2025屆高三拓展性微專(zhuān)題（七）種群基因頻率的相關(guān)計(jì)算教學(xué)設(shè)計(jì)

2025屆高三拓展性微專(zhuān)題（七）種群基因頻率的相關(guān)計(jì)算教學(xué)設(shè)計(jì)主備人備課成員教材分析《2025屆高三拓展性微專(zhuān)題（七）種群基因頻率的相關(guān)計(jì)算教學(xué)設(shè)計(jì)》緊密聯(lián)系教材，以人教版高中生物必修三《遺傳與進(jìn)化》為基礎(chǔ)，深入探討種群基因頻率的變化及其計(jì)算方法。課程內(nèi)容圍繞基因頻率的概念、計(jì)算公式、實(shí)際例題及影響因素展開(kāi)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基因頻率動(dòng)態(tài)變化的理解，以及對(duì)遺傳規(guī)律和生物進(jìn)化的認(rèn)識(shí)。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠準(zhǔn)確運(yùn)用教材中的知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題，為后續(xù)學(xué)習(xí)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)本課程以培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，著力提升學(xué)生的以下能力：一是科學(xué)思維能力，通過(guò)種群基因頻率的計(jì)算與分析，使學(xué)生能夠運(yùn)用生物學(xué)原理，形成科學(xué)推理和批判性思維；二是生命觀念的理解，深化學(xué)生對(duì)基因與進(jìn)化關(guān)系的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化生物進(jìn)化中的基因頻率變化觀念；三是探究與實(shí)踐能力，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析，培養(yǎng)實(shí)證意識(shí)；四是用生物學(xué)語(yǔ)言表達(dá)能力，學(xué)會(huì)準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔地表達(dá)基因頻率相關(guān)的生物學(xué)概念和計(jì)算過(guò)程，提升學(xué)術(shù)交流能力。這些目標(biāo)與新教材要求相契合，助力學(xué)生全面發(fā)展。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

（1）種群基因頻率的基本概念及其生物學(xué)意義；

（2）種群基因頻率計(jì)算公式及其應(yīng)用；

（3）影響種群基因頻率變化的因素及實(shí)例分析；

（4）基因頻率變化與生物進(jìn)化的關(guān)系。

舉例解釋?zhuān)?/p>

（1）種群基因頻率是指在一定時(shí)間內(nèi)，一個(gè)種群中各基因在總基因數(shù)中所占的比例。這部分內(nèi)容是課程的核心，需要強(qiáng)調(diào)基因頻率在生物進(jìn)化研究中的重要性。

（2）通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算公式，如哈代-溫伯格平衡公式，使學(xué)生掌握如何計(jì)算種群基因頻率，并應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題。

（3）講解影響種群基因頻率變化的因素，如自然選擇、基因流、遺傳漂變等，結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行分析，強(qiáng)化學(xué)生的理解。

（4）闡述基因頻率變化與生物進(jìn)化的關(guān)系，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到基因頻率變化是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)。

2.教學(xué)難點(diǎn)

（1）種群基因頻率計(jì)算公式的推導(dǎo)與運(yùn)用；

（2）影響種群基因頻率變化因素的綜合分析；

（3）基因頻率變化與生物進(jìn)化關(guān)系在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。

舉例解釋?zhuān)?/p>

（1）種群基因頻率計(jì)算公式推導(dǎo)過(guò)程較為復(fù)雜，學(xué)生需要掌握公式背后的原理，并能熟練應(yīng)用于具體問(wèn)題。教師在此過(guò)程中需進(jìn)行詳細(xì)講解和示例演示。

（2）影響種群基因頻率變化的因素有多種，學(xué)生需要學(xué)會(huì)綜合分析各種因素，理解它們?cè)诓煌榫诚碌淖饔?。教師可通過(guò)案例分析、小組討論等方式幫助學(xué)生突破這一難點(diǎn)。

