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2019-2020年高中生物 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容 第1課示范教案 新人教版 ●從容說課 這節(jié)課文章一開頭就向我們展示了“會說話”的基因，采取此擬人化的手法目的是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，促進(jìn)學(xué)生積極的思考。讓學(xué)生把自己想象成虎體內(nèi)的一個基因，怎樣才能使自己在后代中擁有更多的拷貝呢?那就要表現(xiàn)得比其他基因優(yōu)秀。怎樣才算優(yōu)秀呢?就是所控制的性狀適應(yīng)性強(qiáng)。這樣就自然將進(jìn)化、適應(yīng)和基因這三個核心概念聯(lián)系起來，基因頻率的概念也就呼之欲出。 本節(jié)課分為兩小節(jié)來教學(xué)，第一小節(jié)包括三部分內(nèi)容：種群是生物進(jìn)化的基本單位，突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料，自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。為什么說種群是生物進(jìn)化的基本單位?這是本節(jié)的重點和難點之一。教材主要說明兩點：一是說明個體不是進(jìn)化的基本單位，一個個體適應(yīng)能力無論多強(qiáng)，如果它的基因不能傳給后代，它在進(jìn)化上就沒有貢獻(xiàn)，如騾。二是種群是生物繁殖的基本單位，它是指同種生物中一群能夠自由交配的個體。如果同種生物的兩個異性個體相距遙遠(yuǎn)，沒有機(jī)會交配，它們就分別屬于兩個種群，這兩個種群是獨(dú)立進(jìn)化的，假以時日，有可能演變?yōu)閮蓚€物種。需要說明的是，對種群是進(jìn)化的基本單位的理解，只通過學(xué)習(xí)教材上這個標(biāo)題下的內(nèi)容是不夠的，還需要通過后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。 在“種群是生物進(jìn)化的基本單位”標(biāo)題下，還重點講述了基因庫和基因頻率的概念，并安排了“思考與討論”。這個“思考與討論”活動對于學(xué)生達(dá)成本小節(jié)知識目標(biāo)十分重要，其中第1題實際上涉及群體遺傳學(xué)中“哈代—溫伯格平衡”的內(nèi)容，學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的遺傳學(xué)知識完全可以得出答案，認(rèn)識到在五個假設(shè)條件成立時，種群基因頻率會保持代代相同。這個活動中的第2、3題，引導(dǎo)學(xué)生分析出在自然界這五個假設(shè)條件不可能同時具備，因此，種群基因頻率會不斷變化。這就為本小節(jié)第二部分“突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料”奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)于本小節(jié)第二部分，由于在本模塊遺傳部分已經(jīng)講述了可遺傳變異的三個來源，因此，這里著重講述突變率以及突變在進(jìn)化中的意義。關(guān)于本小節(jié)第三部分，教材主要通過“探究——自然選擇對種群基因頻率變化的影響”來完成。這項探究強(qiáng)調(diào)的是運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，而不是用實驗材料來實際操作，對科學(xué)探究能力的全面提高具有獨(dú)特價值。 第二小節(jié)《隔離與物種的形成》包括物種的概念和隔離在物種形成中的作用兩部分。引言與第一小節(jié)相銜接，自然引出怎樣判斷兩個種群是否屬于一個物種的問題。 關(guān)于物種的概念，目前還沒有一個完全統(tǒng)一的定義，分類學(xué)上的物種主要依據(jù)的是形態(tài)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)化論中的物種主要依據(jù)的是遺傳學(xué)標(biāo)準(zhǔn)——以能否自由交配為標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)學(xué)上又主要以生態(tài)要求是否一致為標(biāo)準(zhǔn)。