.第7章 現代生物進化理論第2節 現代生物進化理論的主要內容一 種群基因頻率的改變與生物進化（第一課時）馬鞍山松源培正中學 楊衛紅【教材分析】學生在初中已學習了生物進化的證據、歷程和自然選擇學說等內容。教材第一節中，首先在初中生物課學習了生物的遺傳和變異等知識的基礎上，分別闡述了拉馬克和達爾文的生物進化學說，通過二者的對比，可以看出達爾文的學說是更加科學和完善的，成為現代生物進化理論的基礎。當然，達爾文的自然選擇學說由于受到時代的限制，也有許多不足之處。本節主要內容就是：近些年來，生物學家將遺傳學、生態學等研究成果引入到進化論的研究中，形成了以自然選擇學說為基礎的現代生物進化理論。從拉馬克的進化論到達爾文的自然選擇學說再到現代生物進化理論，進化論在不斷完善發展，因此，生物進化理論的繼承與發展是本章的一條很重要的主線，學生可從學習中體會科學發展是一個動態的過程，它是在不斷的懷疑和求證、爭論和修正中向前發展，從而在思想情感上激發學生勇于質疑與創新的精神。【教學目標】1解釋種群、種群基因庫、基因頻率等概念；2運用數學方法討論種群基因頻率的變化；3培養學生處理資料和數據的能力，并培養學生以事實或實驗結果為依據得出結論的科學態度；【教學重難點】教學重點：種群、基因頻率等概念；教學難點：1基因頻率的概念；2自然選擇對種群基因頻率的影響；【課時安排】2課時（本節是第1課時）【教學策略】本次教學設計我做如下了些改動：1統一數據：為了避免學生陷入繁雜的數據處理，本教學設計將涉及到的所有案例的數據全部統一，并采用表格的形式呈現，既直接又明了，還非常容易發現數據當中隱藏的規律；2案例教學：一個案例（樺尺蠖案例），貫穿始終，學生熟悉題意，省去了很多閱讀和審題的時間，但層層挖深，提問多樣，真正地實現一題多問，舉一反三。先分析親本的基因型頻率和基因頻率；再分析理想條件下，后代的基因型頻率和基因頻率；再分析非理想條件下（有自然選擇），后代的基因型頻率和基因頻率，逐步引領學生認識進化的實質；3模型實驗：在進行數據統計的環節，引入數學模型進行分析，發現樺尺蠖體色前后變化的規律，但通過模擬實驗，推理出引起此變化的本質，較為真實地還原了科學家們研究的方法和推理的過程；【教學過程】學習階段教師組織和引導學生活動教學意圖復習引入【設問導入】上節課我們學習了達爾文的自然選擇學說，主要內容是什么？回顧主要內容：過度繁殖、遺傳變異、生存斗爭、適者生存復習并為后面內容打下伏筆問題探討思考自然選擇學說存在歷史局限性？1以生物個體為進化單位合適嗎？2遺傳的本質是什么？變異的來源又是什么？3獲得性遺傳正確嗎？學生思考回答：達爾文的三個局限性分析理論的不足，同時引出課題：“現代生物進化理論”種群是生物進化的基本單位思考：樺尺蠖的翅色是淺色(基因型為ss)，偶然出現一黑色的變異個體（基因型為Ss），且S對s是顯性，若黑色翅比淺色翅更適應環境。（1）這一有利變異的個體能永遠生存下去嗎？（2）該個體中的有利基因S，如何保留？（3）即使Ss的個體能夠繁殖，后代都是黑色個體嗎？相關概念介紹種 群：生活在一定區域的同種生物的全部個體叫做種群。基 因 庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因；基因頻率：在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數的比率基因頻率的計算方法：案例1某樺尺蠖種群中，黑色翅的基因為S， 淺色翅的基因位s，抽樣調查100個個體，測得基因型為SS、Ss、ss的個體分別為10、20、70個、問每種基因型頻率是多少？S、s基因頻率是多少？基因型頻率= 該基因型個體數 / 該種群個體總數 基因頻率= 種群中該基因的數目 / 全部等位基因的總數 = 純合子基因型頻率 + 1/2雜合子基因型頻率通過思考，學生發現個體作為進化單位存在的問題，同時引出基因庫、基因型頻率、基因頻率的概念。分析計算，發現基因頻率的計算方法幫助學生建立基本概念，并培養學生分析處理資料和數據的能力在自由交配等理想條件下，討論下一代種群基因組成的變化案例2：某樺尺蠖種群，黑色翅基因為S， 淺色翅基因為s，抽樣調查100個個體，測得基因型為SS、Ss、ss的分別為10、20、70個、若該種群為親本，如果讓該種群隨機交配，沒有遷入和遷出，無自然選擇，無突變，根據孟德爾分離定律計算：（1）該種群產生的S、s配子的比率各是多少？