（3）將基因頻率變化與生物進(jìn)化的關(guān)系應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題，需要學(xué)生具備較強(qiáng)的邏輯思維能力和生物學(xué)素養(yǎng)。教師可引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等方法，加深對(duì)這一難點(diǎn)的理解。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源（1）硬件資源：多媒體教學(xué)設(shè)備、投影儀、白板、實(shí)驗(yàn)器材（包括模型、標(biāo)本等）；

（2）軟件資源：生物學(xué)科相關(guān)教學(xué)軟件、PPT課件、教學(xué)視頻、教學(xué)動(dòng)畫(huà)；

（3）課程平臺(tái)：校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源庫(kù)；

（4）信息化資源：電子教材、在線試題庫(kù)、虛擬實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字化科普資料；

（5）教學(xué)手段：講授法、案例分析、小組討論、實(shí)驗(yàn)探究、互動(dòng)提問(wèn)、課后作業(yè)。教學(xué)流程一、導(dǎo)入新課（用時(shí)5分鐘）

同學(xué)們，今天我們將要學(xué)習(xí)的是《種群基因頻率的相關(guān)計(jì)算》。在開(kāi)始之前，我想先問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題：“你們是否想過(guò)，為什么生物種群中的某些特征會(huì)隨著時(shí)間的推移而改變？”這個(gè)問(wèn)題與我們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容密切相關(guān)。通過(guò)這個(gè)問(wèn)題，我希望能夠引起大家的興趣和好奇心，讓我們一同探索種群基因頻率變化的奧秘。

二、新課講授（用時(shí)10分鐘）

1.理論介紹：首先，我們要了解種群基因頻率的基本概念。種群基因頻率是指在一個(gè)種群中，某個(gè)基因在全部等位基因中所占的比例，它是生物進(jìn)化的關(guān)鍵因素，影響著物種的遺傳多樣性和適應(yīng)性。

2.案例分析：接下來(lái)，我們來(lái)看一個(gè)具體的案例。這個(gè)案例將展示如何通過(guò)計(jì)算種群基因頻率來(lái)預(yù)測(cè)特定基因型的變化趨勢(shì)，以及這對(duì)于理解生物進(jìn)化有何幫助。

3.重點(diǎn)難點(diǎn)解析：在講授過(guò)程中，我會(huì)特別強(qiáng)調(diào)種群基因頻率計(jì)算公式和影響基因頻率變化的因素這兩個(gè)重點(diǎn)。對(duì)于難點(diǎn)部分，我會(huì)通過(guò)實(shí)際例題和圖示來(lái)幫助大家理解。

三、實(shí)踐活動(dòng)（用時(shí)10分鐘）

1.分組討論：學(xué)生們將分成若干小組，每組討論一個(gè)與種群基因頻率變化相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。

2.實(shí)驗(yàn)操作：為了加深理解，我們將進(jìn)行一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作來(lái)觀察不同因素對(duì)基因頻率的影響。

3.成果展示：每個(gè)小組將向全班展示他們的討論成果和實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果。

四、學(xué)生小組討論（用時(shí)10分鐘）

1.討論主題：學(xué)生將圍繞“種群基因頻率變化在日常生活中的應(yīng)用”這一主題展開(kāi)討論。他們將被鼓勵(lì)提出自己的觀點(diǎn)和想法，并與其他小組成員進(jìn)行交流。

2.引導(dǎo)與啟發(fā)：在討論過(guò)程中，我將提出一些引導(dǎo)性問(wèn)題，幫助學(xué)生深入思考種群基因頻率變化在疾病防治、生物多樣性保護(hù)等方面的實(shí)際意義。

