種群基因組成的變化與物種的形成說課稿2023-2024學年高一下學期生物人教版必修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·必修２·遺傳與進化》第６章第３節(jié)“種群基因組成的變化與物種的形成”第１課時的內(nèi)容，課標對本節(jié)的要求是“說明自然選擇促進生物更好地適應特定的生存環(huán)境”。通過本節(jié)課的學習，學生應能夠根據(jù)現(xiàn)代生物進化理論，運用統(tǒng)計與概率相關(guān)知識，從分子水平解釋生物進化的原因、預測生物進化的方向。本課時內(nèi)容涉及多個概念，如種群、基因庫、基因頻率和基因型頻率，同時也包含“探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”等探究活動。概念的構(gòu)建是開展探究活動的基礎(chǔ)，探究活動是深化概念理解的載體。因此，該部分內(nèi)容是培養(yǎng)學生邏輯思維、批判性思維的良好素材。但在教學中，教師如果只是生硬地進行概念講解和基因頻率計算，則難以幫助學生理解微觀基因與宏觀進化間的關(guān)系，不利于核心素養(yǎng)的落實。所以，如何引導學生深度把握各個概念及其之間的聯(lián)系、明確自然選擇對種群基因頻率變化的影響，是本節(jié)教學的重點和難點。２教學思路本節(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)學生體會“選擇模型表征方式—構(gòu)建模型—修正模型—應用模型”的模型建構(gòu)過程，深化概念的理解領(lǐng)悟進化的實質(zhì)。３教學過程３.1分析問題，進入正題通過樺尺蛾工業(yè)黑化問題引入，引導學生思考四個問題：（1）導致樺尺蛾出現(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）研究進化，僅研究個體和表型是否就可以？為什么？設(shè)計意圖通過提問引發(fā)學生的思考，同時將研究對象從“個體”“性狀”自然地過渡到“種群”“基因”。３.２理解概念，做好建模準備在閱讀種群概念的基礎(chǔ)上，教師呈現(xiàn)幾則實例，要求學生判斷其是否為種群。學生通過分析、歸納，明晰種群應具備的特點有：一定區(qū)域、同種生物、全部個體以及可以自由交配。教師提問：請結(jié)合自然選擇學說，討論導致樺尺蛾出現(xiàn)“黑化”現(xiàn)象的根本原因，如果污染繼續(xù)保持該種群會如何進化？學生結(jié)合已有知識很快回答：種群中控制黑色性狀的基因會增多。教師追問：如何更加準確地描述種群基因的變化？借此引入概念“基因庫”“基因頻率”和“基因型頻率”。設(shè)計意圖借助系列問題，引導學生構(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”，讓學生明確種群的進化可從基因水平進行定量分析。３.３構(gòu)建模型，體驗搭建過程呈現(xiàn)資料１：英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾，其體色受一對等位基因Ｓ和ｓ控制，黑色（S）對淺色（s）是顯性。抽樣調(diào)查100個個體，測得基因型為SS、Ss、ss的個體分別為10、20、70個。學生閱讀資料并計算：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，并引導學生利用基因型頻率計算基因頻率，即S%=SS%+(1/2)Ss%，s%=ss%+(1/2)Ss%。設(shè)計意圖依托真實情境，引導學生利用所學知識解決問題，熟練掌握基因頻率計算方法，為數(shù)學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；不同翅色的個體生存和繁殖的機會是均等的；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？學生通過計算，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。教師繼續(xù)提問：請計算子二代、子三代基因頻率和基因型頻率。想一想，若干代以后，種群的基因頻率會改變嗎？學生通過計算，完善表。教師總結(jié)學生計算結(jié)果，繪制曲線圖，并引導學生得出結(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)計意圖應用問題串層層推進，帶領(lǐng)學生推算從親代到子三代的基因頻率，深化對概念的理解和運用。將表２中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的曲線圖，使學生對種群基因頻率變化有更清晰的認識。同時，學生在親身體會數(shù)學模型的建構(gòu)過程中，進行推算分析、歸納總結(jié)，有效促進了科學思維品質(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)實生活中，自然界當中的種群能否同時滿足這５個條件？學生依次舉出理想條件無法實現(xiàn)的例證，認識到現(xiàn)實條件下種群基因頻率必然會發(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？教師補充實驗證據(jù)，引導學生基于生物學事實和實驗結(jié)果，修正假設(shè)，形成觀點：自然選擇導致黑色樺尺蛾越來越多。教師進一步提問：自然選擇的直接作用對象是個體，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體每年減少10%，黑色個體每年增加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，完成計算，并再次將數(shù)據(jù)繪制成曲線圖。通過對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，學生加深對“在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發(fā)生定向改變”這一科學事實的理解。設(shè)計意圖改變原有的情境，引發(fā)學生對已構(gòu)建模型進行反思，利用教材資源，讓學生體會科學探究的過程，并在學生自主探究的基礎(chǔ)上輔以實證，引導學生重構(gòu)模型。在該過程中，學生利用科學的思維方法提出假設(shè)、分析比較、解釋論證，鍛煉了語言表達能力、邏輯思維能力，培養(yǎng)了實證意識。３.５應用模型，內(nèi)化知識教師適時提問：如果空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)，該種群的基因頻率又會發(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是正確？鼓勵學生大膽預測。學生根據(jù)已構(gòu)建的模型，進行推測：空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)，該種群Ｓ基因的頻率將會越來越低，那么觀察到黑色樺尺蛾會越來越少。事實是否如我們所想呢？教師展示資料２：工業(yè)革命環(huán)境受到污染之后，英國于1956年出臺了《清潔空氣法》，有科學家記錄1959--1995年，英國某地區(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)。學生分析資料，運用模型印證或反思自己的預測。教師總結(jié)基因頻率在不同條件下的變化，引導學生得出結(jié)論：生物進化的實質(zhì)是種群基因頻