6.3种群基因组成的变化与物种的形成第2课时教学设计高一下学期生物人教版必修2

课时教学设计第4课时教学设计设计者学校年级高一年级课题第3节种群基因组成的变化与物种的形成（第2课时）课型新授课R章/单元复习课□专题复习课□习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□教学内容分析“探究自然选择对种群基因频率变化的影响”选自人教版生物学必修2《遗传与进化》第6章第3节，是学生在学习了突变不定向改变种群基因频率之后的探究性实验。教材通过创设数字化的问题情境，引导学生进行计算、分析桦尺娥种群的基因型频率和基因频率、得出自然选择与种群基因频率变化之间的关系，进而总结自然选择对种群基因频率变化的影响。由于对数据处理的工作量较大，花费时间较长;且上一课时中已安排过两次计算:某种群基因型频率和基因频率的计算、满足哈代—温伯格平衡的种群中子代基因型频率和基因频率的计算，与此探究实验中的计算有相似之处，本节课将再次通过数学模型的构建，在进一步巩固的基础上完成本节教学内容。学情分析学生在初中时期学习进化知识时就接触了“自然选择”一词，也大概了解它的含义，但未必能真正理解自然选择的实质及其对生物进化的意义，也不能从科学的角度说出自然选择与进化的关系。同时学生在上一节课已经学习过种群基因频率和基因型频率的计算，降低了本节与计算相关内容的难度。学习目标确定1.通过案例分析，认同种群中普遍存在的变异是适应与进化的前提、自然选择使有利变异的表现型积累，有害变异的表型逐渐淘汰，让生物更好地适应环境的观点。（生命观念）2.通过运用数学方法计算种群中基因频率的改变，说出自然选择的影响和进化的本质，并树立用数学方法解决生物学问题的科学探究意识。（科学探究、科学思维）3.初次得到的数学公式结果与现实形成认知冲突，尝试对模型修正和检验，进一步提升科学探究能力，总结影响生物进化的因素。（科学探究、科学思维）学习重难点学习重点：变异、选择在生物进化中的作用学习难点：自然选择对种群基因频率变化的影响。任务实施过程学习任务教师活动学生活动教学意图探究自然选择对种群基因频率变化的影响【驱动任务1】知识梳理：在之前的学习中，我们已经知道了达尔文的自然选择学说和现在生物进化理论的一部分，今天，我们对二者的核心内容进行梳理。1.达尔文的自然选择学说有哪些核心内容？达尔文的局限是什么？2.现代生物进化理论在达尔文自然选择学说的基础之上又做了哪些改进？【驱动任务2】教师课件上展示学习任务单中对应的课前预习答案。模块一：自然选择对种群基因频率变化的影响给出资料：在英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾，其幼虫叫桦尺蠖。它们夜间活动，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)是显性的。在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。【驱动任务3】阅读以上材料，讨论以下问题：1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？2.在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？3.桦尺蛾种群中的S基因(决定黑色性状)为什么越来越高？活动一：小组合作完成科学探究实验提出问题：桦尺蛾种群中的S基因(决定黑色性状)为什么越来越高？作出假设：设计实验：预期结果：实验结论：【驱动任务4】小组合作完成“捉虫”游戏游戏准备：课前安排学生分组，每4人为1组，每组4位同学分别担任捕虫鸟、计时员、监督员、记录员。每组准备黑白两色卡纸各一张，白色纸模拟有地衣生长的非工业区，黑色纸模拟被煤烟熏成黑色的工业区；一盒五子棋，白色棋子代表浅色桦尺蠖，黑色棋子代表黑色桦尺蠖。游戏规则：监督员清理桌面，铺好纸张，将黑白棋子随机混匀分散，扮演捕虫鸟的同学背对桌面，待记录员准备好后，在计时员的一声令下，捕虫鸟迅速回头，抓取一枚棋子，每次抓取的时间只有1秒，记录员记录抓取结果。下次抓取前由监督员监督捕虫鸟恢复背对桌面姿势，多次重复该游戏。完成游戏，思考以下问题游戏：1.初始时各卡片上应该放入多少黑色棋子？多少白色棋子？为什么？2.（1）在若干次实验完成后，进行下次实验前是否需要对之前试验后卡纸上剩余的棋子进行补充？（2）若需要补充，则补充量为多少适宜？（3）若不补充会对后续实验产生影响么？3.通过多次持续模拟实验可知，在被污染的曼彻斯特地区，什么颜色的桦尺蠖最容易被天敌发现进而被捕食？据此猜想与桦尺蠖体色相关的S、s基因频率会如何变化？4.这种基因频率的变化与自然选择之间有必然的联系吗？【驱动任务5】构建数学模型探究进化实质假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少10％，黑色个体每年增加10％。以后的几年内，桦尺蛾种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？1.完成计算并填写表格，经过计算发现结果并不和预期结果保持一致，为什么？尝试修正数学模型。2.若没有黑色突变个体，工业革命后其种群数量会如何变化？3.从工业革命对地衣和桦尺蠖的影响实例思考，讨论经济活动对周围环境造成影响可能引起什么后果？