3.成果分享：每個(gè)小組將選擇一名代表來(lái)分享他們的討論成果，全班共同討論和評(píng)價(jià)。

五、總結(jié)回顧（用時(shí)5分鐘）

今天的學(xué)習(xí)，我們了解了種群基因頻率的概念、計(jì)算方法和影響因素。通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)和小組討論，我們進(jìn)一步加深了對(duì)種群基因頻率變化在生物進(jìn)化中作用的理解。希望大家能夠?qū)⑦@些知識(shí)內(nèi)化于心，并在未來(lái)的學(xué)習(xí)和生活中發(fā)揮其作用。如果大家對(duì)今天的內(nèi)容有任何疑問(wèn)，請(qǐng)隨時(shí)提出，我們一起探討解決。知識(shí)點(diǎn)梳理1.種群基因頻率的基本概念

-種群基因頻率是指在一定時(shí)間內(nèi)，一個(gè)種群中各基因在總基因數(shù)中所占的比例。

-種群基因頻率的變化反映了種群遺傳結(jié)構(gòu)的變化，是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)。

2.哈代-溫伯格平衡公式

-p2+2pq+q2=1，其中p和q分別代表兩種等位基因的頻率，p2和q2分別代表兩種純合子的頻率，2pq代表雜合子的頻率。

-在無(wú)突變、無(wú)遷移、無(wú)選擇、隨機(jī)交配且種群大小足夠大的情況下，種群基因頻率保持不變。

3.影響種群基因頻率變化的因素

-自然選擇：適應(yīng)性更強(qiáng)的基因型在生存和繁殖中具有優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致其基因頻率增加。

-基因流：個(gè)體遷移導(dǎo)致基因從一個(gè)種群轉(zhuǎn)移到另一個(gè)種群，從而改變兩個(gè)種群的基因頻率。

-遺傳漂變：由于偶然事件，某些基因型在種群中的頻率發(fā)生隨機(jī)變化，尤其在小種群中更為顯著。

-突變：基因發(fā)生突變，產(chǎn)生新的等位基因，影響種群基因頻率。

4.種群基因頻率變化與生物進(jìn)化的關(guān)系

-種群基因頻率的變化是生物進(jìn)化的核心機(jī)制，決定了物種的遺傳多樣性和適應(yīng)性。

-通過(guò)對(duì)種群基因頻率變化的研究，可以揭示物種適應(yīng)環(huán)境、進(jìn)化分化的過(guò)程。

5.種群基因頻率的計(jì)算方法

-利用哈代-溫伯格平衡公式進(jìn)行初步計(jì)算。

-結(jié)合具體案例，考慮自然選擇、基因流、遺傳漂變等因素，進(jìn)行綜合分析。

-運(yùn)用數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，估算種群基因頻率的變化趨勢(shì)。

6.實(shí)際應(yīng)用案例

-疾病遺傳學(xué)：通過(guò)研究特定基因頻率在不同人群中的分布，預(yù)測(cè)疾病的發(fā)病率，為遺傳咨詢和防治提供依據(jù)。

-生物多樣性保護(hù)：了解不同物種的基因頻率分布，制定合理的保護(hù)措施，防止物種滅絕。

-農(nóng)業(yè)育種：通過(guò)調(diào)整作物種群的基因頻率，培育具有抗病、抗逆、高產(chǎn)等優(yōu)良性狀的新品種。典型例題講解例題一：

假設(shè)在一個(gè)種群中，某一基因座上有兩種等位基因A和a，其頻率分別為0.6和0.4。如果該種群遵循哈代-溫伯格平衡定律，求該種群中三種基因型AA、Aa和aa的頻率。

解答：

根據(jù)哈代-溫伯格平衡定律，基因型頻率可以通過(guò)基因頻率的平方和兩倍乘積來(lái)計(jì)算。

AA頻率=p2=0.6×0.6=0.36

Aa頻率=2pq=2×0.6×0.4=0.48

aa頻率=q2=0.4×0.4=0.16

例題二：

在一個(gè)果蠅種群中，紅眼基因（R）對(duì)白眼基因（r）為顯性?，F(xiàn)假設(shè)種群中紅眼果蠅和白眼果蠅的比例為3:1。如果該種群較大，且沒(méi)有其他影響基因頻率的因素，求紅眼基因R和白眼基因r的頻率。