本小節(jié)物種的定義采取的是遺傳學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在定義之前有一個狀語：“在遺傳學(xué)和進(jìn)化論中”。 關(guān)于隔離在物種形成中的作用，首先交代了隔離的概念，包括生殖隔離和地理隔離等。接下來安排“資料分析”活動，讓學(xué)生通過分析加拉帕戈斯群島上地雀的物種分化過程，來認(rèn)識隔離在物種形成中的作用。 第三小節(jié)《共同進(jìn)化與生物多樣性的形成》包括共同進(jìn)化、生物多樣性的形成和生物進(jìn)化理論在發(fā)展三部分內(nèi)容。共同進(jìn)化包含兩層含義：一是不同物種間的共同進(jìn)化，二是生物與無機(jī)環(huán)境之間的相互影響和共同演變。關(guān)于物種間的共同進(jìn)化，教材通過兩個實例來說明，并且指出捕食者的存在客觀上有利于被捕食者種群的發(fā)展，有利于增加物種多樣性，這對于培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維具有重要意義，也較好地體現(xiàn)了學(xué)習(xí)生物學(xué)的價值。 關(guān)于生物多樣性的形成，首先指出生物多樣性包括基因多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性，接著講述了生物進(jìn)化的幾個重要階段。需要說明的是，這里講述的不僅是物種的更替，而且包括地球環(huán)境的變遷和生態(tài)系統(tǒng)的演變，包括生物與環(huán)境之間的相互作用，體現(xiàn)了共同進(jìn)化的觀點。 本小節(jié)第三部分，教材簡單介紹了中性學(xué)說和間斷平衡說，讓學(xué)生認(rèn)識到在進(jìn)化論領(lǐng)域至今仍有不同觀點，進(jìn)化理論仍在不斷發(fā)展，同時也再次強(qiáng)調(diào)以自然選擇學(xué)說為核心的進(jìn)化理論的重要地位。在介紹不同觀點時，需要把握好主流觀點和其他觀點之間的尺度。 ●三維目標(biāo) 1.知識與技能 （1）解釋種群、種群基因庫、基因頻率等概念。 （2）運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的改變。 （3）說明現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容。 （4）舉例說明共同進(jìn)化和生物多樣性形成的原因。 （5）形成生物進(jìn)化的觀點和生物進(jìn)化理論在發(fā)展的觀念。 （6）培養(yǎng)學(xué)生收集資料和數(shù)據(jù)的能力以及處理資料和數(shù)據(jù)的能力。 （7）運(yùn)用生物進(jìn)化觀點解釋一些生物現(xiàn)象。 （8）通過教學(xué)活動使學(xué)生學(xué)會抽樣調(diào)查的方法。 2.過程與方法 采用互動式教學(xué)模式，由教師提供討論素材，組織引導(dǎo)學(xué)生討論、活動，最后由師生共同總結(jié)的形式進(jìn)行。 3.情感態(tài)度與價值觀 （1）通過引導(dǎo)學(xué)生分析調(diào)查或?qū)嶒炈〉臄?shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生以事實或?qū)嶒灲Y(jié)果為依據(jù)得出結(jié)論的科學(xué)態(tài)度。 （2）通過教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生“生物是進(jìn)化來的”“生物的進(jìn)化與環(huán)境密切相關(guān)”的思想觀念，幫助學(xué)生樹立辯證唯物主義的認(rèn)識觀。 ●教學(xué)重點 1.種群、物種、隔離、基因頻率等概念。 2.突變和基因重組、自然選擇、隔離在生物進(jìn)化中的作用。 ●教學(xué)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。 3.隔離在物種形成中的作用。 ●教具準(zhǔn)備 大量的電子圖片和動畫。 ●課時安排 4課時 第1課時 ●教學(xué)過程 ［課前準(zhǔn)備］ 1.搜集相關(guān)電子圖片和生物進(jìn)化有關(guān)的影音文件或f1ash，并制作成教學(xué)課件。 2.制定學(xué)生課前預(yù)習(xí)的提綱。 （1）通讀課文。 （2）思考“問題探討”中的2個問題。 （3）思考“本節(jié)聚焦”中的3個問題。 （4）復(fù)習(xí)數(shù)學(xué)課中學(xué)過的概率統(tǒng)計的相關(guān)知識和孟德爾遺傳規(guī)律。 （5）登陸此網(wǎng)站hongde.net/wcl/index.htm和中華博覽網(wǎng)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。 ［情境創(chuàng)設(shè)］ 通過語言陳述或設(shè)問與學(xué)生對話交流的形式復(fù)習(xí)有關(guān)進(jìn)化的基礎(chǔ)知識——達(dá)爾文進(jìn)化論的基本內(nèi)容。通過提出問題：“在達(dá)爾文進(jìn)化論的基礎(chǔ)之上，現(xiàn)代生物學(xué)的研究又有了什么新進(jìn)展？”引起學(xué)生的興趣，吸引學(xué)生的注意。 ［師生互動］ 引入（復(fù)習(xí)）：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的主要觀點，那么此觀點是什么？（答：略）請同學(xué)們根據(jù)此觀點，分析下面的情境： “如果在灰色翅（基因型為aa）昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅（基因型為Aa）的變異個體，且綠色比灰色更不容易捕食。那么，昆蟲的翅色將怎樣變化？” 學(xué)生討論：學(xué)生自由討論，并發(fā)表自己的看法。 提出質(zhì)疑：該綠色個體一定能被選擇下來嗎？為什么？ （教師要明確提出這個問題的教學(xué)意圖：讓學(xué)生通過討論，發(fā)現(xiàn)自然選擇學(xué)說中的某些觀點與現(xiàn)代遺傳學(xué)所揭示的遺傳和變異的本質(zhì)之間的矛盾，體會對自然選擇學(xué)說的修正是必然的） 學(xué)生回答：（學(xué)生的答案可能五花八門）可能有幾種答案：（1）綠色個體確實比灰色個體容易生存下來，昆蟲的翅色由灰色朝著綠色的方向進(jìn)化。（2）即使綠色個體不容易被捕食，也可能由于其他原因中途夭折。 提問：如果該綠色個體能很好地生活下來，它體內(nèi)的A基因怎樣才能傳遞給它的下一代呢？ 回答：（學(xué)生討論）只有通過有性生殖，才能將基因傳給子代，將基因A保留下來。 提問：如果Aa與其他個體交配生殖，后代還會是綠色嗎？ 學(xué)生活動：復(fù)習(xí)孟德爾遺傳規(guī)律，討論、分析子代的基因型和表現(xiàn)型以及基因型與表現(xiàn)型的關(guān)系。 回答：不一定。 教師講述：出現(xiàn)有利變異個體內(nèi)的有利基因只有在群體中，通過有性生殖才能世代延續(xù)，另外，有利變異的個體的后代不一定能真實遺傳。因此，研究生物的進(jìn)化，僅僅研究個體的表現(xiàn)形式是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還需要研究群體的基因組成的變化，這個群體就是種群。 種群是生物進(jìn)化的基本單位。 提問：怎樣的一群生物個體可以稱為種群呢？ 學(xué)生活動：閱讀教材。 回答：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體叫做種群。 課堂練習(xí)： 以下屬于種群范疇的是 A.一座山上所有的馬尾松 B.一塊草地上所有的昆蟲 C.一個池塘內(nèi)所有的魚類 D.一個公園內(nèi)所有的樹木 與學(xué)生一起進(jìn)行分析：首先讓學(xué)生復(fù)習(xí)種群的概念。 選項A指的是在一定自然區(qū)域內(nèi)（一座山）一種生物（馬尾松）全部的個體，符合種群的定義。選項B指的是在一定自然區(qū)域內(nèi)（一塊草地）的全部昆蟲，昆蟲并不是一種生物，而是多種生物的總和（綱），故不符合種群的定義。選項C、D與選項B原因基本相同，故答案選A。 提問：一個生物“種”或“物種”與種群有何區(qū)別？ 學(xué)生活動：學(xué)生討論并自由發(fā)表看法。 