《现代生物进化理论的主要内容》教学设计

马鞍山松源培正中学杨卫红第1页第7章现代生物进化理论第2节现代生物进化理论的主要内容一种群基因频率的改变与生物进化（第一课时）马鞍山松源培正中学杨卫红【教材分析】学生在初中已学习了生物进化的证据、历程和自然选择学说等内容。教材第一节中，首先在初中生物课学习了生物的遗传和变异等知识的基础上，分别阐述了拉马克和达尔文的生物进化学说，通过二者的对比，可以看出达尔文的学说是更加科学和完善的，成为现代生物进化理论的基础。当然，达尔文的自然选择学说由于受到时代的限制，也有许多不足之处。本节主要内容就是：近些年来，生物学家将遗传学、生态学等研究成果引入到进化论的研究中，形成了以自然选择学说为基础的现代生物进化理论。从拉马克的进化论到达尔文的自然选择学说再到现代生物进化理论，进化论在不断完善发展，因此，生物进化理论的继承与发展是本章的一条很重要的主线，学生可从学习中体会科学发展是一个动态的过程，它是在不断的怀疑和求证、争论和修正中向前发展，从而在思想情感上激发学生勇于质疑与创新的精神。【教学目标】1．解释种群、种群基因库、基因频率等概念；2．运用数学方法讨论种群基因频率的变化；3．培养学生处理资料和数据的能力，并培养学生以事实或实验结果为依据得出结论的科学态度；【教学重难点】教学重点：种群、基因频率等概念；教学难点：1．基因频率的概念；2．自然选择对种群基因频率的影响；【课时安排】2课时（本节是第1课时）【教学策略】本次教学设计我做如下了些改动：1．统一数据：为了避免学生陷入繁杂的数据处理，本教学设计将涉及到的所有案例的数据全部统一，并采用表格的形式呈现，既直接又明了，还非常容易发现数据当中隐藏的规律；2．案例教学：一个案例（桦尺蠖案例），贯穿始终，学生熟悉题意，省去了很多阅读和审题的时间，但层层挖深，提问多样，真正地实现一题多问，举一反三。先分析亲本的基因型频率和基因频率；再分析理想条件下，后代的基因型频率和基因频率；再分析非理想条件下（有自然选择），后代的基因型频率和基因频率，逐步引领学生认识进化的实质；3．模型实验：在进行数据统计的环节，引入数学模型进行分析，发现桦尺蠖体色前后变化的规律，但通过模拟实验，推理出引起此变化的本质，较为真实地还原了科学家们研究的方法和推理的过程；马鞍山松源培正中学杨卫红第2页【教学过程】学习阶段教师组织和引导学生活动教学意图复习引入【设问导入】上节课我们学习了达尔文的自然选择学说，主要内容是什么？回顾主要内容：过度繁殖、遗传变异、生存斗争、适者生存复习并为后面内容打下伏笔问题探讨思考自然选择学说存在历史局限性？1．以生物个体为进化单位合适吗？2．遗传的本质是什么？变异的来源又是什么？3．获得性遗传正确吗？学生思考回答：达尔文的三个局限性分析理论的不足，同时引出课题：“现代生物进化理论”种群是生物进化的基本单位①思考：桦尺蠖的翅色是浅色(基因型为ss)，偶然出现一黑色的变异个体（基因型为Ss），且S对s是显性，若黑色翅比浅色翅更适应环境。（1）这一有利变异的个体能永远生存下去吗？（2）该个体中的有利基因S，如何保留？（3）即使Ss的个体能够繁殖，后代都是黑色个体吗？②相关概念介绍种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因；基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率③基因频率的计算方法：案例1某桦尺蠖种群中，黑色翅的基因为S，浅色翅的基因位s，抽样调查100个个体，测得基因型为SS、Ss、ss的个体分别为10、20、70个、问每种基因型频率是多少？S、s基因频率是多少？基因型频率=该基因型个体数/该种群个体总数基因频率=种群中该基因的数目/全部等位基因的总数①②通过思考，学生发现个体作为进化单位存在的问题，同时引出基因库、基因型频率、基因频率的概念。③分析计算，发现基因频率的计算方法帮助学生建立基本概念，并培养学生分析处理资料和数据的能力马鞍山松源培正中学杨卫红第3页=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率④在自由交配等理想条件下，讨论下一代种群基因组成的变化案例2：某桦尺蠖种群，黑色翅基因为S，浅色翅基因为s，抽样调查100个个体，测得基因型为SS、Ss、ss的分别为10、20、70个、若该种群为亲本，如果让该种群随机交配，没有迁入和迁出，无自然选择，无突变，根据孟德尔分离定律计算：（1）该种群产生的S、s配子的比率各是多少？（2）F1代的基因型频率各是多少？