高中生物-種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

“種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)播放短視頻：達(dá)爾文簡介，引出達(dá)爾文的局限性。回顧上節(jié)課所講知識：達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的局限性1.對于遺傳與變異的本質(zhì)，無法做出科學(xué)的解釋；2.對生物進(jìn)化的解釋局限于個(gè)體水平；3.強(qiáng)調(diào)物種形成都是漸變的結(jié)果，不能很好的解釋物種大爆發(fā)等現(xiàn)象?，F(xiàn)在生物進(jìn)化理論已經(jīng)對達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說進(jìn)行了修正和發(fā)展，現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容是什么？那么我們這節(jié)課就來學(xué)習(xí)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的第一部分——種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化。板書：種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化學(xué)習(xí)之前大家先觀察這樣一種生物——樺尺蠖，這種生物在遺傳學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)中都有重要的意義。它主要在夜間活動(dòng)，白天棲息在樹干上。自然狀態(tài)下，它的體色有深些的也有淺些的雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蠖之間能進(jìn)行相互雜交，黑色的樺尺蠖雜交能產(chǎn)生淺色的樺尺蠖，而淺色的樺尺蠖之間雜交，其后代都是淺色的。回答以下問題：1.若樺尺蠖的體色是由一對等位基因(B、b)控制的，那么這一相對性狀中顯性性狀是？隱性性狀是？并嘗試寫出淺色型和黑色型可能的基因型。2.19世紀(jì)中葉以前，樺尺蠖幾乎都是淺色型的，黑色型的樺尺蠖非常少。你認(rèn)為個(gè)別的黑色型的樺尺蠖最早出現(xiàn)的根本原因是什么？3.突變新出現(xiàn)的基因如何保留？由此可見，研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，因此，進(jìn)化的基本單位是種群。板書：一、種群是進(jìn)化的基本單位種群是進(jìn)化的基本單位，那么我們不妨用手中的材料構(gòu)建一個(gè)種群。學(xué)生活動(dòng)：使用棋子隨機(jī)構(gòu)建種群，并表示其基因組成(黑色代表S基因，白色代表s基因)。提出問題：1.構(gòu)建的種群個(gè)體數(shù)目是多少？2.假設(shè)以這個(gè)種群作為研究進(jìn)化的基本單位，那么我們應(yīng)該研究他們的表現(xiàn)型還是基因組成？3.這個(gè)種群由多少個(gè)基因組成？由幾種基因組成？每種基因所占比例是否相等？總結(jié)歸納：基因庫：一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因?；蝾l率：在一個(gè)基因庫中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比率。技能訓(xùn)練：1.某樺尺蠖種群共有100個(gè)個(gè)體，測得基因型為SS、Ss、ss的個(gè)體分別為30個(gè)、60個(gè)、10個(gè)。(1)計(jì)算S、s的基因頻率。(2)計(jì)算SS、Ss、ss個(gè)體的基因型頻率。提問，由學(xué)生描述計(jì)算過程。過渡：種群中的個(gè)體要通過繁殖完成基因的代代相傳，那么在繁殖過程中，種群的基因頻率會(huì)不會(huì)發(fā)生改變呢？2.現(xiàn)有一個(gè)樺尺蠖種群，測得基因型為SS、Ss、ss的個(gè)體分別占30%、60%、10%。假設(shè)該樺尺蠖種群非常大，所有雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，自然選擇對體色這一相對性狀沒有作用，基因S和s都不發(fā)生突變。(1)該種群產(chǎn)生的S、s配子的比率各是多少？(2)F1的基因型頻率各是多少？(3)F1的基因頻率各是多少？(4)F2的基因頻率各是多少？計(jì)算并展示，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行點(diǎn)撥和指導(dǎo)。得出結(jié)論：基因頻率不發(fā)生改變，從F1開始，基因型頻率也不再發(fā)生改變。由于基因頻率保持不變，下一代的基因型頻率也不會(huì)改變。提出問題：若S的基因頻率用p表示，s的基因頻率用q表示，并且p+q=1，則子代個(gè)體中SS、Ss、ss的基因型頻率分別是多少？總結(jié)歸納：遺傳平衡定律：(p+q)2=p2+2pq+q2=1強(qiáng)調(diào)存在條件：種群非常大，所有雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，自然選擇對這一相對性狀沒有作用，基因不發(fā)生突變。