解答：

由題意知，紅眼果蠅和白眼果蠅的比例為3:1，即RR+Rr:rr=3:1。因?yàn)镽為顯性，所以白眼果蠅rr的頻率為1/4（或0.25），紅眼基因r的頻率為根號(hào)下0.25=0.5。因此，紅眼基因R的頻率為1-0.5=0.5。

例題三：

在一個(gè)植物種群中，基因A和a的頻率分別為0.7和0.3。如果由于自然選擇，基因A的適應(yīng)性比基因a強(qiáng)，導(dǎo)致A基因型的個(gè)體生存和繁殖能力比a基因型的個(gè)體高10%。求在一代之后，基因A和a的頻率。

解答：

由于自然選擇，A基因型的個(gè)體生存和繁殖能力提高10%，即A基因型的相對(duì)適應(yīng)度（w）為1.1，而a基因型的相對(duì)適應(yīng)度為1?；蝾l率的變化可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

p'=wp/W

其中p'是新的基因頻率，p是舊的基因頻率，w是相對(duì)適應(yīng)度，W是種群的總適應(yīng)度。

計(jì)算總適應(yīng)度W：

W=p*w_p+q*w_q

=0.7*1.1+0.3*1

=0.77+0.3

=1.07

計(jì)算新的基因頻率：

p'=0.7*1.1/1.07≈0.727

q'=0.3*1/1.07≈0.273

例題四：

在一個(gè)島嶼上，有兩種兔子，黑色和白色。黑色基因B是顯性的，白色基因b是隱性的。如果黑色兔子比白色兔子更容易被天敵捕食，導(dǎo)致黑色兔子的生存率只有白色兔子的80%。假設(shè)初始時(shí)，黑色和白色兔子的比例是1:1，求在經(jīng)過(guò)多代自然選擇后，黑色基因B和白色基因b的頻率。

解答：

初始時(shí)，B和b的頻率各為0.5。由于黑色兔子生存率為80%，相對(duì)適應(yīng)度w_B為0.8，白色兔子的相對(duì)適應(yīng)度w_b為1。

計(jì)算總適應(yīng)度W：

W=p_B*w_B+p_b*w_b

=0.5*0.8+0.5*1

=0.4+0.5

=0.9

計(jì)算新的基因頻率：

p_B'=p_B*w_B/W

=0.5*0.8/0.9

≈0.444

p_b'=p_b*w_b/W

=0.5*1/0.9

≈0.556

例題五：

在一個(gè)種群中，基因A和a的頻率分別為0.8和0.2。如果有一小部分個(gè)體（5%）由于遺傳漂變而失去了基因A，求這一事件后，基因A和a的頻率。

解答：

遺傳漂變導(dǎo)致基因頻率的隨機(jī)變化。在這個(gè)例子中，假設(shè)種群大小為100個(gè)個(gè)體，基因A的頻率為0.8，即80個(gè)個(gè)體擁有基因A，20個(gè)個(gè)體擁有基因a。如果5%的個(gè)體失去了基因A，即5個(gè)個(gè)體，那么新的基因頻率計(jì)算如下：

新的A基因個(gè)體數(shù)=80-5=75

新的種群個(gè)體總數(shù)=100-5=95

新的A基因頻率：

p_A'=75/95

≈0.789

新的a基因頻率：

p_a'=20/95

≈0.210內(nèi)容邏輯關(guān)系①種群基因頻率的基本概念：課程首先從種群基因頻率的基本概念出發(fā)，讓學(xué)生了解種群基因頻率的定義及其在生物進(jìn)化中的重要性。這是課程的基礎(chǔ)知識(shí)部分。

②影響種群基因頻率變化的因素：接著，課程將介紹影響種群基因頻率變化的因素，包