種群基因組成的變化與物種的形成說課稿2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期生物人教版必修2

種群基因組成的變化１教材分析“種群基因組成的變化”是人教版高中《生物學(xué)·必修２·遺傳與進(jìn)化》第６章第３節(jié)“種群基因組成的變化與物種的形成”第１課時(shí)的內(nèi)容，課標(biāo)對(duì)本節(jié)的要求是“說明自然選擇促進(jìn)生物更好地適應(yīng)特定的生存環(huán)境”。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能夠根據(jù)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)與概率相關(guān)知識(shí)，從分子水平解釋生物進(jìn)化的原因、預(yù)測(cè)生物進(jìn)化的方向。本課時(shí)內(nèi)容涉及多個(gè)概念，如種群、基因庫(kù)、基因頻率和基因型頻率，同時(shí)也包含“探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”等探究活動(dòng)。概念的構(gòu)建是開展探究活動(dòng)的基礎(chǔ)，探究活動(dòng)是深化概念理解的載體。因此，該部分內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維、批判性思維的良好素材。但在教學(xué)中，教師如果只是生硬地進(jìn)行概念講解和基因頻率計(jì)算，則難以幫助學(xué)生理解微觀基因與宏觀進(jìn)化間的關(guān)系，不利于核心素養(yǎng)的落實(shí)。所以，如何引導(dǎo)學(xué)生深度把握各個(gè)概念及其之間的聯(lián)系、明確自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響，是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。２教學(xué)思路本節(jié)將樺尺蛾作為情境載體，以探究不同環(huán)境條件下種群基因頻率的變化為情境主線，帶領(lǐng)學(xué)生體會(huì)“選擇模型表征方式—構(gòu)建模型—修正模型—應(yīng)用模型”的模型建構(gòu)過程，深化概念的理解領(lǐng)悟進(jìn)化的實(shí)質(zhì)。３教學(xué)過程３.1分析問題，進(jìn)入正題通過樺尺蛾工業(yè)黑化問題引入，引導(dǎo)學(xué)生思考四個(gè)問題：（1）導(dǎo)致樺尺蛾出現(xiàn)“黑化”現(xiàn)象的原因是什么？（2）自然選擇直接作用的是生物的個(gè)體，還是群體？（3）在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？（4）研究進(jìn)化，僅研究個(gè)體和表型是否就可以？為什么？設(shè)計(jì)意圖通過提問引發(fā)學(xué)生的思考，同時(shí)將研究對(duì)象從“個(gè)體”“性狀”自然地過渡到“種群”“基因”。３.２理解概念，做好建模準(zhǔn)備在閱讀種群概念的基礎(chǔ)上，教師呈現(xiàn)幾則實(shí)例，要求學(xué)生判斷其是否為種群。學(xué)生通過分析、歸納，明晰種群應(yīng)具備的特點(diǎn)有：一定區(qū)域、同種生物、全部個(gè)體以及可以自由交配。教師提問：請(qǐng)結(jié)合自然選擇學(xué)說，討論導(dǎo)致樺尺蛾出現(xiàn)“黑化”現(xiàn)象的根本原因，如果污染繼續(xù)保持該種群會(huì)如何進(jìn)化？學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)很快回答：種群中控制黑色性狀的基因會(huì)增多。教師追問：如何更加準(zhǔn)確地描述種群基因的變化？借此引入概念“基因庫(kù)”“基因頻率”和“基因型頻率”。設(shè)計(jì)意圖借助系列問題，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念之間的關(guān)系，并將研究水平從宏觀“性狀”轉(zhuǎn)移到微觀“基因”，讓學(xué)生明確種群的進(jìn)化可從基因水平進(jìn)行定量分析。３.３構(gòu)建模型，體驗(yàn)搭建過程呈現(xiàn)資料１：英國(guó)的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾，其體色受一對(duì)等位基因Ｓ和ｓ控制，黑色（S）對(duì)淺色（s）是顯性。抽樣調(diào)查100個(gè)個(gè)體，測(cè)得基因型為SS、Ss、ss的個(gè)體分別為10、20、70個(gè)。學(xué)生閱讀資料并計(jì)算：S、s的基因頻率分別是多少？SS、Ss和ss的基因型頻率分別是多少？教師根據(jù)計(jì)算結(jié)果總結(jié)：某基因的頻率＝純合子的基因型頻率＋1/2雜合子的基因型頻率，并引導(dǎo)學(xué)生利用基因型頻率計(jì)算基因頻率，即S%=SS%+(1/2)Ss%，s%=ss%+(1/2)Ss%。設(shè)計(jì)意圖依托真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決問題，熟練掌握基因頻率計(jì)算方法，為數(shù)學(xué)模型的搭建做好鋪墊。