“自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”的模擬活動(dòng)

1、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”的模擬活動(dòng)“自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”是人教版高 中生物教材遺傳與進(jìn)化模塊中的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)。自然選 擇的具體過(guò)程怎樣 ?自然選擇是如何影響種群基因頻率的呢 教材中采用了構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法，步驟如下：(1)創(chuàng)設(shè)數(shù)字化情況： 1870 年，樺尺蠖種群基因頻率如下：SS為10%、Ss為20%、ss為70%、S基因頻率為 _% 在樹干變黑的環(huán)境下，不利淺色樺尺蠖的生存，每年減少 10%，黑樺尺蠖每年增加 10%。(2) 計(jì)算210年間，SS、Ss、ss三種基因型個(gè)體的相對(duì) 數(shù)量變化。(3) 將計(jì)算結(jié)果記錄到表 1 。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：在學(xué)習(xí)過(guò)程中，獲得知識(shí)

2、的多 少取決于學(xué)習(xí)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、體驗(yàn)去建構(gòu)有關(guān)知識(shí)的能力，而 不取決于學(xué)習(xí)者記憶教師講授內(nèi)容的能力。教材編寫人員在 教材基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬探究活動(dòng)，力求讓學(xué)生在直觀 的感受和計(jì)算中體會(huì)生物進(jìn)化的具體過(guò)程，在活動(dòng)中逐步培 養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題與交流、合作的能力，以期提高學(xué)生的 生物科學(xué)素養(yǎng)。1 活動(dòng)簡(jiǎn)介1.1 過(guò)程簡(jiǎn)介 在該模擬實(shí)驗(yàn)中，用鋪有黑紙的講臺(tái)代表被煤煙污染的 環(huán)境，黑、白兩種小卡片分別代表深、淺兩種樺尺蠖，三名 學(xué)生分別模仿樺尺蠖的天敵，如：各種鳥類。教師用計(jì)時(shí)器 控制時(shí)間，讓 3 名學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)比賽抓取 （捕捉 ）卡片， 然后組織學(xué)生統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)前后各種卡片的數(shù)量和并計(jì)算s、 s的基

3、因頻率。1.2 活動(dòng)器材 背面寫有SS的黑色卡片10張（代表10%的深色樺尺 蠖）、背面寫有Ss的黑色卡片20張（代表20%的深色樺尺蠖）、 背面寫有ss的白色紙卡片70張（代表70%的淺色樺尺蠖）； 計(jì)時(shí)器一只；鋪有黑紙的講臺(tái)。2 活動(dòng)過(guò)程2.1 導(dǎo)入新課 教師首先呈現(xiàn)多幅幻燈片，讓學(xué)生找出“花叢中的蝴 蝶”、“隱藏在叢林里身著迷彩服的戰(zhàn)士”以及英國(guó)曼徹斯特 地區(qū)不同時(shí)期的樺尺蠖，進(jìn)而以問(wèn)激疑：自然選擇是生物進(jìn) 化的原因，那么自然選擇是如何推動(dòng)生物的進(jìn)化 ?生物進(jìn)化的 本質(zhì)又是什么呢 ?今天我們將通過(guò)一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這兩 個(gè)問(wèn)題。教師請(qǐng)學(xué)生自主閱讀課本 116-117 頁(yè)實(shí)驗(yàn)的 1、2 兩

4、段， 并觀察講臺(tái) （鋪有黑紙 ）和卡片，猜一猜這些卡片分別代表什 么?2.2 提出問(wèn)題 教師聯(lián)系畫面及卡片，讓學(xué)生進(jìn)入“模擬環(huán)境” ，進(jìn)而 設(shè)問(wèn)：在被嚴(yán)重污染的曼徹斯特地區(qū)，什么顏色的樺尺蠖最容 易被它們的天敵發(fā)現(xiàn)進(jìn)而被捕食呢 ?與樺尺蠖體色相關(guān)的 s、s 基因頻率會(huì)如何變化呢 ? 這種基因頻率變化與自然選擇之間有必然的聯(lián)系嗎 ?2.3 作出假設(shè) 教師留出時(shí)間讓學(xué)生充分討論交流，待意見相對(duì)統(tǒng)一后 請(qǐng)學(xué)生發(fā)表各自的看法， 師生共同討論后形成假設(shè) （自然選擇 可以使種群的基因頻率發(fā)生定向改變 ）。2.4 實(shí)施探究2.4.1 設(shè)計(jì)表格，處理數(shù)據(jù) 教師不斷設(shè)疑以問(wèn)題串的形式逐步呈現(xiàn)： 需要在實(shí)驗(yàn)前對(duì)數(shù)