归纳得出结论：变异是不定向的→定向的自然选择使得种群中的不利变异被淘汰，有利变异逐渐激烈→种群基因频率发生定向改变→生物朝一定方向缓慢进化。创设新情境，解决新问题：假设在呼伦贝尔大草原上，有一个蒙古马的种群，冬季的草原白雪皑皑，狼群猎捕困难，狼群最易捕获蒙古马来填饱肚子，若马的毛色由一对等位基因A和a决定，白色（A）对枣红色（a）是显性的，在寒冷的降雪冬季来临之前和结束之后，请你预测草原上不同毛色的蒙古马数量会如何变化？学生在教师引导下回顾达尔文自然选择学说核心内容包括过度繁殖、生存斗争，遗传进化和适者生存；其局限是认为进化的单位是个体，不能科学解释物种大爆发，不能从遗传和变异的角度分析进化的实质。利用前几节课学习过的现代生物进化理论，梳理在达尔文自然选择学说的基础上，现代生物进化理论所做的改变，比如修正了进化的基本单位是种群，了解了基因频率和基因型频率等的计算。学生小组合作，分析讨论教师给出资料：提出问题：桦尺蛾种群中的S基因(决定黑色性状)为什么越来越高？作出假设：工业革命之后，桦尺蠖浅色个体数量减少，黑色个体数量增加不是由于群体基因突变导致的，而是由于环境黑煤烟诱导所致。设计实验：将等量浅色和黑色的桦尺蠖做好标记平均分成2份，分别放养在工业区和非工业区，一段时间之后回收带标记个体，统计各自成活率。预期结果：若工业区中黑色桦尺蠖存活率高于非工业区，非工业区中浅色桦尺蠖存活率高于工业区。则说明工业革命之后，桦尺蠖浅色个体数量减少，黑色个体数量增加不是由于群体基因突变导致的，而是由于环境黑煤烟诱导所致。实验结论：可遗传的变异为生物进化提供原材料，自然选择决定生物进化的方向。学生小组合作，明确组内分工，思考问题后完成捕虫鸟捉虫小游戏。游戏初始时各卡片上应该放入相同数量的黑色、白色棋子。因为本次游戏为模拟实验，旨在验证活动一所做假设的正确与否，故而需要在初始阶段保证无关变量必须一致。需要。在白色卡纸上补充相对较多的白色棋子和相对较少的白色棋子；在黑色卡纸上补充相对较多的黑色棋子和相对较少的白色棋子。不补充的话不太符合模拟的实验真实情况，对最终结果的判断存在一定影响。有，猜想进化与基因频率的变化有关，自然选择决定了适者生存的方向，决定了进化的方向。学生小组合作讨论，根据教师所给数据，利用计算器计算未来4年SS、Ss、ss基因型频率及S、s基因频率，观察其变化趋势，并和预期结果进行对比，寻找出错原因并尝试修正，最终得出进化的实质是种群基因频率的改变这一结论。根据以上资料分析，利用刚才所学进行科学合理预测：若没有黑色突变个体，工业革命后其种群数量会越来越少，甚至消失。引起的危害有自然资源的消耗、空气和水的污染、生态环境的破坏、物种多样性的减少、环境污染的治理、全球变暖等等。学生思考，回答问题：白色马越来越多，红色马越来越少。课前复习达尔文自然选择学说以及一部分现代生物进化理论，既能检验学生的学习效果，又让学生能对进化观点有个整体感知，理清思路，又能自然地过度到新课的学习。通过任务3设计探究实验，训练学生阅读材料、获取信息，提出问题的能力，并要求学生根据问题作出合理假设，设计实验验证假设，能对可能出现的结果进行预判和分析，提升科学思维。为验证活动一学生得出的实验结论，设计活动二的小游戏，通过模拟游戏既能调动学生学习积极性，提高课堂参与度，也能让学生直观地感受到直接受自然选择的是表型而非基因型，明白了自然选择对生物进化的影响，不仅增加了课堂趣味，更让学生收获了知识。小组合作分工，也体现了学生动手动脑、团队合作的能力。通过构建数学模型，解决生物学问题，能让学生明白学科交叉的重要性，同时能巩固上一节课所学习的基因频率和基因型频率的计算。通过具体的数学公式，学生也能定性的分析出进化的实质。并且能够引发经济活动带来的环境变化的思考，培养学生生命观念和社会责任。课后延伸我国现存的马有蒙古马、伊犁马、云南矮马等，它们是否都是同一个物种？他们的不同是何种原因造成的，根据所学知识，查找相关资料，验证你的猜想。学生课后查找资料，可尝试通过角色扮演等形式在下节课前进行汇报进行验证。通过生活经验和所学新知，提高学生学习积极性，培养浓厚学习兴趣，将课上课堂延伸到课下学习中。同时为下节课做好铺垫。小结在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断升高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。因此，在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。板书设计自然选择对种群基因频率变化的影响生物是不断进化的，地球上的现存物种来自共同祖先地球上现存物种丰富多样生物是不断进化的，地球上的现存物种来自共同祖先地球上现存物种丰富多样生物的多样性和适应性是进化的结果生物的多样性和适应性如何形成生物的多样性和适应性是进化的结果生物的多样性和适应性如何形成适应的普遍性和相对性适应的普遍性和相对性适应是自然选择的结果适应是自然选择的结果进化的实质是种群基因频率的改变种群是生物进化的基本单位个体是生物进化的基本单位进化的实质是种群基因频率的改变种群是生物进化的基本单位个体是生物进化的基本单位突变和基因重组产生进化的原材料适应的来源是可遗传的变异突变和基因重组产生进化的原材料适应的来源是可遗传的变异自然选择决定生物进化的方向适应是自然选择的结果自然选择决定生物进化的方向适应是自然选择的结果教学反思与改进本节课知识内容较为微观，在情境创设下，学生兴趣较高