提出問題：在實(shí)際情況中基因頻率能永遠(yuǎn)保持不變？種群的基因頻率改變是不可避免的，而基因頻率一旦改變，我們就可以說這個(gè)種群發(fā)生了進(jìn)化。得出結(jié)論：生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率的改變。板書：生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率的改變。自然環(huán)境中有哪些因素會(huì)導(dǎo)致基因頻率的改變？自然選擇對基因頻率的改變有什么影響？模擬活動(dòng)：自然選擇對種群基因頻率變化的影響19世紀(jì)中期以前，樺尺蠖幾乎都是淺色型的。但隨著英國工業(yè)的發(fā)展，工廠排除的煤煙將樹皮熏成黑褐色。1.第一名同學(xué)確定1.第一名同學(xué)確定生活環(huán)境(白色卡或者黑色卡)。2.第二名同學(xué)隨機(jī)摸取2粒棋子并作記錄(黑-黑或黑-白：黑色樺尺蠖；白-白：淺色樺尺蠖)。3.第三名同學(xué)隨機(jī)抽取事件卡。根據(jù)事件卡上的內(nèi)容決定這只樺尺蠖的存活狀況。4.重復(fù)以上過程多次，每隔5次統(tǒng)計(jì)結(jié)果并計(jì)算存活個(gè)體的基因頻率。標(biāo)號“事件”含義A-3樺尺蠖存活下來。4-5樺尺蠖因疾病而死亡。6-K樺尺蠖的天敵殺死了其顏色與環(huán)境不同的樺尺蠖。小組展示并填寫表格：設(shè)計(jì)Excel表格，以曲線圖顯示學(xué)生模擬結(jié)果。由此可見，不同環(huán)境條件下，基因頻率變化的方向是不同的。即自然選擇決定了基因頻率朝著一定方向改變。在自然界中是不是也是如此呢？有學(xué)者調(diào)查研究了1850年到1950年工業(yè)革命前后曼徹斯特地區(qū)的樺尺蠖，得到如下數(shù)據(jù)：提出問題：1.在不同的環(huán)境中，樺尺蠖直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？2.基因頻率變化的趨勢有特定的方向，是由什么決定的？3.19世紀(jì)中葉以前，樺尺蠖幾乎都是淺色型的，黑色型的樺尺蠖非常少。你認(rèn)為黑色樺尺蠖出現(xiàn)的根本原因是什么？可遺傳變異的來源還有哪些？材料分析：材料1：染色體結(jié)構(gòu)的改變會(huì)使排列在染色體上的基因數(shù)目或者排列順序發(fā)生改變，從而導(dǎo)致性狀的變異。材料2：有性生殖的生物可以通過雜交而進(jìn)行基因重組，所提供的遺傳變異巨大。假設(shè)樺尺蠖的染色體有10對，估計(jì)含等位基因在4萬對以上。若無復(fù)等位基因，那么1對等位基因就可以形成3種基因型(AA、Aa、aa)，100對等位基因就可以產(chǎn)生3100≈1048種基因型。總結(jié)歸納：自然選擇決定進(jìn)化的方向。突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料。通過樺尺蠖的例子，人類的活動(dòng)對生物進(jìn)化的方向是有一定影響的。觀看視頻。總結(jié)：現(xiàn)代生物進(jìn)化理論——以達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說為核心1.種群是進(jìn)化的基本單位。進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變。2.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料。3.自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。學(xué)情分析學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，已經(jīng)對達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說進(jìn)行了學(xué)習(xí)，知道了自然選擇學(xué)說存在著一定的局限性，因此通過這個(gè)問題導(dǎo)入新課，更有利于學(xué)生接受和理解，并通過對局限性的分析展開教學(xué)，從而讓學(xué)生建立知識上的聯(lián)系。關(guān)于遺傳定律的一些計(jì)算(基因頻率的計(jì)算、自交、自由交配等問題的計(jì)算)，學(xué)生在第一章的學(xué)習(xí)中練習(xí)過，但是有所遺忘，因此在進(jìn)行“遺傳平衡定律”的教學(xué)時(shí)，應(yīng)設(shè)置問題，層層深入，幫助學(xué)生理解和接受相關(guān)知識。另外學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高，規(guī)范性不強(qiáng)，需要在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)規(guī)范學(xué)生學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)習(xí)慣。