“Η Σύγχρονη Σύνθεση” στην τάξη (Μοντέλο 5Ε στην πράξη)

Στο μάθημα αυτό θέλουμε να εστιάσουμε στους τρεις παράγοντες που επηρεάζουν την εξέλιξη :

Α) Ποικιλομορφία – Πού αποτυπώνεται, πώς δημιουργείται (μεταλλάξεις), πώς κληρονομείται.

Β) Φυσική επιλογή – Πώς δρα πάνω στο υλικό που δημιούργησαν οι μεταλλάξεις, πώς αυξάνει τη συχνότητα ευνοικών για την επιβίωση γονιδίων σε έναν πληθυσμό.

Γ) Γενετική απομόνωση – Πώς δημιουργείται (γεωγραφική απομόνωση), πώς μπορεί να οδηγήσει σε νέα είδη.

Για να κατανοηθούν-αφομοιωθούν καλύτερα οι παραπάνω έννοιες και για να είναι ρεαλιστικό το σχέδιο ως προς τον χρόνο που απαιτείται για να διδαχθεί το συγκεκριμένο μάθημα θεωρήσαμε πως είναι «νόμιμο» να εφαρμόσουμε μια μικρή παραλλαγή του μοντέλου 5Ε που μπορεί να αποτυπωθεί σχηματικά ως εξής:

Α ΚΥΚΛΟΣ

Ενεργοποίηση Α

Δημιουργούμε συνδετικούς κρίκους ανάμεσα στην πρότερη και την νέα γνωστική εμπειρία των μαθητών μας. Έχουμε ήδη διδάξει τη φυσική επιλογή και έχουμε αναφερθεί στο προηγούμενο κεφάλαιο στα συγγενικά είδη Canis familiaris (σκύλος) και Canis lupus (λύκος). Χρησιμοποιούμε την αναλογία τεχνητής-φυσικής επιλογής ως αφορμή  για να διασαφηνίσουμε τις έννοιες της ποικιλομορφίας (πού αποτυπώνεται, πώς δημιουργείται -μεταλλάξεις- και πώς κληρονομείται) ως εξής :

Πυροδοτούμε το ενδιαφέρον των μαθητών με ένα υποθετικό σενάριο προς προβληματισμό  : Έστω ότι ο ο σύγχρονος σκύλος, Canis familiaris προέρχεται από την εξημέρωση του άγριου λύκου, Canis lupus (Το σενάριο αυτό είναι υπεραπλουστευμένο και δεν ανταποκρίνεται επακριβώς στην πραγματικότητα). Σας δίνεται μια αγέλη από λύκους με ποικιλομορφία μεγεθών και χρώματος τριχώματος. Ποια στρατηγική/μέθοδο θα ακολουθούσατε για να οδηγηθούμε από τον λύκο σε έναν μικρόσωμο σκύλο, όπως το τσιουάουα, σε βάθος χρόνου;

Εξερεύνηση Α

Καταιγισμός ιδεών και συζήτηση. Ενδεχόμενη καθοδήγηση και διόρθωση παρανοήσεων της διαδικασίας. Επιθυμητές είναι οι προφορικές απαντήσεις που περιλαμβάνουν τις έννοιες της ποικιλομορφίας,  των επιθυμητών χαρακτηριστικών ζευγαρώματος, κληρονομικότητας, εξέλιξης, της επιλεκτικής επιλογής.

Εξήγηση Α

Αποσαφήνιση των αποτελεσμάτων του 1^ου σταδίου και παρουσίαση νέας γνώσης. Παρουσίαση της διαδικασίας της τεχνητής επιλογής ως κατευθυνόμενης κατ’ επανάληψη αναπαραγωγής για πολλές γενιές ατόμων με επιθυμητά χαρακτηριστικά. Τονίζεται η σημασία της αρχικής ποικιλομορφίας του πληθυσμού και διευκρινίζεται πώς αποτυπώνεται αυτή στο DNA και στα γονίδια. Διάκριση των κληρονομήσιμων και μη κληρονομήσιμων συστατικών της. Σημασία των μεταλλάξεων ως πηγή της κληρονομήσιμης ποικιλομορφίας. Αναφορά στον Μendel.

