種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化教學(xué)設(shè)計(jì)

1、種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化教學(xué)設(shè)計(jì)龍海一中 梁柳琴引言：課堂教學(xué)是教師與學(xué)生共同參與的過(guò)程。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體, 學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性、參與課堂教學(xué)的深度和廣度，直接影響教學(xué)過(guò)程的優(yōu)化，關(guān)系到素質(zhì)教育思想能否在課堂教學(xué)上真正落實(shí)到位。所以，學(xué)生有效地參與課堂教學(xué)是教學(xué)質(zhì)量提高，學(xué)生綜合素質(zhì)提升的關(guān)鍵。課堂教學(xué)中的另一個(gè)主體是教師，教師與學(xué)生的主體關(guān)系是平行的。教師精心地設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，創(chuàng)造和諧民主的教學(xué)環(huán)境，確保學(xué)生參與的時(shí)間與空間，精心創(chuàng)設(shè)問題情境，不斷地誘發(fā)學(xué)生思維的參與，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維的深化和創(chuàng)新能力的提高。所以，教師有效地參與課堂教學(xué)是落實(shí)教學(xué)目標(biāo)和方向的保證。課堂教學(xué)的有效參與已成為

2、實(shí)際教學(xué)中實(shí)現(xiàn)主體性教育目標(biāo)的一個(gè)重要切入點(diǎn)。教育理論的價(jià)值必須通過(guò)教學(xué)實(shí)踐來(lái)實(shí)現(xiàn)和發(fā)展，據(jù)此認(rèn)識(shí)，我在教學(xué)中自覺實(shí)踐，力求不斷地完善和提高。以下是我在2012年11月1日龍海市生物教研活動(dòng)的公開課的教學(xué)設(shè)計(jì),姑且當(dāng)做我對(duì)課堂教學(xué)有效參與的嘗試，希望能和同行們一起探討。一、教學(xué)內(nèi)容分析：本節(jié)是高中生物必修二第七章現(xiàn)代生物進(jìn)化理論核心章節(jié)，教學(xué)內(nèi)容主要以“用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化”、探究“自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響”等活動(dòng)為載體，發(fā)展學(xué)生科學(xué)分析問題的能力，嘗試用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行定量探究，體驗(yàn)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的科學(xué)探究方法，同時(shí)理解生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率定向的改變，進(jìn)一步樹立生物進(jìn)化的觀

3、點(diǎn)和辯證唯物主義觀點(diǎn)。二、學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析：在前面幾章的學(xué)習(xí)中，學(xué)生基本能較熟練應(yīng)用孟德爾遺傳定律分析生物的生殖過(guò)程，掌握了生物三種可遺傳變異的原理及特點(diǎn)，對(duì)自然選擇也有一定的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也具備一定的數(shù)據(jù)處理和邏輯推理能力等等，這些都是本節(jié)探究活動(dòng)順利進(jìn)行的保證。掌握基因頻率和基因型頻率的 概念，并應(yīng)用它們展開定量的探究活動(dòng)，這對(duì)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和邏輯推理能力提出較高要求。若基礎(chǔ)較薄弱的同學(xué)會(huì)在這些環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)中有一定的障礙，影響下一步探究的熱情。教學(xué)中注意對(duì)這部分學(xué)生的“幫扶”，保證“面向全體學(xué)生”。三、教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)：解釋種群、種群基因庫(kù)和基因頻率概念；說(shuō)明突變和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料；舉例

4、說(shuō)明自然選擇使種群基因頻率定向改變。能力：學(xué)會(huì)基因頻率的計(jì)算方法；運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的改變；情感態(tài)度與價(jià)值觀：體驗(yàn)?zāi)M探究問題的過(guò)程和方法，養(yǎng)成分析問題和科學(xué)思維的習(xí)慣。四、教學(xué)重點(diǎn)：基因頻率的概念及計(jì)算；數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化；分析突變和基因重組與生物進(jìn)化的關(guān)系；探究自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響。五、教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化；探究自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響六、教學(xué)思路：本小節(jié)內(nèi)容理論性和邏輯性較強(qiáng)，相關(guān)的數(shù)據(jù)處理較多，在學(xué)生課外充分預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，精心設(shè)計(jì)系列問題推進(jìn)教學(xué)過(guò)程，以引導(dǎo)學(xué)生討論、探究為主，結(jié)合老師講解與提升，利用多媒體輔助展示討論和探究的過(guò)程及