效果分析通過這節(jié)課的教學(xué)和適當(dāng)?shù)木毩?xí)，學(xué)生能夠?qū)_(dá)爾文的局限性和現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的內(nèi)容進(jìn)行對應(yīng)，了解了進(jìn)化的基本單位是種群，進(jìn)化的實(shí)質(zhì)在于基因頻率的改變，而突變和基因重組為進(jìn)化提供了原材料，進(jìn)而能夠理解自然選擇能夠促進(jìn)生物更好的適應(yīng)特定的生存環(huán)境，生物的適應(yīng)性進(jìn)化是自然選擇的結(jié)果。同時(shí)用數(shù)學(xué)方法討論自然選擇使基因頻率發(fā)生改變，進(jìn)一步加深了對進(jìn)化的理解。教材分析本節(jié)內(nèi)容是人教版高中生物學(xué)教材(必修2)《遺傳與進(jìn)化》第7章第2節(jié)“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容”的核心部分，既承接了上一節(jié)中“達(dá)爾文理論的局限性”，同時(shí)也為下一節(jié)學(xué)習(xí)“隔離和物種的形成”打下理論基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，前后順序邏輯嚴(yán)密，著重于“從性狀水平深入到基因水平，從個(gè)體水平上升華到種群水平”方面的闡述，使原有進(jìn)化理論得以修正和擴(kuò)展，而學(xué)生對“達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說”有了一定的認(rèn)識，因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，一方面通過對多個(gè)資料進(jìn)行分析，恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置問題情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考探究，逐步深入；另一方面引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作探究，小組交流，來完成相關(guān)的小組活動(dòng)和探究，實(shí)現(xiàn)教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)的突破。評測練習(xí)1．下列選項(xiàng)中，對種群的基因頻率沒有影響的是()A．自然選擇 B．基因突變C．染色體變異 D．自由交配2.下列有關(guān)基因庫的敘述中，錯(cuò)誤的是()A．基因庫指一個(gè)種群所含有的全部基因B．生物個(gè)體總要死亡的，但基因庫卻因種群個(gè)體的繁殖而代代相傳C．種群中每個(gè)個(gè)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3．下列有關(guān)基因頻率和生物進(jìn)化的關(guān)系，說法正確的是()A．生物只要發(fā)生進(jìn)化，基因頻率一定發(fā)生了改變B．基因頻率的改變不一定引起生物的進(jìn)化C．生物在進(jìn)化過程中不一定有基因頻率的改變D．自然選擇是影響基因頻率的唯一因素4．某植物種群中，AA基因型個(gè)體占30%，aa基因型個(gè)體占20%。請回答下面相關(guān)的問題。(1)A和a的基因頻率分別為________和________。(2)若該植物自交，后代中AA、aa基因型個(gè)體分別占________和________，這時(shí)A、a的基因頻率分別是______________和_______。(3)依現(xiàn)代生物進(jìn)化理論，這種植物在兩年中是否發(fā)生了進(jìn)化？________，理由是_________________________。(4)生物進(jìn)化的基本單位是________，進(jìn)化的原材料是由________提供的，生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是________。課后反思本節(jié)內(nèi)容容量較大，理論性和邏輯性較強(qiáng)，相關(guān)的數(shù)據(jù)處理較多，但教師通過合理的引導(dǎo)，并借助Excel表格減少學(xué)生的計(jì)算量，并直接展示曲線圖，更加直觀的展示結(jié)論。在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過合理的創(chuàng)設(shè)情景，提出問題，環(huán)環(huán)相扣，層層深入，逐步介紹種群、突變和基因重組以及自然選擇在進(jìn)化中的地位和作用，同時(shí)創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)模型，通過學(xué)生的小組合作探究，在積極探索中完成基因頻率的相關(guān)討論，但是在教學(xué)過程中，個(gè)別環(huán)節(jié)花費(fèi)時(shí)間較多，對學(xué)生啟發(fā)不夠，導(dǎo)致學(xué)生反應(yīng)不是很熱烈，應(yīng)該反思教學(xué)環(huán)節(jié)，對時(shí)間進(jìn)行合理的規(guī)劃，合理鍛煉學(xué)生能力。另外，在進(jìn)行“自然選擇決定進(jìn)化的方向”環(huán)節(jié)的教學(xué)時(shí)