5、據(jù)進(jìn)行處理嗎 ?怎么處理 （算出桌面上這個(gè) “樺尺蠖的種群” 的基因型頻 率和基因頻率，如表中“實(shí)驗(yàn)前”數(shù)據(jù) ）?每一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果都要進(jìn)行記錄處理嗎?可以以什么方式記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （設(shè)計(jì)表格嗎 ）?如何設(shè)計(jì)呢 （表格如表 2 所示 ）?2.4.2 模擬“捕捉” ，及時(shí)計(jì)算教師選好“天敵” 、布置好任務(wù)后，宣布“捕捉”開始， 同時(shí)開始計(jì)時(shí)， “捕捉”結(jié)束后組織學(xué)生統(tǒng)計(jì)各種基因型的 個(gè)體數(shù)。然后教師繼續(xù)設(shè)問(wèn)導(dǎo)學(xué)： 剛才三位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程模擬的是生物進(jìn)化中的什么 過(guò)程?經(jīng)過(guò)“自然選擇”之后，該模擬種群中相應(yīng)的基因型頻 率和基因頻率會(huì)發(fā)生什么變化 ?哪種樺尺蠖更適應(yīng)環(huán)境呢 ?請(qǐng) 大家通過(guò)計(jì)算說(shuō)明 （如表

6、2 中“第一次實(shí)驗(yàn)后”數(shù)據(jù) ）。如果繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，你能預(yù)測(cè)一下“第二次實(shí)驗(yàn)后”的大致 數(shù)據(jù)嗎?2.4.3 繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，及時(shí)釋疑教師重新選擇“天敵” 、布置任務(wù)，以驗(yàn)證上述預(yù)測(cè)進(jìn) 而得出結(jié)論。但實(shí)際教學(xué)中學(xué)生會(huì)有疑問(wèn)，如：在進(jìn)行第二 次實(shí)驗(yàn)前，是不是該對(duì)原來(lái)的種群適當(dāng)補(bǔ)充一些新生的個(gè)體 ? 因?yàn)檫@期間樺尺蠖還在不斷地繁衍后代嗎 ?教師可以讓學(xué)生討論分析：確實(shí)應(yīng)該少量補(bǔ)充 ! 大致按照怎樣的比例添加黑白卡片 ? 如果不補(bǔ)充對(duì)以后的實(shí)驗(yàn)影響大嗎 ? 借此機(jī)會(huì)可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的能 力。在成功釋疑之后再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)、 獲取數(shù)據(jù) （如表 2 中“第二 次實(shí)驗(yàn)后” ）。2.4.4 分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論

7、獲得了表 2 中的兩組數(shù)據(jù)之后，教師因勢(shì)利導(dǎo)，讓學(xué)生 就 s、s 基因頻率發(fā)生改變的趨勢(shì)， 生物進(jìn)化與基因頻率變化 之間的關(guān)系展開討論和交流，并讓學(xué)生匯總后分別匯報(bào)。最后師生共同小結(jié)得出結(jié)論： 生物的進(jìn)化與基因頻率的變化趨勢(shì)是一致的，即：生物 進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率改變，自然選擇決定了生物進(jìn)化 的方向。2.4.5 繼續(xù)探究，升華情感 經(jīng)過(guò)了兩次模擬活動(dòng)，學(xué)生已經(jīng)進(jìn)入了“自然選擇”的 情境， 較為直觀、 深刻地了解了 “自然選擇” 的過(guò)程和本質(zhì)， 此時(shí)，教師還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上布置繼續(xù)探究的任務(wù)，以喚起 學(xué)生保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任感。教師可繼續(xù)以問(wèn)題導(dǎo)學(xué)的方式引導(dǎo)學(xué)生思考：如果我們 請(qǐng) 6 名同學(xué)同時(shí)完成該實(shí)驗(yàn)， 你認(rèn)為 s、s 基因頻率的變化與表中數(shù)據(jù)會(huì)有什么不同嗎 ?假如英國(guó)政府致力于對(duì)該地區(qū)環(huán)境污染的治理，若干年 后曼徹斯特地區(qū)面貌一新， 樹干上又長(zhǎng)滿了淺色的地衣， 深、 淺兩種樺尺蠖