследование двух альтернативных признаков, кодируемых генами, расположенными в разных парах гомологичных хромосом.

Согласно третьему закону Менделя, при дигибридном скрещивании наследование обоих признаков осуществляется независимо друг от друга, а в потомстве дигетерозигот наблюдается расщепление по фенотипу в пропорции 9:3:3:1 (9 А*В*, 3 ааВ*, 3 А*bb, 1 ааbb, где * в данном случае обозначает, что ген может находиться либо в доминантном, либо в рецессивном состоянии). По генотипу расщепление будет осуществляться в соотношении 4:2:2:2:2:1:1:1:1 (4 АаВb, 2 ААВb, 2 АаВВ, 2 Ааbb, 2 ааВb, 1 ААbb, 1 ААВВ, 1 ааВВ, 1 ааbb).

Для определения фенотипов и генотипов потомства при дигибридном скрещивании удобно пользоваться решеткой Пеннета, для построения которой по вертикальной оси следует отметить гаметы одного родительского организма, а по горизонтальной – другого. В месте пересечения вертикалей и горизонталей записываются генотипы дочерних организмов.

Решетка Пеннета

А – желтая окраска семян (ж),
а – зеленая окраска семян (з),
В – гладкая поверхность семян (г),
b – морщинистая поверхность семян (м).

  AB 

  Ab 

  aB 

  ab 

♀

 AB

AABB
ж. г.

AABb
ж. г.

AaBB
ж. г.

AaBb
ж. г.

 Ab

AABb
ж. г.

Aabb
ж. м.

AaBb
ж. г.

Aabb
ж. м.

 aB

AaBB
ж. г.

AaBb
ж. г.

aaBB
з. г.

aaBb
з. г.

 ab

AaBb
ж. г.

Aabb
з. м.

aaBb
з. г.

aabb
з. м.

9 A*B* – желтая гладкая
3 A*bb – желтая морщинистая
3 ааB* – зеленая гладкая
1 aabb – зеленая морщинистая

Тот факт, что признаки наследуются независимо друг от друга, значительно упрощает решение задач на Дигибридное скрещивание. Оно сводится к тому, чтобы абстрагироваться от второго признака и два раза решить задачу на моногибридное скрещивание.

Задача 1. Бурый хохлатый петух скрещен с черной курицей без хохла, в потомстве половина цыплят черных хохлатых и половина бурых хохлатых. Во втором скрещивании фенотипических таких же родительских особей все потомство получилось черное хохлатое. Составьте схемы скрещивания. Какие законы проявляются в данных скрещиваниях?

Задача 2. У фигурной тыквы белая окраска плодов доминирует над жёлтой, дисковидная форма – над шаровидной. Как будут выглядеть гибриды от скрещивания гомозиготной жёлтой шаровидной тыквы и жёлтой дисковидной (гетерозиготной по второй аллели).

Задача 3. У томатов красный цвет плодов доминирует над жёлтым цветом,

нормальный рост — над карликовым ростом. Какими будут гибриды от скрещивания гомозиготных жёлтых томатов нормального роста и жёлтых карликов?

Задача 4. Мужчина правша женился на кареглазой женщине правше. У них родились два мальчика: кареглазый левша и голубоглазый левша. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и потомства и вероятность рождения в этой семье голубоглазого правши, если голубоглазость – рецессивный признак. Признаки не сцеплены.

Задача 5. Напишите возможные генотипы и фенотипы детей, если известно, что у отца – вьющиеся волосы и веснушки (как у всех его предков), а у матери – прямые и нет веснушек.

Решение:

Дано:

А – вьющиеся волосы

а — прямые волосы

В – веснушки

в – веснушки отсутствуют

F_{1 —} ?

Генотип отца – ААВВ;

генотип матери – аавв.

Р ♀ аавв х ♂ ААВВ

G

F₁ АаВв

Ответ: все дети будут с вьющимися волосами и веснушками.

Задача 6. Единственный ребенок близоруких кареглазых родителей имеет голубые глаза и нормальное зрение.

Определить:

а) генотипы всех трех членов семьи;

б) рождение каких детей можно ожидать в этой семье.

Решение:

а) Дано:

А – карие глаза

а – голубые глаза

В – близорукость

в – нормальное зрение

Определить генотипы Р и F₁

Генотип ребенка – аавв

По генотипу ребенка определяем гаметы, которые он мог получить от матери и отца.

F₁ аавв – ребенок с голубыми глазами и нормальным зрением

G ав ав

от одного от другого

родителя родителя

Гаметы, несущие рецессивные признаки, должны быть в генотипе обоих родителей, значит, их генотипы АаВв.

Б) Дано:

А – карие глаза

а – голубые глаза

В – близорукость

в – нормальное зрение

Р ♀, ♂ АаВв

Кареглазые, близорукие

Р ♀ АаВв х ♂ АаВв

G АВ, Ав, аВ, ав, АВ, Ав, аВ, ав.

Находим F₁: строим решетку Пеннета

АaВв к.б.

Ав

AABв к.б.

Aавв к.н.

AaBв к.б.

Aaвв к.н.

аВ

AaBBк.б.

AaBв к.б.

aaBB г.б.

aaBв г.б.

ав

AaBв к.б.

Aaвв к.н.

АаВв г.б.

Аавв

3.АаВВ – карегл. близорук.

4. АаВв – карегл. близорук.

6. Аавв — карегл. норм. 2

Ответ: генотипов – 9; фенотипов – 4 (кареглазых близоруких, кареглазых нормальных, голубоглазых нормальных, голубоглазых близоруких).

Количество по фенотипу:

кареглазых близоруких – 9/16

кареглазых нормальных – 3/16

голубоглазых близоруких – 3/16

голубоглазых нормальных – 1/ 16

Задача 7.У родителей со свободной мочкой уха и треугольной ямкой на подбородке ро­дился ребёнок со сросшейся мочкой уха и гладким подбородком. Определите генотипы родителей, первого ребенка, фенотипы и генотипы других возможных потомков. Составьте схему решения задачи. Признаки наследуются независимо.

Задача 8.

У человека глаукома наследуется как аутосомно-рецессивный признак (а), а синдром Марфана, сопровождающийся аномалией в развитии соединительной ткани, – как аутосомно-доминантный признак (В). Гены находятся в разных парах Аутосомы. Один из супругов страдает глаукомой и не имел в роду предков с синдромом Марфана, а второй дигетерозиготен по данным признакам. Определите генотипы родителей, возможные генотипы и фенотипы детей, вероятность рождения здорового ребёнка. Составьте схему решения. Какие законы наследственности проявляются.

Так же, как и в случае дигибридного скрещивания, решение задач по выяснению фенотипов и определению вероятности рождения потомков с теми или иными признаками можно значительно облегчить, если последовательно рассматривать наследование каждого отдельного признака, абстрагировавшись от остальных.

Задача 9

Написать типы гамет, образующихся у организма с генотипом АаВbСс. Гены А, В и С наследуются независимо.

Решение

Для написания вариантов гамет лучше использовать запись в хромосомной форме, тогда можно мысленно последовательно вращать хромосомы относительно друг друга и после этого записывать гены, попавшие в верхнюю и нижнюю часть. Все эти операции осуществляются мысленно, записывается только конечный результат.

б)

a
A

В
b

С
c

 aBC

в)

А
a

b
B

С
c

 AbC

г)

А
a

B
b

c
C

 ABc

 abc

 Abc

 aBc

 abC

Ответ:

Тригетерозигот АаВbСс будет образовывать 8 типов гамет: АВС, аbс, аВС, Аbс, АbС, аВс, АВс и аbС.

6. Наследование по типу множественных аллелей

По такому типу осуществляется, например, наследование групп крови системы АВ0. Наличие той или иной группы крови определяется парой генов (точнее, локусов), каждый из которых может находиться в трех состояниях (J^A, J^B или j⁰). Генотипы и фенотипы лиц с разными группами крови приведены в таблице 1.

Таблица 1. Наследование групп крови системы АB0

II (A)

J^AJ^A, J^AJ⁰

III (B)

J^BJ^B, J^BJ⁰

IV (AB)

J^AJ^B

Задача 1.

У мальчика I группа, у его сестры – IV. Что можно сказать о группах крови их родителей?

Решение

1. Генотип мальчика – j⁰j⁰, следовательно, каждый из его родителей несет ген j⁰.

2. Генотип его сестры – J^AJ^B, значит, один из ее родителей несет ген J^A, и его генотип – J^Aj⁰ (II группа), а другой родитель имеет ген J^B, и его генотип J^Bj⁰ (III группа крови).

Ответ:

У родителей II и III группы крови.

Задача 2.

У отца IV группа крови, у матери – I. Может ли ребенок унаследовать группу крови своего отца?

Задача 3.

Родители имеют II и III группы крови. Какие группы следует ожидать у потомства?

Задача 4. Женщина с III группой крови возбудила дело о взыскании алиментов с мужчины, имеющего I группу, утверждая, что он отец ребенка. У ребенка I группа. Какое решение должен вынести суд?

Решение

1. Генотип женщины – J^BJ^B или J^Bj⁰.

2. Генотип мужчины – j⁰j⁰.

В этом случае возможны два варианта:

×

♂j⁰j⁰
I группа

или

♀J^Bj⁰
III группа

×

♂j⁰j⁰
I группа

гаметы  

F₁

J^Bj⁰
III группа

J^Bj⁰
III группа

j⁰j⁰
I группа

Ответ:

Суд вынесет следующее решение: мужчина может быть отцом ребенка, так же, как и любой другой человек с такой же группой крови.

Задача 5. У кроликов аллели дикой окраски С, гималайской окраски С’ и альбинизма С» составляют серию множественных аллелей, доминирующих в нисходящем порядке (т.е. аллель С доминирует над двумя другими, а аллель С’ доминирует над аллелем С»). Какие следует провести скрещивания, чтобы определить генотип кролика с диким видом окраски?

Ответ: 1 вариант

CC»
дикая окраска
100%

2 вариант

CC»
дикая окраска
50%

C’C»
гималайская окраска
50%

3 вариант

CC»
дикая окраска
50%

C’C»
альбинос
50%

Задача 6.