（3）F1代种群的基因频率各是多少？（4）将计算结果填入表格，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会改变吗？计算理想条件下种群基因频率帮助学生理解种群是生物进化基本单位⑤学生计算，教师分析总结：（1）S配子的比率=(10*2+20)/（100*2）=20%；s配子的比率=(70*2+20)/（100*2）=80%（2）（3）自由交配后F1代的基因型频率和基因频率：PS=20%s=80%F1（4）种群的基因频率不会改变师生讨论：以种群为研究单位，在理想条件下，种群中的基因频率是不改变的，种群是生物进化的基本单位♂♀S（20%）s（80%）S（20%）SS（4%）Ss（16%）s（80%）Ss（16%）ss（64%）生物进化实质①提出问题——通过材料，设置情境“工业黑化”现象：材料1.19世纪中叶以前，英国曼彻斯特地区的桦尺蠖几乎都是浅色型，该种群中S基因频率只有5%以下。到20世纪中叶，黑色的桦尺蠖成了常见类型，S基因频率上升到95%以上。材料2.19世纪中叶以前曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣，而后来工业发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，树皮熏成了黑色。学生阅读课本上P116，并提出问题：s基因频率为什么越来越少？提供材料，创设问题情境②作出假设——组织活动：“抓虫子”规则：有一个同学操作，另一学生计时，记录将10只白色桦尺蠖、10只黑色桦尺蠖分别用鼠标拖在相应位置所需时间；并由此做出假设：黑褐色环境的选择作用使s基因频率越来越低一学生操作；另一学生计时，其他同学帮忙计数；通过实验创设的情境，让学生作出假设③实验探究：引导学生设计实验，证明自然选择在“工业黑化”中的作用，最后提供参考资料：参考资料：20世纪50年代，有人做了这样实验：将黑色桦尺蠖和浅色桦尺蠖标记后，放养在工业区和没有污染的非工业区，一段时间后，将回收有标记个体，结果工业区回收的黑色桦尺蠖远多于灰白色，而在非学生思考，设计实验拓展延伸，培养学生设计实验，科学探究的能力。马鞍山松源培正中学杨卫红第4页工业区，回收的浅色桦尺蠖远多于暗黑色。④数学建模案例3：浅色个体每年增加10%，黑色个体每年减少10%，几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少？（自然选择条件）比较两组数据：（理想条件）师生共同总结：自然选择会使种群基因频率发生改变学生分析数据发现：在自由交配等理想条件下种群的基因频率是不变的，但是自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变！培养学生分析处理资料和数据的能力，比较2组数据，让学生理解自然选择的实质⑤讨论问题：问题1：自然选择的本质是什么？问题2：如果自然选择是针对种群的基因进行的，它会导致种群发生什么变化？问题3：除了选择，还有哪些因素会导致种群基因频率发生变化？问题4：种群基因频率的改变与生物进化有什么关系？得出结论：进化的实质是种群基因频率的改变学生思考讨论通过问题，层层深入，引导学生发现进化实质课堂延伸简要回顾今天的内容，并介绍生物进化理论在发展拓展学生视野，以持续发展和兼容并蓄的观点看待科学理论【课后反思】本堂课的教学设计，以问题为纽带，通过一个桦尺蠖种群进化的过程分析，学生是以探索者、研究者的身份投入学习的。学生通过独立思考，亲身体验科学不是一个静态的体系，而是一个不断发展的动态过程；在科学领域没有终极真理，存在质疑和争论不仅是正常的，而且能促进科学的进步。这样学生不仅掌握了知识，更重要的是进一步树立生物进化的观点和辩证唯物主义观点，加深对科学本质的理解和感悟，提高了能力。这样处理，比通常由教师简单地讲述，灌输知识要强得多，学生对这一知识的理解和掌握也就更深更牢固。通过多媒体的辅助活跃了课堂气氛。将一些本来不太好理解的问题简单化，取得了较好的效果，也得到了学生的认可。主动学习的学生比例也进一步增大。让学生真正地“动”起来，那要对教师提出更高的要求。最后要说的是，基因频率、基因型频率的相关计算也是学生理解本章节内容的很大的难题，如何将这些数据转化成现代生物进化理论的依据也是学生理解的现实难点，本节设计在这两处作了大胆的尝试，从实际教学效果来看，效果明显。这节研究课让我深深感到：开展诱导探究教学，进行课程改革，最根本是要转变教学观念，真正地让学生的主体性充分实现，能够在教师的诱导下，独立地完成学习任务。