5、結(jié)果。相信是可以高效地完成教學(xué)任務(wù)。主要的思路如下：1、創(chuàng)設(shè)情境，活躍氣氛，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的思維。2、以定量研究種群的基因組成為思維起點(diǎn)，展開對(duì)基因頻率的概念及計(jì)算學(xué)習(xí)及數(shù)學(xué)方法討論其變化。3、以變異原理為基礎(chǔ)，分析突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料。4、探究自然選擇對(duì)種群基因頻率改變的影響，發(fā)現(xiàn)自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。5、課堂小結(jié)，種群基因頻率改變時(shí)生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)。七、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教師的組織和引導(dǎo)教學(xué)意圖問題討論導(dǎo)入新課種群是生物進(jìn)化的基本單位。種群基因庫(kù)、基因頻率、基因型頻率的概念及計(jì)算用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化原材料探究“自然選擇對(duì)種群基因頻率

6、變化的影響”自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。總結(jié)歸納用擬人化的方式思考問題，發(fā)現(xiàn)個(gè)體的壽命是有限的，但個(gè)體內(nèi)的基因是可以通過(guò)有性生殖在后代中延續(xù)并擴(kuò)散的。閱讀教材中種群的概念，思考：1、以下描述的生物群體是種群：a、一片草原上所有的蛇b、我國(guó)長(zhǎng)江所有白鰭豚c、漳州地區(qū)所有灘涂上的紅樹林。d、第二農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)所有的菠菜。2、一個(gè)種群中的個(gè)體是機(jī)械的集合在一起的嗎？“種群”與“物種”有區(qū)別嗎？閱讀教材中的相關(guān)定義，練習(xí)計(jì)算。同時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)算技巧：等位基因的頻率之和為1；常染色體上的基因頻率與基因型頻率之間的關(guān)系式。分析得出：欲求子代的基因頻率，要先通過(guò)遺傳分析得到子代的基因型頻率。復(fù)習(xí)孟德爾遺傳定律的適用條件

7、，推理得出：若孟德爾遺傳定律來(lái)分析解題，種群必須符合5個(gè)條件。進(jìn)行種群隨機(jī)交配的遺傳分析。計(jì)算并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出：理想狀態(tài)下，種群繁殖過(guò)程，基因型頻率從子一代開始保持不變?；蝾l率一直保持不變。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)遺傳平衡定律。舉例說(shuō)明種群中基因突變的普遍性，自然選擇普遍存在等等，理解自然界很難同時(shí)滿足這五個(gè)條件。（以教材中2道討論題展開）教材旁欄的知識(shí)鏈接。學(xué)生思考并表達(dá)與交流看法。缺失或重復(fù)改變基因頻率；易位和倒位似乎不改變基因頻率；單體變異會(huì)改變基因頻率，整倍體變異不一定改變基因頻率。等等分析發(fā)現(xiàn)：突變和重組都是隨機(jī)的、不定向的，得出它們能夠產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料，但不能決定進(jìn)化的方向。閱讀探究資

8、料并提出問題：淺色型樺尺蠖為什么越來(lái)越少？樺尺蠖種群中ss基因型頻率為什么越來(lái)越低？樺尺蠖種群中s（s）的基因頻率為什么越來(lái)越低（高）？樺尺蠖種群中s（s）基因頻率為什么定向改變了？分析原因作出假設(shè)：自然選擇是種群基因頻率發(fā)生定向的改變。討論探究思路,并表述：可以根據(jù)史實(shí)，對(duì)19世紀(jì)中葉的英國(guó)曼切斯特的樺尺蠖種群的基因型頻率賦予假設(shè)的數(shù)值，接著假設(shè)由于自然選擇，黑色樺尺蠖增加的比例，淺色樺尺蠖相應(yīng)減少的比例，然后逐年計(jì)算種群的基因型頻率，再計(jì)算基因頻率。統(tǒng)計(jì)比較數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，即可證明假設(shè)是否正確。制定并實(shí)施探究方案。課前預(yù)習(xí)并各小組創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問題情境，計(jì)算并制定表格統(tǒng)計(jì)結(jié)果。做出電子稿，課堂