У кроликов аллели дикой окраски С, гималайской окраски С’ и альбинизма С» составляют серию множественных аллелей, доминирующих в нисходящем порядке (т.е. аллель С доминирует над двумя другими, а аллель С’ доминирует над аллелем С»). При скрещивании двух гималайских кроликов получено потомство, 3/4 которого составляли гималайские кролики и 1/4 – кролики-альбиносы. Определить генотипы родителей.

Ответ: Генотип родителей – C’C».

7. Комбинированные задачи.

Задача 1.

У человека ген карих глаз доминирует над голубым цветом глаз (А), а ген цветовой слепоты рецессивный (дальтонизм – d) и сцеплен с Х-хромосомой. Кареглазая женщина с нормальным зрением, отец которой имел голубые глаза и страдал цветовой слепотой, выходит замуж за голубоглазого мужчину с нормальным зрением. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и возможного потомства, вероятность рождения в этой семье детей-дальтоников с карими глазами и их пол.

Задача 2.

Аллельные гены, отвечающие за наследование короткой (А) и длинной шерсти у кошек, расположены в аутосомах. Ген окраски шерсти сцеплен с Х-хромосомой: ХB– чёрная окраска; Хb– рыжая окраска; гетерозиготные особи имеют черепаховую окраску. Гомогаметным полом у кошек являются самки. От скрещивания короткошёрстной черепаховой кошки с длинношёрстным чёрным котом родились котята: короткошёрстная чёрная самка и длинношёрстный рыжий самец. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родительских особей, генотипы и фенотипы возможного потомства. Какие законы наследственности проявляются в этих скрещиваниях.

Задача 3.

У канареек наличие хохолка – аутосомный ген, ген окраски оперения сцеплен с Х-хромосомой. Гетерогаметным у птиц является женский пол. Хохлатую коричневую самку канарейки скрестили с хохлатым(А) зелёным (B) самцом, в результате получилось потомство: хохлатые коричневые самцы, самцы без хохолка коричневые, хохлатые зелёные самки, самки без хохолка коричневые. Получившихся самцов без хохолка коричневых скрестили с получившимися гетерозиготными хохлатыми зелёными самками. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родительских особей, генотипы и фенотипы потомства. Какие законы наследственности проявляются в данном случае? Ответ обоснуйте.

Задача 4.

Форма крыльев у дрозофилы – аутосомный ген, ген окраски глаз находится в Х-хромосоме. Гетерогаметным у дрозофилы является мужской пол. При скрещивании самок дрозофил с нормальными крыльями, красными глазами и самцов с редуцированными крыльями, белыми глазами всё потомство имело нормальные крылья и красные глаза. Получившихся в F1 самцов скрещивали с исходной родительской самкой. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы и фенотипы родителей и потомства в двух скрещиваниях. Какие законы наследственности проявляются в двух скрещиваниях?

Задача 5.

У человека наследование альбинизма не сцеплено с полом (А — наличие ме­ланина в клетках кожи, а — отсутствие меланина в клетках кожи — аль­бинизм), а гемофилии — сцеплено с полом (Х^н — нормальная свёртывае­мость крови, X^h — гемофилия). Определите генотипы родителей, а также возможные генотипы, пол и фенотипы детей от брака дигомозиготной нор­мальной по обеим аллелям женщины и мужчины-альбиноса, больного гемо­филией. Составьте схему решения задачи.

Задача 6.

У крупного рогатого скота ген комолости доминирует над геном рогатости, а чалая окраска шерсти формируется как промежуточный признак при скрещивании белых и рыжих животных. Определите вероятность рождения телят, похожими на родителей от скрещивания гетерозиготного комолого чалого быка с белой рогатой коровой.

Задача 7.

В одной семье у кареглазых родителей родилось 4 детей: двое голубоглазых с 1 и 4 группами крови, двое – кареглазых со 2 и 4 группами крови. Определите вероятность рождения следующего ребенка кареглазым с 1 группой крови.

Задача 8. У канареек сцепленный с полом доминантный ген определяет зеленую окраску оперения, а рецессивный – коричневую окраску. Наличие хохолка зависит от аутосомного доминантного гена, его отсутствие – от аутосомного рецессивного гена. Оба родителя зеленого цвета с хохолками. У них появились 2 птенца: зеленый самец с хохолком и коричневая без хохолка самка. Определите генотипы родителей.

8. Задачи по теме «Сцепленное наследование (кроссинговер)»

Задача 1.

У кукурузы рецессивный ген «укороченные междоузлия» (b) находится в одной хромосоме с рецессивным геном «зачаточная метёлка» (v). При проведении анализирующего скрещивания растения, имеющего нормальные междоузлия и нормальную метёлку, всё потомство было фенотипически сходным с одним из родителей. При скрещивании полученных гибридов между собой в потомстве 75% растений оказалось с нормальными междоузлиями и нормальными метёлками, а25% растений– с укороченными междоузлиями и зачаточной метёлкой. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и потомства в двух скрещиваниях. Объясните полученные результаты. Какой закон наследственности проявляется во втором случае?

Задача 2.

Дигетерозиготное растение гороха с гладкими семенами и усиками скрестили с растением с морщинистыми семенами без усиков. Известно, что оба доми­нантных гена (гладкие семена и наличие усиков) локализованы в одной хро­мосоме, кроссинговера не происходит. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей, фенотипы и генотипы потомства, соотноше­ние особей с разными генотипами и фенотипами. Какой закон при этом про­является?

Задача 3. У кукурузы доминантные гены коричневой окраски (А) и гладкой формы (В) семян сцеплены друг с другом и находятся в одной хромосоме, рецессивные гены белой окраски и морщинистой формы семян также сцеплены. При скре­щивании растений с коричневыми гладкими семенами с растениями с белой окраской и морщинистыми семенами было получено 4002 коричневых глад­ких семени и 3998 белых морщинистых семян, а также 305 белых гладких и 300 коричневых морщинистых семян кукурузы. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родительских растений кукурузы и её потом­ства. Обоснуйте появление двух групп особей с отличными от родителей при­знаками.

Задача 4.

Скрестили самцов мух дрозофил с серым телом и нормальными крыльями с самками с чёрным телом и укороченными крыльями. В первом поколении все особи были единообразными с серым телом и нормальными крыльями. При скрещивании полученных гибридов между собой появилось 75% особей с серым телом и нормальными крыльями и 25% с чёрным телом и укоро­ченными крыльями. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и потомства F₁ и F₂. Объясните характер наследования признаков.

Задача 5.

Скрестили дигетерозиготных самцов мух дрозофил с серым телом и нормаль­ными крыльями (признаки доминантные) с самками с чёрным телом и уко­роченными крыльями (рецессивные признаки). Составьте схему решения за­дачи. Определите генотипы родителей, а также возможные генотипы и фе­нотипы потомства F_1, если доминантные и рецессивные гены данных признаков попарно сцеплены, а кроссинговера при образовании половых кле­ток не происходит. Объясните полученные результаты.

9. Задачи из демонстрационных материалов ЕГЭ

Задача 1.

Определите частоту (процентное соотношение) и типы гамет у дигетерозиготной особи, если известно, что гены А и В сцеплены и расстояние между ними 20 Морганид.

Задача 2.

У томатов высокий рост доминирует над карликовым, шаровидная форма плодов – над грушевидной. Гены, ответственные за эти признаки, находятся в сцепленном состоянии на расстоянии 5,8 Морганид. Скрестили дигетерозиготное растение и карликовое с грушевидными плодами. Каким будет потомство.

Задача 3.

Скрещены две линии мышей: в одной из них животные с извитой шерстью нормальной длины, а в другой – с длинной и прямой. Гибриды первого поколения были с прямой шерстью нормальной длины. В анализирующем скрещивании гибридов первого поколения получено: 11 мышей с нормальной прямой шерстью, 89 – с нормальной извитой, 12 – с длинной извитой, 88 – с длинной прямой. Расположите гены в хромосомах.

10. Задачи на анализ родословной.

Задача 1.

По родословной человека, представленной на рисунке, установите характер наследования признака «маленькие глаза», выделенного чёрным цветом (до­минантный или рецессивный, сцеплен или не сцеплен с полом). Определите генотипы родителей и потомков F_x (1, 2, 3, 4, 5).

Задача 2.

По изображённой на рисунке родословной установите характер проявления признака (доминантный или рецессивный), обозначенного чёрным цветом. Определите генотипы детей первого (1) и второго (2) поколения

Задача 3.

По родословной, представленной на рисунке, установите характер наследования признака, выделенного черным цветом (доминантный или рецессивный, сцеплен или не сцеплен с полом), генотипы детей в первом и во втором поколении. Укажите, кто из них является носителем гена, признак которого выделен черным цветом.

Наличие летальных генов, расположенных в Х-хромосомах, может изменять соотношение полов и распределение признаков, кодируемых этими генами у потомства.

Задача 1.

У дрозофилы ген i является рецессивным, сцепленным с Х-хромосомой, и летальным. Каково будет соотношение полов в потомстве от скрещивания гетерозиготной по этому гену самки с нормальным самцом?

Решение

1. Генотип самки – Х^IХⁱ по условию задачи.

2. Генотип самца – Х^IY. Если бы самец нес летальный ген i, то он проявился бы у него.

Схема скрещивания

×

♂Х^IY
здоров

гаметы  

F₁

Х^IХⁱ
 носитель 
25%

Х^IХ^I
 здоров 
25%

Х^IY
 здоров 
25%

ХⁱY
 умер 
25%

Ответ:

В потомстве следует ожидать соотношения полов 2:1 (75% самок и 25% самцов), так как 25% особей (половина самцов) погибнет от действия летального гена.

Задача 2.

У кур, сцепленный с полом, ген k обладает в рецессивном состоянии летальным действием, вызывающим гибель цыплят до вылупления. Самец, гетерозиготный по летальному гену, от скрещивания с нормальными курами дал 120 цыплят. Какая часть потомства будет являться самцами, а какая – самками? У кур Гетерогаметным (ZW) является женский пол.

Ответ: среди вылупившихся птенцов будет 2/3 петушков (80 штук) и 1/3 курочек (40 штук).

12.Одновременное наследование признаков, расположенных в соматических и половых хромосомах

Отличие этих задач от задач на ди- и полигибридное скрещивание в том, что при их решении также следует учитывать особенности наследования признаков, сцепленных с полом. Гены, локализованные в половых хромосомах, обозначаются соответствующими индексами около символов Х и Y, а гены соматических хромосом – строчными и заглавными латинскими буквами.

Задача 1.

