“現(xiàn)代生物進化理論的主要內容”教學設計

摘要 敘述了結合自然選擇學說，基于“問題導入——引導探究——得出結論”情景探究教學模式引導學生歸納出“現(xiàn)代生物進化理論”的基本觀點，培養(yǎng)學生自主探究、歸納推理等技能。

關鍵詞 現(xiàn)代生物進化理論 探究教學模式 教學設計

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 教材分析

“現(xiàn)代生物進化理論的主要內容”是人教版實驗教科書《必修2·遺傳與進化》第七章第二節(jié)，是本章的核心內容，也是對以前學過的生物學知識的綜合應用。本節(jié)包括3部分：第一部分是“種群基因頻率的改變與生物進化”第一部分是“隔離與物種的形成”；第三部分是“共同進化與生物多樣性的形成”。本節(jié)的教學是建立在學生已經(jīng)掌握了達爾文的自然選擇學說的基礎上，進一步學習現(xiàn)代生物進化理論的基本觀點：種群是生物進化的基本單位，而突變和基因重組、自然選擇和隔離是物種形成過程中的三個基本環(huán)節(jié)。本節(jié)的教學重點是理解種群、種群基因庫和基因頻率等基本概念，學會基因頻率的計算方法，理解突變和基因重組為進化提供原材料的原因；教學難點是使學生能夠舉例說明自然選擇作用可以使種群基因頻率發(fā)生定向改變。

本節(jié)的設計思路是基于情景探究教學模式，設置五大問題情境，以問題驅動學習，引導學生理解現(xiàn)代生物進化理論的重要概念和主要內容，培養(yǎng)學生自主探究、歸納推理等技能。

2 教學目標

2.1 知識與技能目標

(1)解釋種群、種群基因庫、基因頻率等概念。

(2)運用數(shù)學方法討論種群基因頻率的改變。

(3)說明現(xiàn)代生物進化理論的主要內容。

2.2 過程與方法目標

培養(yǎng)收集信息、分析信息的能力。

2.3 情感態(tài)度與價值觀

以事實為依據(jù)得出結論的科學態(tài)度；從樺尺蠖黑化現(xiàn)象中認識到人類對生物進化的干擾，初步養(yǎng)成保護環(huán)境的意識。

3 教學過程

課前，教師準備“樺尺蠖黑化現(xiàn)象”的材料以及獵豹追捕斑馬的視頻，設置五大情境來展開現(xiàn)代生物進化理論的教學。

3.1 情境一

一種抗生素使用一段時間后，殺菌效果就會下降，原因是細菌產生了抗藥性。用達爾文的自然選擇學說解釋細菌為什么產生抗藥性?學生利用達爾文自然選擇學說，從宏觀角度解釋細菌抗藥性的產生。教師引導學生思考：這一解釋有什么不完善之處嗎?教師指出達爾文的自然選擇學說不能從根本上解釋進化原因，伴隨著遺傳學的發(fā)展，現(xiàn)代生物進化理論的提出完善并發(fā)展了自然選擇學說。從而導入現(xiàn)代生物進化理論的學習。

3.2 情境二

如果在一群白色樺尺蠖群體中(基因型為aa)偶爾出現(xiàn)了一只黑色樺尺蠖(基因型為Aa)，且黑色比白色更不容易被鳥捕食。那么，樺尺蠖的顏色將有怎樣的變化?教師以此引出種群的概念。

思考題①：新出現(xiàn)的黑色樺尺蠖命運將會怎樣?

學生回答：單個樺尺蠖個體可能存活下來，也可能被鳥吃掉。

思考題②：產生的新基因如何才能保留下來?

學生回答：黑色樺尺蠖只有在群體中不斷繁殖產生后代，將新基因傳遞下去，才能使新基因保留下來，并使得樺尺蠖群體得以進化。

由此，學生可以意識到：研究生物的進化，僅研究個體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應是不夠的，還必須研究群體的基因組成的變化，并通過一組概念辨析：池塘中的全部魚、池塘中的全部鯽魚、東北虎和華南虎是否屬于種群概念，由此引出種群的概念，并提出種群基因庫的概念和基因頻率的計算方法。通過概念的辨析，讓學生歸納出現(xiàn)代生物進化理論的基本內容之一：種群是生物進化的基本單位。

3.3 情境三

以“群體樺尺蠖進化的實質是什么”啟發(fā)學生認識種群基因頻率的改變。教師引導學生通過數(shù)學方法討論基因頻率的變化。假設在樺尺蠖群體中存在著三種基因型的個體：AA的個體占了30％，Aa的個體占了60％，aa的個體占了10％。那么這個群體繁殖幾代后，子代的基因頻率會同親代一樣嗎?