Παράθεση εικόνας γονιδίου : Το μέγεθος του σώματος στους λύκους και τους σκύλους επηρεάζεται από μια παραλλαγή στο γονίδιο (IGF1). Τα τσιουάουα (και άλλες μικροσκοπικές φυλές) έχουν αδενίνη στη θέση 44,228,468 στο γονιδίωμα τους ενώ οι λύκοι έχουν γουανίνη.

Β ΚΥΚΛΟΣ

Ενεργοποίηση Β

Δημιουργούμε πάλι συνδετικούς κρίκους ανάμεσα στην μόλις αποκτηθείσα και πρότερη γνωστική εμπειρία των μαθητών μας με την καινούργια. Ενεργοποίηση του ενδιαφέροντος των μαθητών με ερώτημα-συνέχιση του προηγούμενου σεναρίου ωστε να αποσαφηνιστούν οι έννοιες της φυσικής επιλογής (πώς δρα πάνω στο υλικό που δημιούργησαν οι μεταλλάξεις, πώς αυξάνει τη συχνότητα ευνοικών για την επιβίωση γονιδίων σε έναν πληθυσμό). Το ερώτημα είναι το εξής :

Πώς μια παρόμοια διαδικασία(επιλεκτική επιλογή) θα μπορούσε να συμβεί στη φύση χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση μέσω φυσικής επιλογής; Υπενθύμιση και σύνδεση με το γνώριμο φαινομένο του βιομηχανικού μελανισμού σε λεπιδόπτερα που διδάξαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο.

Εξερεύνηση Β

Ανάλυση του φαινομένου του βιομηχανικού μελανισμού με συζήτηση υπό το πρίσμα της νέας γνώσης για τα γονίδια, τις μεταλλάξεις, την ποικιλομορφία και την κληρονομικότητα.

Εξήγηση Β

Αποσαφήνιση των αποτελεσμάτων του προηγούμενου σταδίου και παρουσίαση νέας γνώσης. Κατανοούμε καλύτερα πώς δρα η φυσική επιλογή πάνω στο υλικό που δημιούργησαν οι μεταλλάξεις και πώς αυξάνει τη συχνότητα ευνοικών για την επιβίωση γονιδίων σε έναν πληθυσμό.

Γ ΚΥΚΛΟΣ

Ενεργοποίηση Γ

Σύνδεση πάλι με την μόλις αποκτηθείσα γνώση και την προηγούμενη γνωστική εμπειρία των μαθητών με την καινούργια. Κινητοποίηση των μαθητών για σκέψη γύρω από νέο ερώτημα-συνέχεια των προηγούμενων σεναρίων με στόχο να αποσαφηνιστούν οι έννοιες της γενετικής απομόνωσης, του πώς αυτή μπορεί να δημιουργηθεί (γεωγραφική απομόνωση) και πώς αυτό μπορεί να οδηγήσει σε νέα είδη. Το ερώτημα που θέτεται είναι το εξής :

Mε ποιον τρόπο η παραπάνω διαδικασία μπορεί να οδηγήσει σε νέα είδη; Υπενθύμιση του παραδείγματος της τεχνητής επιλογής που οδήγησε από λύκο σε σκύλο και της μελέτης του Δαρβίνου στα Γκαλάπαγκος πάνω στα διαφορετικά είδη σπίνων που διέφεραν από νησί σε νησί.