Ген доминантного признака шестипалости (А) локализован в аутосоме. Ген рецессивного признака дальтонизма (d) расположен в Х-хромосоме. От брака шестипалого мужчины-дальтоника и здоровой женщины родился шестипалый сын-дальтоник и здоровая дочь. Каковы генотипы родителей и детей?

Решение

1. Женщина имеет нормальную кисть, следовательно, ее генотип по признаку шестипалости – аа. У нее нормальное зрение (Х^D), но ее сын – дальтоник (Х-хромосому он получил от матери). Поэтому генотип женщины – ааХ^DХ^d.

2. У мужчины шестипалая кисть, значит, он несет ген А, но его дочь здорова (аа), поэтому генотип мужчины по признаку шестипалости – Аа. Мужчина страдает дальтонизмом, то есть несет рецессивный ген d в своей единственной Х-хромосоме. Генотип мужчины – АаХ^dY.

3. Подобным образом по генотипам родителей можно определить генотипы детей: дочь – ааХ^DХ^d, сын – АаХ^dY.

Схема брака

А – шестипалость, а – нормальная кисть, D – нормальное зрение, d – дальтонизм.

♀aaX^DX^d
норм. кисть, носитель

×

♂AaX^dY
шестипалый, дальтоник

гаметы  

  aX^D    aX^d

  AX^d    aX^d    AY    aY

F₁

AaX^DX^d
шестипалый,  
носитель

aaX^DX^d
норм. кисть,  
носитель

AaX^dX^d
шестипалый,  
дальтоник

aaX^dX^d
норм. кисть,
дальтоник

AaX^DY
шестипалый,  
здоровый

aaX^DY
норм. кисть,  
здоровый

AaX^dY
шестипалый,  
дальтоник

aaX^dY
норм. кисть,  
дальтоник

Ответ:

Генотип матери – ааХ^DХ^d, отца – АаХ^dY, дочери – ааХ^DХ^d, сына – АаХ^dY.

Задача 2.

Гемофилия – рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой. Альбинизм – рецессивный аутосомный признак. У супружеской пары, нормальной по этим признакам, родился ребенок с обеими аномалиями. Какова вероятность рождения в этой семье здорового ребенка?

Ответ: Вероятность рождения в этой семье здорового ребенка – 9/16.

Задача 3.

Гипертрихоз (повышенная волосатость ушной раковины) передается через Y-хромосому. Полидактилия – доминантный аутосомный признак. В семье, где отец страдал гипертрихозом, а мать – полидактилией, родилась нормальная дочь. Какова вероятность рождения в этой же семье ребенка с обеими аномалиями?

Ответ: 25% (половина мальчиков будет страдать гипертрихозом и полидактилией).

Задача 4.

У дрозофилы имеются две пары альтернативных признаков: серая и желтая окраска тела, нормальная и зачаточная форма крыльев. Скрещивается гомозиготная самка с желтым телом и нормальными крыльями с гомозиготным самцом, имеющим серое тело и зачаточные крылья. Все самки получаются серыми с нормальными крыльями, а все самцы – желтыми с зачаточными крыльями. Какой признак сцеплен с полом, а какой нет? Какие признаки доминируют?

Ответ: С Х-хромосомой сцеплен признак окраски тела (А – желтая, а – белая). Доминантный ген признака нормальной формы крыльев и рецессивный ген зачаточной формы крыльев локализованы в аутосомах.

Список литературы:

Багоцкий С.В. Крутые задачи по генетике /журнал Биология для школьников №4 – 2005.

Башурова Т.И. Сказочные задачи по генетике/журнал Биология: 1 сентября № 8 — 2012.

Бутвиловский В.Э., Р.Г. Заяц, В.В. Давыдов «Биология. Полный курс подготовки к ЕГЭ»,2017.

Жданов Н. В. Решение задач при изучении темы «Генетика популяций». –

Кириленко А.А. «Сборник задач по генетике (базовый, высокий, повышенный), Ростов на Дону, 2012.

Кириленко А.А., Колесников С.И. «Подготовка к ЕГЭ» 2015.

Кириленко А.А., Колесников С.И., Е.В. Давыдов «Биология. Подготовка к ОГЭ -2016, 9 класс».

Лернер Г.И. «Биология. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ».

Муртазин Г. М. Задачи и упражнения по общей биологии. – М., 1981.

Прилежаева Л.Г., Воронина Г.А. «Биология. (50 тренировочных вариантов экзаменационных работ по подготовке к ЕГЭ) – 2017».

http://www.ege.edu.ru/

http://www.fipi.ru/

Источники иллюстраций:

Тыква http://mojmirok.ucoz.ru/

Кролик http://www.artlib.ru/

Куры http://www.dolonki.com.ua/

Земляника http://www.wpclipart.com/

Горошек http://www.abc-color.com/

Дрозофила http://www2.iib.uam.es/

Канарейка http://www.zooschool.ru/

Гребни у кур ejonok.ru

Корова http://www.coollady.ru/

«Навигатор ЕГЭ». Биология

Решение проблем в генетике: подсказки по содержанию могут помочь

Реферат

Решение проблем — неотъемлемая часть естественнонаучных дисциплин, но студентам многих дисциплин сложно учиться. Мы исследовали успехи учащихся в решении генетических задач в нескольких областях содержания генетики, используя наборы из трех последовательных вопросов для каждой области содержания. Чтобы способствовать совершенствованию, мы предоставили учащимся возможность выбрать подсказку, ориентированную на содержание, называемую «подсказкой по содержанию», во время второго или третьего вопроса в каждой области содержания.В целом, для студентов, которые неправильно ответили на первый вопрос в области содержания, подсказки по содержанию помогли им решить дополнительные проблемы с соответствием содержания. Мы также изучили описания учащимися решения своих проблем и обнаружили, что учащиеся, которые улучшились после подсказки, обычно использовали содержание подсказки для точного решения проблемы. Учащиеся, которые не улучшили свои знания после получения подсказки по содержанию, продемонстрировали множество ошибок и упущений, связанных с содержанием. В целом, окончательный успех в практическом задании (по последнему вопросу каждой темы) предсказывал успех по согласованным по содержанию вопросам заключительного экзамена, независимо от начальных результатов практики или начальных знаний по генетике.Наши результаты показывают, что некоторые учащиеся, испытывающие трудности, могут иметь дефицит определенных знаний по генетике, которые, если их исправить, позволяют учащимся успешно решать сложные генетические проблемы.

ВВЕДЕНИЕ

В литературе решение проблем определяется как участие в процессе принятия решений, ведущем к цели, в которой ход мысли, необходимый для решения проблемы, не определен (Novick and Bassok, 2005; Bassok and Novick , 2012; Национальный исследовательский совет, 2012; Прево, Лимоны, 2016).Обширные исследования показывают, что студентам трудно научиться решать сложные задачи по многим дисциплинам. Например, по биологии и химии студенты часто пропускают важную информацию или неправильно вспоминают информацию и / или неправильно применяют информацию к проблеме (Smith and Good, 1984; Smith, 1988; Prevost and Lemons, 2016). Кроме того, во многих дисциплинах исследователи обнаружили, что при решении проблем эксперты используют иные процедурные процессы, чем неспециалисты (Chi et al., 1981; Смит и Гуд, 1984; Smith et al. , 2013). В то время как студенты часто определяют проблемы на основе поверхностных характеристик, таких как тип организма, обсуждаемого в проблеме, эксперты определяют основные концепции, а затем связывают концепцию со стратегиями решения такой проблемы (Chi et al. , 1981; Smith and Good, 1984; Smith et al. , 2013). Эксперты также часто проверяют свою работу и решения проблем чаще, чем неспециалисты (Smith and Good, 1984; Smith, 1988).Учитывая трудности, с которыми студенты сталкиваются при решении проблем, и ценность таких навыков для их будущей карьеры, очевидно, что преподаватели бакалавриата должны помогать студентам в развитии навыков решения проблем (American Association for the Advancement of Science, 2011; National Research Council , 2012).

Два вида знаний описаны в литературе как важные для решения проблем: специфические для предметной области и общие для предметной области. Знания, специфичные для предметной области, — это знания о конкретной области, включая содержание (декларативные знания), процедурные процессы, используемые для решения проблем (процедурные знания), и то, как применять контент и процессы при решении проблем (условные знания; Александр и Джуди, 1988 г. ).Общие знания предметной области — это знания, которые можно использовать во многих контекстах (Alexander and Judy, 1988; Prevost and Lemons, 2016). Третья категория, стратегические знания, определяется как знания о стратегиях решения проблем, которые могут быть предметными или общими (Chi, 1981; Alexander and Judy, 1988). Исследования показывают, что знание предметной области необходимо, но может быть недостаточно для применения стратегических знаний для решения проблем (Alexander and Judy, 1988; Alexander et al., 1989). Таким образом, для того, чтобы помочь студентам научиться решать проблемы, скорее всего, потребуется научить их, как активировать свои знания о содержании, применять их к проблеме и логически продумывать процедуру решения проблем.

Предыдущие исследования показывают, что получение помощи в различных формах, включая подсказки на основе процедур (Mevarech and Amrany, 2008), сочетание нескольких подсказок, основанных на содержании и процедурах (Pol et al. , 2008), и модели (Stull et al., 2012), могут быть полезны для обучения. Неудивительно, что доступ к соответствующим предшествующим знаниям положительно влияет на производительность (Dooling and Lachman, 1971; Bransford and Johnson, 1972; Gick and Holyoak, 1980). Например, в генетике успешные решатели проблем часто обнаруживают сходство между проблемами, тогда как неудачные решатели проблем — нет (Smith, 1988). Предыдущие исследования также показывают, что получение процедурных указаний может быть полезно для обучения.В исследовании, в котором студентов просили изучить различные проблемы с соответствующими решениями, побуждение студентов рассмотреть ранее рассмотренные проблемы помогло большинству студентов впоследствии решить сложную проблему (Gick and Holyoak, 1980). В другом исследовании, когда студенты получали руководство, которое включало определение сходства с другими проблемами, а также другие процедурные навыки, такие как планирование и проверка своей работы, они были лучше способны решать последующие проблемы, чем в отсутствие такого руководства (Mevarech and Amrany, 2008 г.).Однако, хотя доступ к предыдущим знаниям важен, также важно, чтобы учащиеся понимали, как применить свои предыдущие знания к данной проблеме (Bransford and Johnson, 1972). Таким образом, хотя учащиеся могут осознавать, что им нужна дополнительная информация для решения проблемы, если они не могут понять эту информацию в контексте данной проблемы, эта информация вряд ли будет полезной.