教師總結(jié)：物種可以分布在不同的自然界的不同區(qū)域，只有在可以發(fā)生隨機(jī)交配、繁衍，使基因能夠世代相傳的一定區(qū)域內(nèi)的同種全部個體的集合才是一個種群。 提問：人們?yōu)槭裁匆岢觥胺N群”這個概念呢？ 學(xué)生活動：學(xué)生討論，可以沒有結(jié)果。 教師歸納：自然界的物種實際上是以一個個種群存在的，種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。它為研究生物與環(huán)境的關(guān)系和物種的變化帶來了方便。 教師講述：性狀是由基因控制的，研究生物的進(jìn)化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化呢？由此人們提出了基因庫和基因頻率的概念。 提問：什么是基因庫？什么是基因頻率？ 學(xué)生活動：閱讀教材有關(guān)部分。 回答：一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫做這個種群的基因庫。在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比率，叫做基因頻率。 講解例題： 某昆蟲種群中，綠色翅的基因為A，褐色翅的基因為a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，AA、Aa、aa的個體分別占40、120、40，那么a和A的基因頻率各是多少？ 學(xué)生活動：學(xué)生計算并匯報計算結(jié)果和方法。 回答：種群基因A的頻率為50%，基因a的頻率為50%。 教師總結(jié)：某種基因的頻率= 等位基因的頻率之和等于1 鞏固練習(xí)：展示在投影上（或?qū)懺诤诎迳希寣W(xué)生當(dāng)堂練習(xí)加以鞏固。 在一個種群中隨機(jī)抽出一定數(shù)量的個體，其中基因型為AA的個體占18%，基因型為Aa的個體占78%，aa的個體占4%。那么基因A和a的頻率分別是多少？ 教師與學(xué)生一起分析： 解：設(shè)所抽出的個體數(shù)為n，則 ∵基因A的數(shù)量=n18%2 + n78%=1.14n 基因a的數(shù)量=n4%2 + n78%=0.86n 此對等位基因的總數(shù)=2n ∴基因A的頻率=1.14n/2n = 57%，基因a的頻率=1－57%= 43%。 提問：如果讓該種群隨機(jī)交配，依據(jù)孟德爾遺傳規(guī)律，子一代、子二代的基因型頻率和基因頻率又會怎樣呢？ 學(xué)生活動：學(xué)生計算（教師要加強(qiáng)引導(dǎo)，注意讓學(xué)生計算并從結(jié)果中觀察基因頻率和基因型頻率變化的規(guī)律） 提問：從計算結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象？ 回答：基因頻率在親子代之間是穩(wěn)定不變的，基因型頻率到了子二代也會穩(wěn)定下來。 提問：自然界種群的基因頻率能世代不變嗎？為什么？ 學(xué)生活動：討論要使種群基因頻率不發(fā)生變化，此種群應(yīng)具備哪些條件？學(xué)生自由發(fā)表看法。 教師歸納：要使種群的基因頻率世代不變，要滿足以下條件： ①該種群非常大；②所有的雌雄個體都能自由交配；③沒有遷入和遷出；④自然選擇對不同表現(xiàn)型的生物個體沒有作用；⑤這對基因不發(fā)生突變和攜帶者對基因的染色體不發(fā)生異常。這五個條件都是影響種群基因頻率變化的原因。顯然要全部滿足這五個條件是不可能的，即使?jié)M足了前四個條件，基因突變和染色體變異總是會發(fā)生的。 提問：影響種群基因頻率變化的根本原因是什么？ 回答：變異。 （為下一課時的教學(xué)作好鋪墊） ［教師精講］ 以生物個體為單位來研究生物的進(jìn)化，可以看出有局限性，有利的變異個體不一定能真實地遺傳。因此，研究生物的進(jìn)化，僅僅研究個體的表現(xiàn)形式是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還需要研究群體的基因組成的變化，也就是說，我們應(yīng)將種群作為研究生物進(jìn)化的基本單位。種群是指生活在一定區(qū)域內(nèi)的同種生物的全部個體。這里要求根據(jù)種群的概念能夠作出對種群的判斷。 