9、上展示交流。分析結(jié)果，得出結(jié)論。結(jié)果：隨著黑色樺尺蠖比例逐年上升，s基因頻率也逐年上升。結(jié)論：自然選擇的使種群基因頻率發(fā)生定向改變，而且選擇壓力越大，改變幅度就越大。討論樹干變黑對(duì)淺色型的出生率的影響？直接接受選擇的是基因型還是表型？生物進(jìn)化的基本單位種群生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率的變化生物進(jìn)化的材料來(lái)源于突變和基因重組生物進(jìn)化的方向決定于自然選擇圖片情境創(chuàng)設(shè)：假如你是老虎體內(nèi)的一個(gè)控制有利性狀的基因，你有個(gè)愿望“我真的還想再活五百年！”。你覺得這個(gè)愿望可能實(shí)現(xiàn)嗎？總結(jié)：研究進(jìn)化，僅研究個(gè)體的適應(yīng)性是不夠的，還需要研究群體的基因組成及其變化指導(dǎo)閱讀通過(guò)答案解析，引導(dǎo)學(xué)生辨析種群的兩個(gè)“同一”性，

10、發(fā)現(xiàn)種群是自然界生物繁殖的基本單位，因此是生物進(jìn)化的基本單位。如何定量地描述種群基因組成？從定義推導(dǎo)出相應(yīng)的公式，方便記憶和應(yīng)用。有性生殖過(guò)程中，基因或分離或重組，那么種群基因頻率是否會(huì)改變？引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用孟德爾遺傳定律分析種群理想狀態(tài)下隨機(jī)交配產(chǎn)生后代的基因型頻率，進(jìn)而計(jì)算基因頻率。設(shè)計(jì)表格，便于觀察和發(fā)現(xiàn)規(guī)律。種群的基因頻率沒有變化，就意味著沒有進(jìn)化。顯然這是違背自然事實(shí)的。五個(gè)條件自然界都能滿足嗎？引導(dǎo)討論然后總結(jié)：生物的變異和自然選擇是普遍存在的，因此種群基因頻率變化時(shí)必然的?；蛲蛔兪欠N群基因頻率改變的最根本原因，它既豐富豐富種群基因庫(kù)，又改變基因頻率，其他變異方式呢？教師總結(jié)指出：從

11、理論上看，染色體變異具體方式對(duì)基因頻率的影響不同，但是染色體變異往往會(huì)影響個(gè)體生存能力甚至死亡或不育，因此，染色體變異可能改變基因頻率。生物進(jìn)化方向是何種因素決定的？引導(dǎo)學(xué)生相互評(píng)價(jià)，學(xué)會(huì)從表現(xiàn)型比例到基因型頻率再到基因頻率看待問題的深度和價(jià)值。指出自然選擇使各種環(huán)境因素的綜合。19世紀(jì)、20世紀(jì)已經(jīng)遠(yuǎn)去了，我們當(dāng)然不可能穿越回到那個(gè)年代在來(lái)個(gè)實(shí)地調(diào)查分析取證，用什么方法來(lái)證明我們的假設(shè)是否準(zhǔn)確？創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問題情境的方法探究點(diǎn)撥次年種群基因型頻率的計(jì)算方法。評(píng)價(jià)各小組的探究方案，肯定學(xué)生的科學(xué)態(tài)度及合作精神。關(guān)注學(xué)生對(duì)結(jié)果與結(jié)論表達(dá)?？偨Y(jié)：自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。樹干變黑不影響淺色型樺尺蠖

12、的生殖能力，但由于成活率的下降，所以其子代的出生率必然下降。直接作用于個(gè)體的表現(xiàn)型，但是間接作用于基因型，最終作用于種群的基因頻率。所以進(jìn)化的基本單位是種群，進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變?；蝾l率受多種因素的影響，其中基因突變是種群基因頻率改變的根本原因，自然選擇使種群基因頻率定向改變。布置作業(yè)。激發(fā)興趣導(dǎo)入種群的概念。訓(xùn)練學(xué)生準(zhǔn)確地掌握概念。導(dǎo)入概念學(xué)會(huì)快速準(zhǔn)確地計(jì)算基因頻率。導(dǎo)入“討論基因頻率變化”鞏固和提升遺傳定律的應(yīng)用。訓(xùn)練數(shù)據(jù)處理分析能力。導(dǎo)入自然條件的討論訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維嚴(yán)密性理解自然界中種群基因頻率變化是必然的。導(dǎo)入變異與進(jìn)化關(guān)系的分析。知識(shí)遷移，推理分析導(dǎo)入探究學(xué)會(huì)提出有價(jià)值