Студентам, помимо знаний, нужна практика. В области психологии во многих исследованиях изучалась связь между практикой и производительностью.Завершение практического теста приводит к более высокой успеваемости на последующем итоговом тесте по сравнению с другими условиями, в которых учащиеся не проверяют себя, такими как изучение или завершение несвязанного или никакого задания (например, Roediger and Karpicke, 2006; Adesope et al. ). , 2017). В метаанализе этот эффект, названный «эффектом тестирования», был обнаружен независимо от того, была ли предоставлена ​​обратная связь и независимо от времени между практическим тестом и финальным тестом (Adesope et al., 2017). Преимущества практического тестирования на более позднюю успеваемость могут проявляться не только при использовании тех же вопросов (удержание), но также когда студентов просят передать информацию на неидентичные вопросы, включая вопросы, требующие применения концепций. В одном из немногих исследований, посвященных эффекту тестирования с использованием вопросов для перевода, студенты, которые прошли практические тесты, лучше справились с вопросами перевода в итоговом тесте как по фактам (то есть по одному факту в предложении), так и по концептуальным (т.е., связная идея в нескольких предложениях), чем те, кто изучал, но не проходил практические тесты (Butler, 2010). Это исследование также показало, что те, кто хорошо справился с практическими тестами, с большей вероятностью справились с ними, чем те, кто плохо справился с практическими тестами через 1 неделю после практики на последующем заключительном тесте, который включал концептуальные вопросы, требующие применения (Butler, 2010) .

В данном исследовании мы сосредоточились на том, могут ли учащиеся, неправильно решающие задачу, применять полученные знания в качестве подсказки для правильного решения последующих генетических задач.Мы отвечаем на следующие вопросы: 1) Помогает ли предоставление единой подсказки, ориентированной на содержание, студентам ответить на аналогичные вопросы во время последующей практики, и помогает ли эта практика на последующих экзаменах? 2) Если учащиеся не могут применить подсказки по содержанию, какие ошибки и упущения в содержании приводят к тому, что они продолжают отвечать неправильно?

МЕТОДЫ

Участники

Мы пригласили студентов, зачисленных на начальный курс бакалавриата по генетике для специальностей биология (всего 416 студентов в курсе) в четырехлетнем учебном заведении весной 2017 года, чтобы выполнить каждое из двух практических заданий, содержащих содержание связанные с курсовыми экзаменами.Первое практическое задание было сдано непосредственно перед единичным экзаменом, а второе задание — либо непосредственно перед следующим единичным экзаменом, либо после этого экзамена в рамках подготовки к итоговому кумулятивному экзамену (временная шкала см. На дополнительном рисунке S1). Каждое задание предлагалось онлайн (с использованием платформы для проведения опросов Qualtrics) с получением до 6 дополнительных баллов (всего 650 баллов за курс). Студенты получили 4 балла за ответы на вопрос с объяснением их процесса решения проблем и дополнительные 2 балла, если они ответили правильно.Практические задания объявлялись в классе и по электронной почте, при этом предлагалось выполнить задание в качестве подготовки к предстоящему экзамену. У студентов была возможность дать согласие на использование их ответов в исследовательских целях, и все студенты, выполнившие задание, получали зачет независимо от их согласия.

Показатели эффективности курса

Студентам курса была предоставлена ​​возможность пройти Оценку концепции генетики (GCA; Smith et al. , 2008) онлайн в начале семестра (в течение первой недели занятий) для участия дополнительный кредит.25 вопросов GCA затрагивают восемь из 11 учебных целей, изложенных в этом курсе. Первоначальная производительность на GCA указывается как предварительное испытание. Студенты снова ответили на те же вопросы GCA на итоговом кумулятивном экзамене для зачета, а также на вопросы, созданные преподавателем, которые также касались содержания практических заданий наряду с другим содержанием курса. Вопросы, сгенерированные преподавателем на заключительном экзамене, составили 15% итоговой оценки студента за курс, а вопросы GCA составили чуть менее 8% итоговой оценки студента.

Практическое задание Содержание

Мы выбрали области контента, которые, как известно, являются сложными для студентов-генетиков (Smith et al. , 2008; Smith and Knight, 2012), и разработали наборы вопросов по следующим пяти темам: расчет вероятности наследование через несколько поколений («вероятность»), прогнозирование причины неправильного числа хромосом после мейоза («нерасхождение»), интерпретация геля и родословной для определения паттернов наследования («гель / родословная»), прогнозирование вероятности генотип потомства с использованием связанных генов («рекомбинация») и определение родительской зародышевой линии, из которой отпечатан ген («импринтинг»).

Для каждой области содержания мы написали три вопроса, предназначенных для изоморфизма, которые имели следующие характеристики: они затрагивали одну и ту же основную концепцию, но использовали разные внешние характеристики, нацелены на когнитивные процессы более высокого порядка по оценке уровня Блума (Bloom et al. , 1956), содержал такой же объем информации и требовал от студентов выполнения аналогичных процессов для решения проблемы. Вопросы были в формате сконструированных ответов, но имели один правильный ответ, и каждый вопрос также имел совпадающее наглядное пособие (пример в; см. Все вопросы в дополнительном материале).Первоначально вопросы были основаны на ранее использованных экзаменационных вопросах в курсе, и были протестированы и модифицированы с помощью индивидуальных мысленных интервью (16 студентов и семь факультетов генетики) и / или фокус-группы (три студента).

Пример практического вопроса, используемого для решения задачи о содержании нерасхождения. Каждый вопрос в исследовании содержал наглядное пособие, был составлен ответ и содержал единственный правильный ответ.

Три вопроса в заданной области содержания (называемые «трио») задавались последовательно в практических заданиях, причем первый, второй и третий вопросы назывались «Q1», «Q2» и «Q3». ,» соответственно.Для каждого задания по решению проблем мы рандомизировали для каждого студента порядок трех вопросов в каждой области содержания и порядок, в котором была представлена ​​каждая область содержания. В первом задании по решению проблем, чтобы предотвратить утомление, учащиеся ответили на две из трех случайно заданных областей содержания (вероятность, нерасхождение и гель / родословная), а во втором задании учащиеся ответили на вопросы как по рекомбинации, так и по импринтингу.

Условия эксперимента

Мы разработали подсказки, ориентированные на содержание (далее «подсказки по содержанию»), основанные на типичных ошибках студентов, выявленных во время вопросов в классе и на предыдущих экзаменах по этому курсу и / или во время индивидуальных собеседований с мыслями вслух.Каждая подсказка касалась наиболее распространенной ошибки учащихся и содержала только одну идею содержания (). В каждом практическом онлайн-задании мы случайным образом назначали студентов одному из двух условий: необязательная подсказка по содержанию при ответе на второй вопрос трио содержания (подсказка в Q2) или дополнительная подсказка по содержанию при ответе на третий вопрос трио содержания (подсказка в Q3). Первый вопрос (Q1) служил базовым показателем успеваемости для всех учащихся. Во втором квартале мы сравнили успеваемость учащихся в двух условиях, чтобы определить эффект подсказки по сравнению только с практикой.В 3-м квартале мы сравнили успеваемость учащихся в каждом из условий с их успеваемостью во 2-м квартале, чтобы определить, сохранилась ли успеваемость (для подсказки о состоянии 2-го квартала) или намека на улучшение успеваемости по сравнению с 2-м кварталом (для подсказки для условия 3-го). Используя этот рандомизированный план, мы могли исследовать дифференциальный эффект практики и подсказки, при этом давая всем ученикам возможность получать подсказки.

ТАБЛИЦА 1.

Либо во втором, либо в третьем квартале (в зависимости от состояния) учащихся попросили ответить на следующий вопрос: «Хотите ли вы подсказку для решения этой проблемы (без штрафа)? Если да, щелкните здесь ». Если они щелкали, подсказка появлялась сразу под задачей, чтобы учащиеся могли видеть подсказку при решении задачи. Попросив учащихся выбрать подсказку, а не просто показать ее всем, мы могли отследить, кто выбрал подсказку, и, таким образом, провести различие между теми, кто подсказал, и тем, кто не подсказал.Мы не предоставляли студентам обратную связь в режиме реального времени, потому что предоставленные подсказки должны были служить механизмом поддержки без индивидуальной обратной связи. Кроме того, было бы сложно предоставить обратную связь, потому что используемая онлайн-платформа не допускала персонализированной обратной связи и потому, что ответы учащихся были построены на ответ и не могли быть оценены автоматически.

Содержание и ошибки для решения проблем

Мы попросили студентов объяснить в письменной форме свои мысли и шаги, которые они предпринимали для решения проблемы, прежде чем они дадут окончательный ответ на каждый вопрос (Прево и Лимонс, 2016).Студентам не разрешалось возвращаться к вопросу, на который был дан ответ. В инструкциях в начале задания был приведен пример того, как это сделать (см. Дополнительные материалы), и студенты могли перечитать инструкции и пример, при желании, во время задания. В этом исследовании мы отслеживали только успеваемость учащихся и их использование языка в отношении подсказки по содержанию, а не их мышление или шаги по решению проблем.

Мы классифицировали ошибки и упущения учащихся, связанные с содержанием, а также использование языка, связанного с подсказкой по содержанию.Два автора рассмотрели выборку ответов студентов, чтобы разработать начальный набор кодов. Затем мы независимо закодировали в течение трех итераций те же 66 из 456 выбранных ответов. После каждой итерации мы обсуждали наши коды, чтобы прийти к консенсусу, и при необходимости пересматривали схему кодирования, чтобы представить ответы студентов. Мы закодировали еще 19 ответов, чтобы достичь окончательного соглашения между экспертами в 85% (каппа Коэна 0,83). Поскольку к этому моменту мы закодировали и согласовали 19% ответов студентов, и наше согласие было выше приемлемого уровня (Landis and Koch, 1977), каждый из нас затем независимо закодировал половину из оставшихся 371 ответов, обсудил и разрешил любые проблемы.