（2）F1代的基因型頻率各是多少？（3）F1代種群的基因頻率各是多少？（4）將計算結果填入表格，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會改變嗎？計算理想條件下種群基因頻率幫助學生理解種群是生物進化基本單位學生計算，教師分析總結：（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代的基因型頻率和基因頻率：P S =20% s =80% S（20%）s（80%）S（20%）SS（4%）Ss（16%）s（80%）Ss（16%）ss（64%）F1 （4）種群的基因頻率不會改變師生討論：以種群為研究單位，在理想條件下，種群中的基因頻率是不改變的，種群是生物進化的基本單位生物進化實質提出問題通過材料，設置情境 “工業黑化”現象：材料1. 19 世紀中葉以前，英國曼徹斯特地區的樺尺蠖幾乎都是淺色型，該種群中S 基因頻率只有5%以下。到20 世紀中葉，黑色的樺尺蠖成了常見類型，S基因頻率上升到95%以上。材料2. 19 世紀中葉以前曼徹斯特地區的樹干上長滿了淺色的地衣，而后來工業發展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，樹皮熏成了黑色。學生閱讀課本上P116，并提出問題：s基因頻率為什么越來越少？提供材料，創設問題情境作出假設組織活動：“抓蟲子”規則：有一個同學操作，另一學生計時，記錄將10只白色樺尺蠖、10只黑色樺尺蠖分別用鼠標拖在相應位置所需時間；并由此做出假設：黑褐色環境的選擇作用使s基因頻率越來越低一學生操作；另一學生計時，其他同學幫忙計數；通過實驗創設的情境，讓學生作出假設實驗探究：引導學生設計實驗，證明自然選擇在“工業黑化”中的作用，最后提供參考資料：參考資料：20世紀50年代，有人做了這樣實驗：將黑色樺尺蠖和淺色樺尺蠖標記后，放養在工業區和沒有污染的非工業區，一段時間后，將回收有標記個體，結果工業區回收的黑色樺尺蠖遠多于灰白色，而在非工業區，回收的淺色樺尺蠖遠多于暗黑色 。學生思考，設計實驗拓展延伸，培養學生設計實驗，科學探究的能力。數學建模案例3：淺色個體每年增加10%，黑色個體每年減少10%，幾年內，樺尺蠖種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少？（自然選擇條件）比較兩組數據：（理想條件）師生共同總結：自然選擇會使種群基因頻率發生改變學生分析數據發現：在自由交配等理想條件下種群的基因頻率是不變的，但是自然選擇可以使種群的基因頻率發生定向改變！培養學生分析處理資料和數據的能力，比較2組數據，讓學生理解自然選擇的實質討論問題：問題1：自然選擇的本質是什么？問題2：如果自然選擇是針對種群的基因進行的，它會導致種群發生什么變化？問題3：除了選擇，還有哪些因素會導致種群基因頻率發生變化？問題4：種群基因頻率的改變與生物進化有什么關系？得出結論：進化的實質是種群基因頻率的改變學生思考討論通過問題，層層深入，引導學生發現進化實質課堂延伸簡要回顧今天的內容，并介紹生物進化理論在發展拓展學生視野，以持續發展和兼容并蓄的觀點看待科學理論【課后反思】本堂課的教學設計，以問題為紐帶，通過一個樺尺蠖種群進化的過程分析，學生是以探索者、研究者的身份投入學習的。學生通過獨立思考，親身體驗科學不是一個靜態的體系，而是一個不斷發展的動態過程；在科學領域沒有終極真理，存在質疑和爭論不僅是正常的，而且能促進科學的進步。這樣學生不僅掌握了知識，更重要的是進一步樹立生物進化的觀點和辯證唯物主義觀點，加深對科學本質的理解和感悟，提高了能力。這樣處理，比通常由教師簡單地講述，灌輸知識要強得多，學生對這一知識的理解和掌握也就更深更牢固。通過多媒體的輔助活躍了課堂氣氛。將一些本來不太好理解的問題簡單化，取得了較好的效果，也得到了學生的認可。主動學習的學生比例也進一步增大。讓學生真正地“動”起來，那要對教師提出更高的要求。最后