Εξερεύνηση Γ

Καταιγισμός ιδεών από τους μαθητές και συζήτηση γύρω από το προαναφερθέν ερώτημα. Ενδεχόμενη καθοδήγηση και διόρθωση παρανοήσεων της διαδικασίας.Το επιθυμητό είναι να οδηγηθεί η σκέψη των μαθητών στην έννοια της γενετικής απομόνωσης. Πώς μπορεί να συμβεί αυτό στη φύση; Επιθυμητές είναι οι απαντήσεις που συσχετίζουν την έννοια της γεωγραφικής απομόνωσης, του γονιδιακού αποθέματος και της ποικιλομορφίας,  της δράσης της φυσικής επιλογής, της έννοιας του εξελικτικού χρόνου για τη δημιουργία νέων ειδών

Εξήγηση Γ

Συνολική συζήτηση, ανακεφαλαίωση και διατύπωση γύρω από τον μηχανισμό ειδογένεσης τονίζοντας την ταυτόχρονη σημασία της φυσικής επιλογής και πλήθους γενεών, της μεντελικής κληρονομικότητας και των μεταλλάξεων και, τέλος, της γεωγραφικής και γενικότερα της αναπαραγωγικής/γενετικής απομόνωσης.

Ακολουθεί προβολή βίντεο

Επεξεργασία

Η επεξεργασία γίνεται κατά βάση σε μικρές ομάδες (3-4 μαθητές) ως άσκηση για το σπίτι. Οι μαθητές καλούνται να απαντήσουν σε ένα από τα τρία θέματα εμβάθυνσης τα οποία και θα παρουσιάσουν σε επόμενο μάθημα. Τα θέματα μοιράζονται τυχαία σε κάθε ομάδα.

Το πρώτο θέμα περιλαμβάνει υποθετικές ερωτήσεις και προεκτάσεις γύρω από μία υποθετική περίπτωση βιομηχανικού μελανισμού σε λεπιδόπτερα. Ο αρχικά ανομοιόμορφος πληθυσμός ζει σε ένα μεγάλο δάσος, το οποίο διακόπτεται σε δύο μεγάλα τμήματα λόγω αλλαγής χρήσης γης. Το ένα μέρος εκτίθεται σε έντονη ατμοσφαιρικής ρύπανσης από κοντινή βιομηχανική δραστηριότητα ενώ το άλλο όχι. Πιθανώς περιλαμβάνεται και σχηματική αναπαράσταση. Σε κάποια επόμενη χρονική στιγμή επιστρέφουμε και βλέπουμε δύο διακριτά είδη. Ενδεικτικές ερωτήσεις στις οποίες καλούνται να απαντήσουν είναι  τι θα συνέβαινε αν ο αρχικός πληθυσμός ήταν ομοιογενής, με ποιον τρόπο θα μπορούσε να εμφανιστεί ένα καινούργιο χαρακτηριστικό που δεν υπήρχε αρχικά, αν η δημιουργία ενός νέου είδους συμβαίνει γρήγορα ή αν χρειάζονται αρκετές γενιές, αν μπορούμε να πούμε ότι υπάρχει κάποια σκοπιμότητα/πορεία στην ειδογένεση αφού το είδος των εμφανιζόμενων μεταλλάξεων είναι τυχαίο, τι θα γινόταν αν δεν υπήρχε ο αναπαραγωγικός/γενετικός ή/και γεωγραφικός φραγμός κλπ.

Το δεύτερο θέμα περιλαμβάνει μία σύνθεση με την σχηματική απεικόνιση του σκελετού του άνω άκρου σε διάφορα αρτίγονα θηλαστικά με αντίστοιχους χρωματισμούς στα ομόλογα οστά. Οι μαθητές καλούνται να σχολιάσουν σύντομα τι βλέπουν, να παρατηρήσουν και να ερμηνεύσουν τις ομοιότητες στη δομή τόσο διαφορετικών οργανισμών (κοινός πρόγονος), τις τόσο έντονες διαφοροποιήσεις μεταξύ των οργανισμών (απόκλιση, πιθανές προσαρμογές) καθώς και πιθανή σύνδεση της μορφής τους με τον τρόπο ζωής του κάθε οργανισμού, και να απαντήσουν αν θεωρούν ότι οι μορφές παραμένουν σταθερές στον χρόνο. Η τελική ερώτηση μπορεί να είναι πιο συνθετική και να ζητάει μια ερμηνεία για τον μηχανισμό/διαδικασία κατά την οποία οι οργανισμοί αυτοί έχουν αποκτήσει τα συγκεκριμένα τόσο διαφορετικά άκρα.