Статистический анализ

Мы оценили ответы студентов на практические задания как неправильные (0) или правильные (1) и использовали данные об успеваемости только тех студентов, которые дали окончательный ответ на все возможные вопросы в одном или обоих заданиях. Мы проанализировали данные 233 студентов: 133 студента выполнили оба практических задания, 54 студента выполнили только первое задание, а 46 студентов выполнили только второе задание. Если области содержимого не указаны, мы сообщаем результаты по всем областям содержимого вместе.Мы проанализировали закономерности на уровне индивидуального ответа и использовали логистические регрессии для сравнения эффективности ответов между условиями, областями содержания и группами прогрессии, рассматривая производительность в одной области содержания как независимую от другой области содержания. Успеваемость учащегося в пределах одной области содержания для Q1, Q2 и Q3 рассматривалась как зависимая (т. Е. Повторяющаяся оценка), и мы использовали тест Макнемара для анализа различий в процентном соотношении правильных ответов на вопросы. Чтобы изучить тенденции на уровне студентов, мы использовали обычный регрессионный анализ методом наименьших квадратов (МНК).

Для анализа использования языка студентами и ошибок содержания мы исключили любые трио, в которых один ответ не мог быть закодирован (т. Е. Решение проблемы не описано: 36 ответов) или для которых не было достаточно объяснений, чтобы их можно было интерпретировать (31 ответы). В этом исследовании обсуждается 342 ответа. Мы использовали логистическую регрессию, чтобы сравнить наличие специфичного для контента языка между разными группами в пределах одного и того же условия подсказки.

Для вопросов, связанных с экзаменами GCA и подготовленными преподавателем, мы указываем результативность в процентах правильных ответов.Мы исключили результаты предварительного тестирования GCA для лиц, которым потребовалось менее 6 минут для заполнения онлайн-анкеты с GCA или которые не ответили по крайней мере на 85% вопросов. Как для GCA, так и для заключительного экзамена, созданного инструктором (всего 150 баллов), подмножество вопросов касалось тех же областей содержания, что и вопросы практического задания, и в данном исследовании они называются «вопросами, связанными с практикой». Для GCA вопросы, связанные с практикой, включали по одному вопросу с несколькими вариантами ответов на каждую область содержания (вопросы 10, 20, 24, 25), в общей сложности 8 баллов.На заключительном экзамене, подготовленном преподавателем, было два вопроса с короткими ответами о нерасхождении и рекомбинации и один вопрос с несколькими вариантами ответов о вероятности, общая сумма которых составила 21 балл. Мы также подсчитали успеваемость по оставшимся вопросам из GCA и итогового экзамена, созданного преподавателем («вопросы, не связанные с практикой»). Мы использовали регрессионный анализ OLS, чтобы изучить связь между практическим заданием студента и успеваемостью на экзамене, и мы сообщаем нестандартные бета-коэффициенты.В качестве предиктора мы использовали среднюю результативность по вопросам практики Q3 («практика Q3 правильно»), меру успешности практики. Мы также включили в регрессионные модели средние показатели за 1 квартал («Практикуй правильно за 1 квартал»). Для анализа результатов оценивания мы исследовали только студентов, которые выполнили оба практических задания (три области общего содержания), чтобы убедиться, что все переменные-предикторы практики были рассчитаны на основе одинакового количества вопросов (три Q3 и Q1). Из 133 студентов, которые выполнили оба практических задания, 109 студентов сдали предварительный и посттест GCA и заключительный экзамен, подготовленный инструктором, и, таким образом, были включены в модели OLS.Модель регрессии OLS была следующей для экзаменационных вопросов GCA и созданных преподавателем, как связанных с практикой, так и не связанных с практикой:

Мы также сравнили результаты оценивания студентов, которые выполнили GCA как на момент времени, так и на заключительном экзамене, но не выполнили ни одного. практические задания ( n = 35) с теми, кто выполнил все оценки и практические задания (с помощью OLS или независимых тестов t , как указано). Для этого анализа регрессионная модель OLS была следующей для экзаменационных вопросов, созданных преподавателем и GCA, как связанных с практикой, так и не связанных с практикой:

Мы использовали Stata v.15.0 и R v. 3.3.3 (пакеты dplyr, VennDiagram, statmod, VGAM, irr) для всех статистических тестов. Порог статистической значимости был определен как альфа 0,05.

Одобрение людей в качестве субъектов

Эта работа была рассмотрена Советом институциональной экспертизы Университета Колорадо, и использование людей было одобрено (протоколы 16-0511 и 15-0380).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Практика решения проблем: сложность вопроса

Путем рандомизации порядка, в котором учащиеся отвечали на каждый вопрос в области содержания, мы смогли использовать успеваемость учащихся по первому вопросу для сравнения сложности каждого из трех вопросов. вопросов.Для всех областей содержания, кроме импринтинга, вопросы были изоморфными (χ ² , p > 0,05), и ответ на вопрос импринтинга не повлиял на успеваемость учащихся по вопросам рекомбинации (если взять вопрос о рекомбинации первым против второго в практическом задании; логистическая регрессия, p > 0,05). Следовательно, с этого момента все представленные данные представляют четыре оставшихся области содержания: вероятность, нерасхождение, гель / родословная и рекомбинация.

Двести тридцать три студента ответили в общей сложности на 553 тройки вопросов (Q1, Q2, Q3). Количество трио, на которые были даны ответы, варьируется для каждой области содержания, потому что не все студенты ответили на все вопросы или выполнили оба задания: в первом задании учащиеся ответили на трио в двух из трех областей содержания (назначенных случайным образом), а во втором задании — все студенты ответили на три вопроса о рекомбинации. Сначала мы исследовали успеваемость всех студентов по всем четырем областям содержания, а затем по каждой области содержания отдельно ().По всем областям содержания, вместе взятым, успеваемость учащихся повысилась с вопроса 1 (Q1) до вопросов 2 (Q2) и 3 (Q3). Однако при изучении каждой области содержания в отдельности мы обнаружили, что процент правильных ответов увеличился с Q1 до Q3 в рекомбинации и геле / ​​родословной, но не в областях содержания нерасхождения и вероятности. При сравнении результатов Q1 между областями содержания, студенты имели более высокий процент правильных ответов на вопросы о геле / ​​родословной и нерасхождение, чем на вопросы вероятности и рекомбинации, и более высокий процент правильных ответов на вероятность, чем на рекомбинацию ().

ТАБЛИЦА 2.

Выполнение практических вопросов по решению проблем ^a

Выбор подсказки

Хотя все студенты получили возможность получать подсказку по каждой области контента во время практических заданий, они взяли только это вариант в 68% трио в целом (дополнительная таблица S1).Учащиеся, которым предложили подсказку в Q2, с равной вероятностью, как и те, кому предложили подсказку в Q3, поняли намек для любой заданной области содержания. Для наиболее сложной области содержания (рекомбинации) учащиеся предпочли чаще использовать подсказку, чем для более легкой области содержания геля / родословной. При рассмотрении результатов по всем областям содержания вместе взятым, студенты, которые поняли намек в данном трио, получили значительно более низкие баллы по всем трем вопросам, чем студенты, которые не поняли намек в данном трио (дополнительная таблица S2).Эта закономерность, хотя и не всегда значимая, также наблюдалась в каждой отдельной области контента (дополнительная таблица S2). Кроме того, по всем областям содержания, вместе взятым, ответы не показали улучшений в среднем от Q1 до Q3 в трех случаях, когда намек не был дан, в то время как в трех случаях, когда намек был дан. Это различие также было значительным в отдельной области содержимого рекомбинации, но не в других областях содержимого (дополнительная таблица S2). Чтобы сохранить разумные размеры выборки в нашем анализе, мы объединили все области содержания вместе для оставшихся данных в этом документе, касающихся эффективности практики.

Мы также охарактеризовали начальную успеваемость студентов в первом квартале на основе частоты подсказок. Чтобы лучше понять, придерживался ли студент последовательного выбора подсказок, мы сосредоточились только на тех студентах, которые ответили на вопросы в обоих практических заданиях (максимум три области содержания). Из 133 учеников, которые выполнили оба задания, 14 учеников никогда не выбирали намек, 56 учеников иногда выбирали намек, а 63 ученика всегда выбирали намек, когда им предлагали. Студенты, которые никогда не понимали намеков, справились с Q1 лучше, чем студенты, которые всегда понимали намек (дополнительная таблица S3).Мы не анализировали далее тройки ответов, в которых учащийся решил не понимать намек по нескольким причинам. У нас не было процесса рандомизации для представления подсказок: всем студентам была предоставлена ​​возможность выбора, а те, кто не понимал намек, предпочли не делать этого по причинам, которые мы не могли непосредственно изучить. Кроме того, поскольку очень немногие из участвовавших в исследовании студентов предпочли никогда не понимать намеков, и поскольку нас в первую очередь интересовал эффект намека по содержанию на успех студентов, мы сосредоточились на студентах, которые действительно поняли намек, рандомизированном на либо Q2, либо Q3 в трио.

Подсказки по содержанию помогают подгруппе учащихся

Чтобы изучить непосредственное влияние подсказки по содержанию на успеваемость учащихся, мы сосредоточили оставшуюся часть нашего анализа на ситуациях, в которых учащиеся понимали намек. Мы использовали Q1 в качестве базового показателя успеваемости учащихся в заданной области содержания. Поскольку студентам была предложена подсказка либо в Q2, либо в Q3, мы сравнили успеваемость учащихся в Q2 при наличии или отсутствии подсказки для этого вопроса. Чтобы проверить, сохранилась ли производительность (для подсказки о состоянии Q2) или улучшилась ли производительность по сравнению с Q2 (для подсказки о состоянии Q3), мы исследовали производительность в Q3.Для учащихся, понявших подсказку, мы сначала посмотрели на совокупные данные на уровне индивидуальных ответов, разделив ответы на правильные и неправильные ответы на вопрос 1, а затем проанализировали результаты по следующим двум вопросам (). Как показано на рис. A, если ученики правильно ответили на вопрос 1 в рамках трио, 15% продолжали отвечать на вопрос 2 неправильно (без подсказки), что указывает на то, что сама практика может не помочь тем ученикам, которые изначально ответили правильно. Студенты, получившие подсказку в Q2, показали те же результаты, что и те, кто не получил, указывая, что падение успеваемости с Q1 на Q2 не было связано с подсказкой.В данном трио показатели Q3 также не различались в зависимости от того, когда была получена подсказка, а показатели в среднем не изменились со 2-го на 3-й квартал, что указывает на то, что подсказка не повлияла положительно или отрицательно на успеваемость для этих учеников, которые первоначально ответили. правильно.