學生通過計算，發(fā)現(xiàn)子一代、二代及若干代以后，種群的基因頻率是不變的。

思考題①：上述的計算結果是建立在什么條件之上呢?

學生回答：上述樺尺蠖種群非常大；所有的雌雄個體間都能自由交配并產生后代；沒有遷入和遷出；不存在自然選擇；不存在變異。

思考題②：對自然界的種群來說，這五個條件都成立嗎?

學生回答：不可能。即使前4個條件可以滿足，基因突變和染色體變異總會發(fā)生。通過討論基因頻率的變化可以認識到，自然界中種群的基因頻率一定會發(fā)生變化，學生總結出現(xiàn)代生物進化理論的內容之二：種群進化的本質是基因頻率的改變。

3.4 情境四

若有一個中等數(shù)量的果蠅種群(約有10⁸個個體)，每個果蠅約有10⁴對基因，假定每個基因的突變率都是10^-5。那么每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是多少?

學生運用數(shù)學方法，通過簡單的計算知道種群中每代會產生不同方向的基因突變，且數(shù)量較大，這些新產生的基因通過繁殖得到積累，并構成這一種群的基因庫，同時新基因通過自由組合產生更多基因型，為生物進化提供了材料。同時此教師強調：突變和重組都是隨機的、不定向的，它們可以改變基因頻率，但不能決定基因頻率改變的方向，也就是不能決定生物進化的方向。

通過以上計算，學生歸納出現(xiàn)代生物進化理論的內容之三：突變和基因重組產生進化的原材料。

3.5 情境五

以“是什么主導著群體樺尺蠖的進化方向”出示樺尺蠖黑化材料，并創(chuàng)設情境示例：1870年，樺尺蠖種群的基因型頻率如下：SS占10％，Ss占20％，ss占70％，S基因的頻率為20％。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，假設樹干變黑不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體每年減少10％，黑色個體每年增加10％。2-10年問，該種群每年的基因頻率是多少?

學生通過材料分析以及計算，很自然得出是自然選擇的結果，同時也意識到正是由于人類活動引起的工業(yè)污染改變了樺尺蠖的生活環(huán)境。

思考：當政府治理環(huán)境污染，使得工業(yè)區(qū)的環(huán)境得到改善后，請淡一談樺尺蠖又會發(fā)生怎樣的變化?

學生回答：由于政府這一改善環(huán)境的舉措會再次影響自然選擇，使樺尺蠖發(fā)生再次進化，黑色樺尺蠖數(shù)量減少，而淺色樺尺蠖數(shù)量增加。

由此，學生總結出現(xiàn)代生物進化理論的主要內容之四：自然選擇決定生物進化的方向，并認識到人為干擾對自然界中生物進化的影響，初步養(yǎng)成保護環(huán)境的意識。

3.6 總結與應用

教師給出一段視頻“草原七獵豹追捕斑馬的鏡頭”，引導學生用現(xiàn)代生物進化理論的觀點分析。學生討論分析出：在生存斗爭的過程中，無論是捕食者還是被捕食者，它們種群內部的有利基因的頻率不斷增大，不利基因的頻率逐漸減小。在長期自然選擇作用下，種群中適應環(huán)境的個體越來越多，更有利于種群的生存和繁衍。

4 教學反思

本堂課的教學設計中設置五大情境驅動學生學習，發(fā)揮學生的主觀能動性，在重難點的突破上，采取“設疑導入——引導探究——得出結論”的探究教學模式，將重難點問題簡單化。同時，在課堂中加入了許多學生活動，如討論計算基因頻率的問題，淡談人工干擾對自然選擇的影響，通過在實例中總結應用所學知識等，充分調動學生學習的積極性，在學習中自覺歸納、總結出現(xiàn)代生物進化理論的主要內容，培養(yǎng)學生自主探究、歸納推理的能力。