研究生物的進(jìn)化要以種群為單位，研究種群就必須研究種群的基因組成和變化，即要掌握基因庫和基因頻率的概念和相關(guān)的計算?；驇焓侵敢粋€種群中全部個體所含有的全部基因?；蝾l率是指在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比率。關(guān)于基因頻率的計算我們要掌握計算的方法： 某種基因的頻率= 等位基因的頻率之和等于1 最后，我們要知道在各種環(huán)境因素的影響下種群的基因頻率不是世代不變的，而是在不斷變化的。 ［評價反饋］ 1.現(xiàn)在許多學(xué)者認(rèn)為，生物進(jìn)化的基本單位是 A.生物個體 B.同種生物的全部個體 C.種群 D.生活在一起的全部生物 解析：研究生物的進(jìn)化，僅僅研究個體的表現(xiàn)形式是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還需要研究群體的基因組成的變化，即要以種群為單位開展研究，故答案選C。 答案：C 2.根據(jù)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論，下列符合種群概念的是 A.太平洋里全部的魚 B.中華人民共和國國土上的所有人 C.稻田里全部的蛇 D.草原上的灰倉鼠 解析：選項A和C說的都是多種生物的總和，與種群定義不符；選項D指的是一種生物（物種）；選項B說的是在中華人民共和國這個區(qū)域內(nèi)全部的人（一種）。故答案選B。 答案：B 3.已知人眼的褐色（A）對藍(lán)眼（a）是顯性。在一個有30 000人的群體中，藍(lán)眼的有3 600人，褐眼的有26 400人，其中雜合子的個體有14 400人。那么，在這一個人群中A和a的基因頻率分別為 A.0.64和0.36 B.0.36和0.64 C.0.50和0.50 D.0.82和0.18 解析：此對等位基因（A+a）數(shù)目的總和=30 0002=60 000，基因a的數(shù)量=14 400+3 6002=21 600，基因A的數(shù)量=14 400+（26 400－14 400）2=38 400，根據(jù)公式： 某種基因的頻率= 等位基因的頻率之和等于1 代入公式得出，基因A的頻率=0.64，基因a的頻率=1－0.64=0.36，故答案選A。 答案：A 4.下列有關(guān)種群基因庫的敘述中，不正確的是 A.一個種群的基因庫包括這個種群所含有的全部基因 B.生物的個體總是要死亡的，但基因庫卻因種群個體的繁殖而代代相傳 C.種群中每個個體含有種群基因庫的全部基因 D.基因突變可改變基因庫的組成 解析：例如，基因庫中含有等位基因A和a，而在這個種群中就可能存在基因型為aa或AA的個體，故答案C不正確。 答案：C ［課堂小結(jié)］ 本節(jié)課要求掌握的是生物進(jìn)化的基本單位是什么？（種群）種群的概念和概念的應(yīng)用以及基因庫和基因頻率的概念和相關(guān)計算。掌握了這些知識才能使我們更好地去理解生物進(jìn)化的過程和實質(zhì)。 ［布置作業(yè)］ 課本P118基礎(chǔ)題第1、2題。 ［課后拓展］ 在豚鼠中，黑毛對白毛是顯性，如果基因庫中，90％是顯性基因B，10％是隱性基因b，則種群中基因型BB、Bb、bb的頻率分別是 A.81％、18％、1％ B.45％、40％、15％ C.18％、81％、1％ D.45％、45％、10％ 解析：此題可根據(jù)遺傳平衡定律公式來計算，如果用p代表基因B的頻率，q代表基因b的頻率。那么，遺傳平衡定律可以寫成：（p+q）2= p2 + 2pq + q2。其中p2代表一個等位基因B純合子的頻率，q2代表另一個等位基因b純合子的頻率，2pq代表雜合子Bb的頻率。如果一種群達(dá)到了遺傳平衡，其基因型頻率應(yīng)當(dāng)符合p2 + 2pq +q2 ＝1。 故可得出：BB基因型頻率=p2=（90％）2= 81％； Bb基因型頻率=2pq=290％10％= 18％； bb基因型頻率=q2=（10％）2= 1％。 答案：A ●板書設(shè)計 第2節(jié) 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容 一、種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化 （一）種群是生物進(jìn)化的單位 1.種群的概念 2.基因庫的概念 3.基因頻率的概念 4.基因頻率的計算方法