Эффект подсказки зависит от правильности Q1. (A) Q1 неверный: процент правильных ответов на Q2 и Q3 показан для троек, в которых подсказка была взята в Q2 ( n = 84 трио) или в Q3 ( n = 110 трио).*, р <0,05; все остальное NS, p > 0,05 (логистическая регрессия между условиями; тест Макнемара между Q2 и Q3 для каждого условия). (B) Q1 правильно: процент правильных ответов на Q2 и Q3 показан для троек, в которых подсказка была взята на Q2 ( n = 89 тройок) или на Q3 ( n = 91 тройка). Не было значительных различий между условиями (логистическая регрессия, p > 0,05) или между Q2 и Q3 (тест Макнемара, p > 0.05).

Если ученики неправильно ответили на Q1 в рамках трио, 21% продолжили отвечать на Q2 правильно без подсказки, предполагая, что сама по себе практика может помочь тем ученикам, которые изначально ответили неправильно (B). Однако значительно более высокий процент студентов ответили правильно, получив подсказку на Q3. Студенты, понявшие подсказку в Q2, с гораздо большей вероятностью ответили на Q2 правильно, чем студенты, которые еще не поняли намек, что указывает на то, что подсказка дает дополнительную пользу, помимо самой практики.Подобный процент студентов, которые поняли намек на Q2, также правильно ответили на Q3, показывая, что в среднем они сохраняли успеваемость по последующему вопросу после того, как подсказка была получена. К третьему вопросу в области содержания все студенты получили подсказку, некоторые на Q2, а некоторые на Q3. Те, кто уловил намек на Q3, выполнили Q3 так же, как те, кто понял намек на Q2, что указывает на то, что студенты получили одинаковую пользу в конце практики данной области содержания, независимо от того, когда была получена подсказка.

Чтобы изучить, как отдельные учащиеся последовательно отвечали на три вопроса, мы проследили прогресс отдельных учащихся от Q1 до Q3 (и). Студенты заметили намек на Q2 в 173 трех вопросах (). Из них 49% студентов в данном трио ответили на первый вопрос неправильно. Тридцать семь процентов из тех, кто получил подсказку, перешли к правильному ответу на вопрос 2, а затем 68% из них перешли к правильному ответу на вопрос 3. Таким образом, большинство, но не все студенты, сохранили это улучшение со 2-го по 3-й квартал.Студенты заметили намек на Q3 в 201 тройке вопросов (). Из них 55% студентов в данном трио ответили на первый вопрос неправильно. Семьдесят девять процентов из них также ответили на второй вопрос неправильно, а затем 26% из них перешли к правильному ответу на третий вопрос, когда получили подсказку. Как видно на фиг. И, хотя подсказка помогла некоторым студентам правильно ответить на последующий вопрос, подсказка помогла не всем студентам; некоторые студенты ответили на вопросы Q1, Q2 и Q3 неправильно, несмотря на намек.

Прогресс на уровне учащихся по трио ответов, в которых подсказка была взята во втором квартале.Процент правильных ответов показан с количеством ответов в каждой категории (например, неправильный Q1) в скобках. Стрелки указывают процент ответов, которые переходят в следующую категорию. Полужирные стрелки обозначают категории троек, которые были проанализированы на предмет использования специфического языка и ошибок / упущений: тройки с неправильным Q1, но Q2 и Q3 правильными (группа 011) и трио с неправильными ответами на все три (группа 000).

Прогрессия на уровне ученика для троек ответов, в которых подсказка была получена в третьем квартале.Процент правильных ответов показан с количеством ответов в каждой категории (например, неправильный Q1) в скобках. Стрелки указывают процент ответов, которые переходят в следующую категорию. Полужирные стрелки обозначают категории троек, которые были проанализированы на предмет использования специфического языка и ошибок / упущений: тройки с неправильными Q1 и Q2, но правильными Q3 (группа 001) и трио с неправильными ответами на все три (группа 000).

Использование языка в зависимости от содержания и ошибки или пропуски

Для дальнейшего изучения того, почему подсказка не помогала одним учащимся, но помогала другим, мы исследовали , как учащихся использовали данную подсказку по содержанию.Мы классифицировали в рамках задокументированного ответа учащегося о решении проблемы 1) наличие языка, отражающего содержание, описанное в подсказке (закодировано как присутствующее или отсутствующее;), и 2) типы ошибок содержания и упущений, допущенных при решении проблемы, отслеживание правильность и использование языка в трех вопросах (Q1, Q2, Q3) для каждой области содержания (). Для этого анализа учитывалась только следующая выборка студентов, которые неправильно ответили на Q1 и поняли подсказку (см. Жирные стрелки в и): студенты из данного трио, которые ответили правильно на Q2 и Q3 после того, как получили подсказку на Q2 (определено как 011), те, кто ответил правильно после подсказки на вопрос 3 (определяется как 001), и те, кто ответил неправильно на все три вопроса (определяется как 000).Студенты, которые перешли с неправильных в Q1 на исправления в Q2 или Q3 (011 и 001 студенты, соответственно), чаще использовали язык, связанный с содержанием подсказки, чем студенты, которые ответили на все три вопроса неправильно. В случаях, когда учащиеся получили подсказку во втором квартале, 83% ответов в группе 011 содержали язык, отражающий содержание подсказки, по сравнению с 55% в группе 000 ( n = 40 и 74 ответа Q2 и Q3 соответственно; логистическая регрессия , отношение шансов [OR] = 3,8, p <0.01). Аналогичным образом, когда учащиеся взяли подсказку в Q3, 91% ответов в группе 001 содержали язык, отражающий содержание подсказки, по сравнению с 60% в группе 000 ( n = 23 и 60 Q3 ответов, соответственно; логистическая регрессия, OR = 9.2, р <0,01).

ТАБЛИЦА 3.

Наличие языка, отражающего содержание в критериях подсказки, кодируется только в ответах во время и после получения подсказки

ТАБЛИЦА 4.

Коды ошибок и пропусков содержимого

Учащиеся, которые продолжали отвечать неправильно (группа 000), показали большое количество ошибок и пропусков, связанных с содержанием, в том числе множественные ошибки или пропуски в одном ответе.показывает эти ошибки и пропуски для Q1 – Q3, сгруппированные по областям содержимого, причем каждый тип ошибки или пропуск представлен разными цветными кружками. Для каждой области содержимого оранжевая заливка представляет ошибку или упущение, относящееся к содержанию подсказки; другие цвета представляют различные ошибки или упущения, характерные для каждой области содержимого и не связанные с подсказкой содержимого. Подробная информация о каждой области содержимого для группы 000 приведена в следующих разделах.

Наличие ошибок и пропусков в неправильных ответах в четырех важнейших областях генетики.Отображается количество ответов, в которых наблюдался каждый код ошибки / упущения в содержании, с перекрытием цветов, указывающих на наличие нескольких ошибок / пропусков в одном ответе. Для всех вопросов Q1 – Q3 показаны только 000 групп прогрессии. В каждом случае оранжевая заливка указывает на ошибку, совпадающую с содержанием подсказки.

Рекомбинация

В вопросах рекомбинации наиболее частой ошибкой в ​​группе 000 было отсутствие использования единиц карты для решения проблемы (57% из 143 ответов; A, оранжевый овал).Кроме того, учащиеся допускали еще три типа ошибок, иногда в дополнение к наиболее распространенной ошибке. В некоторых ответах, хотя единицы карты использовались, они использовались неправильно (29%; A, синий овал). Студенты также допустили ошибки при идентификации типа гамет, в которых они неправильно присвоили тип гамет (рекомбинантный или родительский) или приписали вероятность рекомбинации нерекомбинантной гамете (22%; A, зеленый овал). Реже студенты неправильно определяли желаемый генотип для решения задачи (4%; А, пурпурный овал).Даже после получения подсказки, определяющей расстояние по карте, многие ученики совершали наиболее распространенную ошибку, не используя единицы карты для решения задачи («Не использовать единицы карты»; 49% из 67 ответов), хотя некоторые из этих учеников ( n = 12) использовал язык содержания подсказки.

Вероятность

В вопросах вероятности в этом исследовании учащимся необходимо было правильно определить потомство, имеющее вероятность 2/3 для определенного генотипа на основе информации о родителях и способе наследования (из-за одного возможного генотипа потомства от исключаются родительские спаривания).Двумя наиболее распространенными ошибками в группе 000 были неправильное присвоение хотя бы одного генотипа или вероятности (включая неправильное использование вероятности 2/3; 81% из 67 ответов; B, оранжевый кружок) и неиспользование или неправильное использование правила произведения для умножения нескольких независимых вероятностей (64%; B, зеленый кружок). Эти две ошибки чаще всего сочетались в одном ответе (40%; B). Хотя это не так часто, ответы учащихся иногда содержали ошибку неточного использования режимов наследования или вычислений, либо отдельно, либо в сочетании с другими ошибками (21%; B, синий кружок).Даже после получения подсказки о вероятности 2/3 многие ученики сделали неправильные назначения генотипа или вероятности («Несоответствие генотипа / вероятности»; 70% из 33 ответов), хотя некоторые из этих учеников ( n = 5) использовали язык содержания подсказки.

Гель / Родословная

Гель / Родословная была одной из двух наиболее эффективных категорий (другая — нерасхождение), поэтому в группе 000 ответов меньше. В этих задачах студентов попросили интерпретировать как гель, так и родословную, чтобы определить образцы наследования.Чтобы наиболее точно ответить на вопросы о геле / ​​родословной, необходимо было изучить информацию о молекулярном геле, чтобы определить количество присутствующих копий хромосом. Отсутствие обсуждения количества аллелей на ген у мужчин и женщин было наиболее распространенным (91% из 23 ответов; C, оранжевый кружок), и хотя только несколько ответов содержали это единственное упущение, многие ответы содержали это упущение в дополнение к другие ошибки / упущения из-за нечеткого использования предоставленного геля (57% всего; C, зеленый кружок) и неполного определения способа наследования (26% всего; C, синий кружок).Даже после получения подсказки о количестве аллелей Х-хромосомы многие студенты сделали наиболее распространенное упущение, не обсуждая количество аллелей на ген у мужчин и женщин («Число копий не обсуждается»; 88% из 8 ответов), и ни один из эти студенты использовали язык содержания подсказки.