教師在資料的基礎(chǔ)上增加限定條件，假設(shè)上述樺尺蛾種群非常大；所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代；沒有遷入和遷出；不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的；基因S和s都不產(chǎn)生突變。教師提問：該種群產(chǎn)生S、s配子的比率各是多少？子一代的基因型頻率各是多少？子一代種群的基因頻率各是多少？學(xué)生通過計(jì)算，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。教師繼續(xù)提問：請(qǐng)計(jì)算子二代、子三代基因頻率和基因型頻率。想一想，若干代以后，種群的基因頻率會(huì)改變嗎？學(xué)生通過計(jì)算，完善表。教師總結(jié)學(xué)生計(jì)算結(jié)果，繪制曲線圖，并引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：在理想條件下，樺尺蛾種群的基因頻率世代保持不變。設(shè)計(jì)意圖應(yīng)用問題串層層推進(jìn)，帶領(lǐng)學(xué)生推算從親代到子三代的基因頻率，深化對(duì)概念的理解和運(yùn)用。將表２中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的曲線圖，使學(xué)生對(duì)種群基因頻率變化有更清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，學(xué)生在親身體會(huì)數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)過程中，進(jìn)行推算分析、歸納總結(jié)，有效促進(jìn)了科學(xué)思維品質(zhì)的培養(yǎng)。３.４修正模型，培養(yǎng)批判思維模型初步構(gòu)建完成后，教師提問：在現(xiàn)實(shí)生活中，自然界當(dāng)中的種群能否同時(shí)滿足這５個(gè)條件？學(xué)生依次舉出理想條件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的例證，認(rèn)識(shí)到現(xiàn)實(shí)條件下種群基因頻率必然會(huì)發(fā)生變化，但變化的方向不確定。教師隨即呈現(xiàn)教材“探究·實(shí)踐”欄目中的樺尺蛾種群基因頻率變化的資料，并追問：黑色樺尺蛾越來越多的可能原因是什么？教師補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生基于生物學(xué)事實(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，修正假設(shè)，形成觀點(diǎn)：自然選擇導(dǎo)致黑色樺尺蛾越來越多。教師進(jìn)一步提問：自然選擇的直接作用對(duì)象是個(gè)體，那么自然選擇如何影響種群的基因頻率？假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得樺尺蛾種群中淺色個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體每年增加10%，該種群第２～４年間的基因型頻率和基因頻率各是多少？小組合作，完成計(jì)算，并再次將數(shù)據(jù)繪制成曲線圖。通過對(duì)比分析樺尺蛾種群的基因頻率在理想條件和自然選擇下的不同變化趨勢(shì)，學(xué)生加深對(duì)“在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變”這一科學(xué)事實(shí)的理解。設(shè)計(jì)意圖改變?cè)械那榫?，引發(fā)學(xué)生對(duì)已構(gòu)建模型進(jìn)行反思，利用教材資源，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究的過程，并在學(xué)生自主探究的基礎(chǔ)上輔以實(shí)證，引導(dǎo)學(xué)生重構(gòu)模型。在該過程中，學(xué)生利用科學(xué)的思維方法提出假設(shè)、分析比較、解釋論證，鍛煉了語(yǔ)言表達(dá)能力、邏輯思維能力，培養(yǎng)了實(shí)證意識(shí)。３.５應(yīng)用模型，內(nèi)化知識(shí)教師適時(shí)提問：如果空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)，該種群的基因頻率又會(huì)發(fā)生怎樣的變化？觀察到什么樣的現(xiàn)象才能證明我們的推測(cè)是正確？鼓勵(lì)學(xué)生大膽預(yù)測(cè)。學(xué)生根據(jù)已構(gòu)建的模型，進(jìn)行推測(cè)：空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)，該種群Ｓ基因的頻率將會(huì)越來越低，那么觀察到黑色樺尺蛾會(huì)越來越少。事實(shí)是否如我們所想呢？教師展示資料２：工業(yè)革命環(huán)境受到污染之后，英國(guó)于1956年出臺(tái)了《清潔空氣法》，有科學(xué)家記錄1959--1995年，英國(guó)某地區(qū)的空氣質(zhì)量和黑色樺尺蛾出現(xiàn)頻率，得到如下的數(shù)據(jù)。學(xué)生分析資料，運(yùn)用模型印證或反思自己的預(yù)測(cè)。教師總結(jié)基因頻率在不同條件下的變化，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