Το τρίτο θέμα περιλαμβάνει μία σύνθεση τις ιστορικές μορφές (έως τις αρτίγονες) κάποιου συγκεκριμένου οργανισμού (π.χ. ελέφαντας) και του σχετικού εξελικτικού κλάδου του με βάση το αρχείο των απολιθωμάτων. Οι μαθητές καλούνται να σχολιάσουν σύντομα την εικόνα, να παρατηρήσουν και να ερμηνεύσουν την ομοιότητα στη δομή των οργανισμών (κοινή γενική εξελικτική γραμμή), τις διαφορές στη δομή των οργανισμών (επιμέρους εξελικτικές τάσεις), και αν οι αρτίγονοι ελέφαντες υπήρχα πάντα και αν όχι πώς προέκυψαν.  Καλούνται επίσης να σχολιάσουν τη διαδικασία που έχουν προκύψει αυτές οι μορφές στην πορεία του χρόνου, και γιατί άλλες μορφές έχουν εξαφανιστεί, άλλες προέκυψαν και άλλες συνυπήρχαν χρονικά. Τέλος καλούνται να απαντήσουν και να αιτιολογήσουν την απάντησή τους για το αν οι αρτίγονοι ελέφαντες θα συνεχίσουν να υπάρχουν ή όχι και με ποια διαδικασία θεωρούν ότι θα γίνει αυτό.

Στην επόμενη διδακτική ώρα παρουσιάζονται οι εργασίες. Λύνονται τελικές απορίες και παρανοήσεις. Το στάδιο της παρουσίασης αποτελεί και τμήμα της Εξέτασης καθώς οι μαθητές θα βαθμολογηθούν για τις εργασίες τους.

Εξέταση

Η εξέταση πραγματοποιείται με τρεις τρόπους, σε τρία διαδοχικά χρονικά στάδια:

1) Ομαδική εργασία.

2)Ατομικό κουίζ ερωτήσεων κλειστού τύπου (διαδικτυακά). Το κουίζ πραγματοποιείται σε διαδικτυακή πλατφόρμα. Έχει συγκεκριμένη χρονική διάρκεια. Πραγματοποιείται μετά την παρουσίαση και βαθμολόγηση των εργασιών. Διορθώνεται και αποστέλλεται πίσω στον κάθε μαθητή με σχολιασμό.

3)Ατομικό διαγώνισμα στο τέλος όλης της διδακτικής ενότητας «Εξέλιξη» με τη φυσική παρουσία των μαθητών στην τάξη. Ενδεικτικό θέμα προς ανάπτυξη :

Θεωρούμε έναν μητρικό πληθυσμό από παμφάγα ψάρια μιας λίμνης. Λόγω γεωλογικών ανακατατάξεων δημιουργείται μία εφήμερη σύνδεση με μια άλλη λίμνη πλούσια σε φύκια. Κάποια ψάρια έχουν προλάβει να μεταφερθούν σε αυτή τη διπλανή λίμνη, ενώ στην αρχική λίμνη για κάποιο λόγο παρατηρείται έντονη αύξηση του πληθυσμού των γαρίδων. Επισκεπτόμαστε τις ίδιες λίμνες μετά από πολλές γενιές ψαριών και βλέπουμε ότι στην πρώτη λίμνη ζει πλέον ένα νέο σαρκοφάγο είδος, παρόμοιο με το αρχικό, ενώ στη δεύτερη λίμνη ζει ένα νέο φυτοφάγο είδος, παρόμοιο με το αρχικό. Τι μπορεί να έχει συμβεί, σύμφωνα με όσα διδαχτήκατε στο σημερινό μάθημα; Απαντήστε με μια σύντομη παράγραφο περίπου 100 λέξεων χρησιμοποιώντας τις λέξεις: μεταλλάξεις, προσαρμογές, φυσική επιλογή, γενετικός φραγμός, γονίδια, κληρονόμηση, ειδογένεση.