Нерасхождение

В задачах о нерасхождении учеников попросили определить причину неправильного числа хромосом после мейоза. Три ошибки в понимании мейоза присутствовали на аналогичных уровнях в ответах в группе 000, в том числе учащиеся неточно описывали гомологи по сравнению с сестринскими хроматидами и / или в какой фазе они разделились на метафазной пластине (30% из 33 ответов; D, оранжевый кружок ), студенты недостаточно понимают, что фазы мейоза (I или II) следует рассматривать и дифференцировать (42%; D, зеленый кружок), и студенты не понимают типичный исход мейоза или то, как могут возникать ошибки (33%; D, синий круг).Получив подсказку, описывающую выравнивание хромосом во время мейоза, несколько студентов все же допустили ошибку, неточно описав гомологи по сравнению с сестринскими хроматидами и / или в каких фазах они разделились в мейозе («Неправильное определение / правила разделения хромосом»; 38% из 13 ответов) , даже несмотря на то, что некоторые из этих студентов ( n = 3) использовали язык содержания подсказки.

Практика связана с более высокими показателями долгосрочной оценки

В дополнение к непосредственному влиянию подсказки на успеваемость учащегося во время практического задания, мы также исследовали, связана ли сама практика с долгосрочными результатами на выпускном экзамене.Из 233 студентов, выполнивших практические задания, 133 выполнили оба задания, а 100 выполнили только одно задание. Чтобы гарантировать, что все переменные-предикторы практики были рассчитаны на основе одинакового количества вопросов (три Q1 и Q3), мы сосредоточились только на студентах, которые выполнили оба практических задания. Из 133 студентов, которые выполнили оба задания, 109 из этих студентов сдали предварительный и посттест GCA и заключительный экзамен, подготовленный инструктором: это студенты, включенные в итоговый анализ, представленный в дополнительных таблицах S4 и S5.Используя среднюю успеваемость по практическим вопросам 3-го квартала в качестве меры «успеха» в практических заданиях (дополнительная таблица S4), мы обнаружили, что для студентов, выполнивших оба практических задания, успех на практике в значительной степени предсказывал как итоговый тест GCA, так и вопрос, созданный инструктором. производительность для вопросов, связанных с практикой (контроль средней производительности Q1 и предварительных тестов GCA; модели 1 и 2). Эти студенты также имели значительно более высокие баллы по посттестам GCA, не связанным с практикой, и вопросам, заданным преподавателем (модели 3 и 4).

ТАБЛИЦА 5.

регрессионные оценки связи между успеваемостью на практике и результатами итогового экзамена ^a

Наконец, мы проверили, есть ли разница в результатах выпускных экзаменов между студентами, которые не выполнили никаких практических заданий, и теми, кто выполнил оба задания. Было 35 студентов, которые не выполнили никаких практических заданий, но выполнили предварительный и посттест GCA и заключительный экзамен, подготовленный инструктором. Мы использовали результаты предварительного тестирования GCA для контроля возможных различий в поступающих генетических знаниях между группой студентов, которые выполнили оба практических задания, и теми, кто не выполнил ни одного, хотя мы не могли контролировать другие факторы, такие как мотивация или интерес.Не было существенной разницы в результатах предварительного тестирования GCA между этими двумя группами (дополнительная таблица S4), но студенты, которые выполнили практические вопросы, имели более высокие итоговые оценки GCA и окончательные экзамены, выставленные инструктором, чем студенты, которые не практиковали (дополнительная таблица S5).

ОБСУЖДЕНИЕ

Подсказки по содержанию помогают подгруппе студентов во время практики решения проблем

Мы задавали студентам практические задачи по генетике на основе концепций, которые уже были представлены и отработаны в классе.В целом мы обнаружили, что некоторым учащимся эта практика приносит пользу, особенно если они изначально отвечают неправильно. Благодаря дизайну нашего исследования каждый студент самостоятельно ответил как минимум на один вопрос (Q1) в области содержания. Затем ученики получили подсказку по одному из последующих вопросов. Это дало студентам возможность самостоятельно решить первый вопрос по каждой концепции, прежде чем получить помощь. Было показано, что начальная борьба без посторонней помощи, за которой следует обратная связь, помогает учащимся в их будущей успеваемости (Kapur and Bielaczyc, 2012), и хотя мы не предоставили учащимся обратную связь о том, были ли они правильными или неправильными в своих первоначальных ответах, мы дали всем учащимся предоставляется возможность получить строительные леса через подсказку по содержанию.Для студентов, которые изначально неправильно ответили на Q1, когда они взяли подсказку по содержанию при ответе на Q2, 37% ответили правильно, и только 21% студентов ответили на этот вопрос правильно, если они не поняли намек на Q2. Эта разница в 16% указывает на то, что, хотя практика может помочь, практика с созданием строительных лесов помогает большему количеству студентов. Кроме того, мы продемонстрировали, что учащиеся получают пользу от подсказки по содержанию независимо от того, получают ли они эту подсказку во втором вопросе или в третьем вопросе.Это говорит о том, что учащиеся, которые учатся на подсказке в Q2, могут применить эти знания при ответе на следующий вопрос. Получив ключевой фрагмент содержания, учащиеся, успешно использующие подсказку, продолжают делать это при решении будущих задач.

Выбор подсказки

Не все учащиеся в этом исследовании решили воспользоваться предложенной подсказкой при решении практических задач. Студенты, которые не поняли намек для конкретного трио, имели более высокий балл Q1, чем студенты, которые поняли намек. Помимо этих базовых различий в успеваемости, на выбор учащихся могли повлиять несколько возможных факторов.Один из компонентов выбора учащихся может относиться к способности саморегулирования при мониторинге их понимания (Aleven et al. , 2003). Студенты, которые не поняли намек, могли быть уверены в своих способностях решать проблемы и поэтому предпочли не просматривать дополнительную информацию, которую, как им казалось, они уже знали. В исследовании, в котором изучалось использование студентами трехмерных молекулярных моделей для помощи в рисовании молекулярных представлений, некоторые студенты не использовали модели, даже когда модели были помещены непосредственно в их руки (Stull et al., 2012). Некоторые из этих студентов сообщили, что им не нужны модели для ответа на поставленные вопросы (Stull et al. , 2012). Это подтверждает идею о том, что учащиеся, не использующие предоставленные подсказки, могут просто чувствовать, что они им не нужны. С другой стороны, 29% студентов в нашем исследовании, которые не поняли намек, ответили на первый вопрос неправильно, указывая на то, что их уверенность была неоправданной. Аналогичным образом, в исследовании, предлагавшем компьютерные подсказки для решения проблем, даже студенты, которым подсказки были полезны, не всегда их принимали (Aleven et al., 2006). В текущем исследовании из-за природы вопросов, основанных на построении ответов, студенты не могли получить немедленную обратную связь о том, правильно ли они ответили на вопрос. Таким образом, было бы полезно изучить, повлияет ли немедленная обратная связь об успеваемости на будущий выбор учащихся. Поскольку мы не смогли найти причины, по которым учащиеся не поняли намек в этом исследовании, мы не можем делать никаких дальнейших выводов об их выборе.

Утилита единой идеи содержания

Мы показали, что включение только одной идеи содержания в качестве подсказки помогло некоторым изначально испытывающим затруднения учащимся понять концепцию, потенциально за счет активации их предшествующих знаний, связанных с содержанием подсказки.Изучая решение проблем этих учащихся, мы обнаружили, что учащиеся, которые улучшились в данном трио контента (группы 011 и 001), чаще использовали язык, аналогичный содержанию подсказки, чем учащиеся, которые последовательно отвечали неправильно в данном трио (группа 000 ). Таким образом, для учащихся, которым помог подсказка, именно этот фрагмент содержания, вероятно, был критически важным для правильного решения проблемы. В дополнение к предыдущим структурам (Александр и Джуди, 1988; Александр и др. , 1989), мы предполагаем, что это декларативное (контентное) знание является компонентом предметно-ориентированных знаний, необходимых для эффективного применения процедурных (например, процедурных) знаний.g., стратегические) знания для точного решения проблемы. В будущих исследованиях мы планируем дополнительно изучить детали процедурных процессов учащихся во время решения задач и определить, является ли неспособность учащегося вспомнить часть информации основной причиной неправильного ответа или существуют дополнительные когнитивные навыки более высокого порядка. и процессы, необходимые для правильного решения проблем.

Некоторые студенты продолжали неправильно отвечать на все вопросы в контентной трио (группа 000), несмотря на подсказку по содержанию.У этих студентов часто были множественные пробелы в знаниях о содержании, или они допускали ошибки или упущения, не связанные с подсказкой по содержанию. В будущих исследованиях учащиеся могут получить индивидуальные подсказки по содержанию, чтобы сопоставить все имеющиеся ошибки; это может позволить нам определить, является ли недостаток содержания причиной неправильных ответов, а не недостатком навыков процедурного процесса. В одном из предыдущих исследований компьютерная программа для решения проблем, которая предоставляет индивидуальные подсказки и обратную связь, использовалась специально для помощи в решении генетических проблем, предоставляя до четырех подсказок, специфичных для каждого компонента данной проблемы (Genetics Cognitive Tutor; Corbett et al. ., 2010). Авторы обнаружили значительное улучшение обучения от до и после завершения этой программы (Corbett et al. , 2010).

В случаях, когда учащиеся постоянно отвечали неправильно (группа 000), некоторые использовали язык, связанный с подсказкой по содержанию, но допускали ошибки при попытке применить подсказку в своих объяснениях. Если учащиеся имеют неточные знания о том, как применять контент, даже когда представлены правильные идеи по содержанию, подсказки может быть недостаточно. Действительно, Смит (1988) обнаружил, что неудачники, решающие проблемы, часто могут идентифицировать важные фрагменты информации, но не знают, как применить эту информацию.В этом случае предоставление учащемуся дополнительных опор, например, предоставление учащимся проработанных примеров аналогичных задач (например, Sweller and Cooper, 1985; Renkl and Atkinson, 2010) или предоставление дополнительных подсказок и обратной связи через когнитивного наставника (например, , Corbett et al. , 2010), может потребоваться.