13、的問題表達(dá)能力解決問題的能力。合作精神的培養(yǎng)。表達(dá)能力回歸主題種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化。八、教學(xué)反思及改善方法： 這是我在2012年11月1日龍海市生物教研活動(dòng)的公開課,課后鄭玲玲老師認(rèn)真地組織了評(píng)課，同行的肯定和贊許讓我倍感欣慰，誠(chéng)懇建議更是讓我醍醐灌頂。至此，我覺得這節(jié)公開課不能只屬于我，我應(yīng)該和大家分享這節(jié)課的成果。這節(jié)課最大亮點(diǎn)是以問題驅(qū)動(dòng)思考，實(shí)現(xiàn)師生有效地參與課堂教學(xué)，一下幾點(diǎn)是我較為滿意的：用簡(jiǎn)練生動(dòng)的語(yǔ)言調(diào)動(dòng)學(xué)生的情緒，增進(jìn)師生之間的親和力。語(yǔ)言表達(dá)永遠(yuǎn)是老師獲勝的法寶，特別是這種理論性很強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，更需要老師智慧、幽默的語(yǔ)言來(lái)點(diǎn)亮學(xué)生的激情。這節(jié)課一開始我就用一句歌詞“

14、我真的很想再活五百年”吸引學(xué)生思考個(gè)體內(nèi)基因的命運(yùn)，在探究環(huán)節(jié)時(shí)，我用“穿越”的不可能性，引出“創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問題情境方法”。從學(xué)生生活中熱點(diǎn)話題引入生物學(xué)的問題思考，學(xué)生的思維積極性大大提高，他們的參與意識(shí)因此被誘發(fā)出來(lái)。 精心設(shè)置系列問題，推進(jìn)課堂教學(xué)。本節(jié)課幾個(gè)環(huán)節(jié)都是引導(dǎo)組織學(xué)生分析討論，得出結(jié)論。每一環(huán)節(jié)的結(jié)論形成影響下一環(huán)節(jié)的探討，這就需要老師做好充足引導(dǎo)準(zhǔn)備，帶領(lǐng)學(xué)生的思維不斷地向前延伸。課堂銜接問題是我重點(diǎn)琢磨的對(duì)象，“這個(gè)群體是生命系統(tǒng)哪一層次？”“如何定量描述種群基因組成？”有性生殖過(guò)程中，基因或分離或重組，那么種群基因頻率是否會(huì)改變？ “基因突變是種群基因頻率改變的根本原因，

15、其他變異方式呢？”“生物進(jìn)化的方向是哪個(gè)因素決定的？”每個(gè)問題都是學(xué)生在前一環(huán)節(jié)認(rèn)知的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，學(xué)生沿著這些問題思考討論，課堂思路清晰，學(xué)生的主體地位和老師指導(dǎo)作用都能體現(xiàn)。從學(xué)生的“思維最近發(fā)展區(qū)”出發(fā)構(gòu)建新知識(shí)。學(xué)生構(gòu)建新知識(shí)時(shí)，非常需要在原有的知識(shí)體系中找到連接點(diǎn)。本節(jié)課若沒有“孟德爾遺傳定律”和“變異原理和特點(diǎn)”兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)“牽線搭橋”，學(xué)生的思考和討論將無(wú)法進(jìn)行，可見有效的知識(shí)遷移是至關(guān)重要的。但是知識(shí)遷移有時(shí)需要老師關(guān)鍵的點(diǎn)撥，如討論種群基因頻率變化時(shí)，我在副板書中呈現(xiàn)隨機(jī)交配模型，為學(xué)生搭建了直觀的思維平臺(tái)，這樣學(xué)生后面的計(jì)算和分析就非常順利。這點(diǎn)我建議大家可以試一下。也許是我急于推進(jìn)教學(xué)進(jìn)度，壓縮了教學(xué)時(shí)間，導(dǎo)致的不足之處也是明顯的：學(xué)生探究過(guò)程未能有效深入。未能讓學(xué)生體驗(yàn)完整的探究過(guò)程，學(xué)生的表達(dá)交流的不夠充分，缺乏學(xué)生之間相互的評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，這影響了學(xué)生的主體地位的充分實(shí)現(xiàn)。學(xué)生的發(fā)散性思維未能很好的體現(xiàn)。課堂上學(xué)生的思考較為集中，沒有出現(xiàn)“意外”，這不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的形成。當(dāng)然“沒