У этих учащихся, которые постоянно отвечают неправильно, также могут отсутствовать важные навыки решения проблем. В этом исследовании мы сосредоточились на использовании и применении знаний о содержании, но в будущих исследованиях мы рассмотрим процессы решения проблем, применяемые учащимися, которые отвечают правильно, и сравним их с процессами, используемыми учащимися, которые отвечают неправильно.Некоторые навыки могут быть особенно важными, например, проявление метакогнитивных способностей (знание и регулирование собственного познания). Активация предшествующих знаний путем выявления сходства между проблемами является эффективным метакогнитивным навыком, помогающим ориентироваться в решении проблемы (Gick and Holyoak, 1980; Smith, 1988; Meijer et al. , 2006), и использование этого поведения в сочетании с несколькими другими. метакогнитивные навыки, включая планирование и проверку работы, могут улучшить способность решать проблемы (Mevarech and Amrany, 2008).Таким образом, подсказка, в которой студентам предлагается объяснить, как содержание подсказки связано с информацией, которую студент использовал ранее для решения проблемы, может быть полезным, поскольку может выявить их предыдущие знания о решении аналогичных проблем.

Ошибки и пропуски, связанные с конкретным содержимым

Рекомбинация.

Что касается темы рекомбинации, студенты, которые ответили последовательно неправильно (группа 000), не часто использовали единицы карты для определения вероятности потомства при рассмотрении двух сцепленных генов; вместо этого многие студенты пытались решить проблему, используя квадраты Пеннета и / или логику решения вопроса о вероятности для генов на разных хромосомах.Даже когда студенты использовали единицы карты, они часто либо выполняли неправильные вычисления, либо приписывали рекомбинантные вероятности неправильным генотипам. Это говорит о том, что концептуальная идея, лежащая в основе расчета вероятности наследования с использованием сцепленных генов, является сложной задачей.

Вероятность.

Студенты изо всех сил пытались вычислить вероятность того, что здоровый ребенок двух гетерозигот будет гетерозиготой. Вместо того чтобы рассматривать информацию в родословной, которая позволила бы им исключить одну из возможностей генотипа (гомозиготный рецессивный), студенты часто предполагали, что вероятность гетерозиготного потомства носителей будет 1/2, а не 2/3.Для студентов, которые последовательно неверно ответили на эти вопросы (группа 000), наиболее распространенная ошибка заключалась в сочетании неиспользования вероятности 2/3 с неспособностью правильно использовать правило произведения для учета нескольких поколений. Это говорит о том, что учащиеся, испытывающие трудности, не понимают более широкой концепции того, как учитывать несколько поколений при определении вероятности, и, таким образом, испытывают трудности с интеграцией нескольких идей в свои решения. Действительно, предыдущая работа показала, что многим студентам трудно использовать оба этих типа вычислений (Smith, 1988; Smith and Knight, 2012).

Gel / родословная.

Студенты, которые ответили последовательно неверно (группа 000), чаще всего испытывали трудности при чтении геля для определения количества копий аллеля, а затем связывали эту информацию с родословной. В этом курсе студентов учили, что, хотя гели не всегда являются количественными, можно использовать толщину полос на геле ДНК для определения относительных количеств ДНК, присутствующих в образце. Несмотря на то, что их учили этому соглашению, студенты все еще испытывали трудности с применением концепции обоих номеров аллелей (например,g., только один аллель Х-хромосомы для мужчины) и количество ДНК (например, более толстая полоса, представляющая два одинаковых аллеля для человека). Таким образом, студентам необходимо больше практики для понимания концепции интерпретации информации о гелях.

Нерасхождение.

В вопросах, не связанных с расхождением, студенты, которые последовательно отвечали неправильно (группа 000), имели множество неправильных представлений о мейозе, из которых наиболее распространены три ошибки. В вопросах о нерасхождении студентов прямо просили указать фазу мейоза, если таковая имеется, на которую он влияет.Однако студенты часто не понимали, в каком мейотическом делении, I или II, могла произойти ошибка, или выражали неуверенность в различении двух фаз мейоза. Студенты также пытались определить, когда во время мейоза разделяются гомологичные и сестринские хроматиды; иногда они пытались определить тип хромосомы, которая не могла разделиться, или указать, когда каждая из них обычно отделяется, но часто они ошибались. Третья ошибка, которую допустили студенты, представляет собой общее непонимание мейоза, при котором студенты неправильно определили номер каждой хромосомы, которая должна присутствовать в гамете, или студенты предположили, что атипичное событие, такое как несколько раундов репликации, должно было произойти, чтобы произвести гамету. с одной дополнительной хромосомой.Предыдущая работа по этой теме также обнаружила, что студенты демонстрируют множество ошибок при изображении мейоза, включая неправильное выравнивание хромосом во время метафазы (Wright and Newman, 2011; Newman et al. , 2012).

Практика связана с более высокой производительностью долгосрочной оценки

Как и в предыдущих исследованиях, в которых сообщается об эффекте тестирования (например, Adesope et al. , 2017; Butler, 2010), мы обнаружили, что практика была связана с более поздней оценкой представление.Независимо от успеваемости в первом квартале практики и успеваемости на предварительном тесте GCA, успехи учеников на практике предсказывали долгосрочную успеваемость учеников, как связанных с практикой, так и не связанных с практикой, на выпускном экзамене, созданном инструктором, и оценках GCA за курс. Мы также показали, что те студенты, которые выполнили оба практических задания, показали лучшие результаты, чем студенты, которые не выполнили никаких практических заданий, что контролировало результаты предварительного тестирования GCA. Поскольку мы не могли случайным образом распределить студентов по условиям практики или отсутствия практики, мы предупреждаем, что, хотя мы использовали предварительный тест GCA в качестве показателя поступающих способностей, вероятно, есть много других факторов, влияющих на успеваемость этих студентов.Другие факторы, связанные с успехом, включают мотивацию, интерес и метапознание студентов (например, Pintrich and de Groot, 1990; Schiefele et al. , 1992; Young and Fry, 2008).

Ограничения

В нашем исследовании были рассмотрены четыре важнейшие области генетики, с которыми, как мы знаем, учащиеся борются. Тем не менее, у студентов, вероятно, есть дополнительные или другие трудности при изучении другого генетического материала. Кроме того, на эти вопросы был дан только один правильный ответ, и, следовательно, они могли быть ограничены в их способности проверить навыки решения проблем учащимися.В будущем мы хотели бы изучить более неопределенные вопросы с множеством возможных решений (Национальный исследовательский совет, 2012 г.).

Хотя мы ожидали, что большинство студентов воспользуются возможностью получить подсказку, только 68% студентов сделали это. Чтобы обеспечить точное представление о влиянии подсказки, нам пришлось ограничить наш анализ теми, кто решил понять намек. Как видно из работы Стулла и его коллег (2012) по использованию молекулярных моделей, а также из наших данных, исследующих использование языка содержания, отраженного в подсказке, не все студенты, вероятно, будут использовать подсказки, даже если подсказки легко доступны.Однако было бы интересно узнать, почему студенты, решившие не понимать подсказки, принимают такое решение, и основано ли это решение на высокой уверенности или опасении, что подсказка может их сбить с толку.

Мы также не могли напрямую проверить, показали ли ученики, понявшие подсказку, лучшие результаты в долгосрочной перспективе, чем те, кто не понимал намек, поскольку единственный способ измерить это — рандомизировать студентов, которые получают и не получают подсказку. . Мы решили не использовать этот подход, потому что мы чувствовали, что для успеха студентов важно предоставить всем одинаковый доступ к информации.

Значение для обучения

Это исследование предполагает, что после изучения темы в классе подгруппа студентов, изначально дававших неправильные ответы на задачи по этим темам, может улучшиться после получения единственной идеи содержания, которая может заполнить пробел в знаниях. Некоторые студенты могут в целом понимать, как решать эти проблемы, но им не хватает одного или двух фрагментов информации; предоставление недостающего элемента позволяет им применить свои знания и решить проблему. Этим студентам может быть достаточно просмотра определенных частей генетического материала, которые мы описываем в этом исследовании, чтобы помочь им правильно решить такие проблемы.Кроме того, мы предлагаем подчеркнуть важность практики, поскольку это исследование показало, что успех в конце практики предопределяет долгосрочные результаты в классе, независимо от первоначального понимания вопросов генетики. Даже если ученик сначала затрудняется ответить, этот «продуктивный провал» может быть полезным для его обучения (Kapur and Bielaczyc, 2012). Учащимся, которые продолжают бороться, несмотря на намеки на содержание, скорее всего, не хватает знаний о содержании, а также навыков решения проблем. Мы планируем дополнительно изучить такие недостатки в том, как учащиеся решают проблемы, чтобы предоставить предложения, которые сосредоточены на логических шагах и метакогнитивных процессах, необходимых для решения проблем.Такое обучение может быть наиболее полезным после того, как ученики получат первоначальный шанс попрактиковаться в решении задач, чтобы у них была возможность бросить вызов самим себе, прежде чем они получат подсказки.

Как добиться успеха в генетике: Изучите приемы для подготовки к медикам

Genetics — это один из тех курсов, которые обязательны для подготовки к медицине, которые, как правило, приносят наибольший ущерб. Вместо того чтобы паниковать при первых признаках замешательства, следуйте нашим советам, чтобы добиться успеха на уроках генетики.

Мне действительно НУЖНО сдавать генетику?

Генетика: G, T, C, но как получить A? Иногда кажется, что есть способ DN-o (последний каламбур, обещаю).

Если вы находитесь на подготовительном медицинском курсе, вы, вероятно, готовились к печально известным курсам, о которых вас все предупреждают. Органическая химия, вероятно, возглавляет список, но и генетика тоже на первом месте. Хотя это не обязательно называется типичным «классом по выбору» перед медицинским факультетом, нужно просто запомнить лотов и информации. В конце концов, только у человека в геноме 24000 генов. Не волнуйтесь, вам не обязательно знать их все!

Однако, по данным ОАРМ, 80% медицинских школ требуют или рекомендуют, чтобы вы изучали генетику как часть необходимых подготовительных курсов.Итак, если вы думали о написании генетики из своего планирования курса, вы можете пересмотреть свое мнение и подготовиться к усердной учебе, следуя приведенным ниже советам.

Поработав в команде преподавателей генетики в моем университете, я накопил несколько советов по изучению этого предмета. В этой статье я собираюсь объяснить, чем отличается генетика (и почему ее так сложно освоить). Затем я расскажу, как вам лучше всего добиться успеха.