1、人教课标版高中生物必修2第7章现代生物进化理论的主要内容教学设计教学设计从容说课本课文章一开头就向我们展示了“会说话”的基因，采取此拟人化的手法的目的是调动学生学习的兴趣和积极性，促进学生积极的思考。让学生把自己想象成虎体内的一个基因，怎样才能使自己在后代中拥有更多的拷贝呢？那就要表现得比其他基因优秀。怎样才算优秀呢？就是所控制的性状适应性强。这样就自然将进化、适应和基因这三个核心概念联系起来，基因频率的概念也就呼之欲出。本节课分为两小节来教学，第一小节包括三部分内容：种群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；自然选择决定生物进化的方向。为什么说种群是生物进化的基本单位？这是本
2、节的重点和难点之一。教材主要说明两点：一是说明个体不是进化的基本单位，一个个体适应能力无论多强，如果它的基因不能传给后代，它在进化上就没有贡献，如骡。二是种群是生物繁殖的基本单位，它是指同种生物中一群能够自由交配的个体。如果同种生物的两个异性个体相距遥远，没有机会交配，它们就分别属于两个种群，这两个种群是独立进化的，假以时日，有可能演变为两个物种。需要说明的是，对种群是进化的基本单位的理解，只通过学习教材上这个标题下的内容是不够的，还需要通过后续内容的学习。在“种群是生物进化的基本单位”标题下，还重点讲述了基因库和基因频率的概念，并安排了“思考与讨论”。这个“思考与讨论”活动对于学生达成本小节
3、知识目标十分重要，其中第1题实际上涉及群体遗传学中“哈代温伯格平衡”的内容，学生运用学过的遗传学知识完全可以得出答案，认识到在五个假设条件成立时，种群基因频率会保持代代相同。这个活动中的第2、3题，引导学生分析出在自然界这五个假设条件不可能同时具备，因此，种群基因频率会不断变化。这就为本小节第二部分“突变和基因重组产生进化的原材料”奠定了基础。关于本小节第二部分，由于在本模块遗传部分已经讲述了可遗传变异的三个来源，因此，这里着重讲述突变率以及突变在进化中的意义。关于本小节第三部分，教材主要通过“探究自然选择对种群基因频率变化的影响”来完成。这项探究强调的是运用数学方法，而不是用实验材料来实际操
4、作，对科学探究能力的全面提高具有独特价值。第二小节隔离与物种的形成包括物种的概念和隔离在物种形成中的作用两部分。引言与第一小节相衔接，自然引出怎样判断两个种群是否属于一个物种的问题。关于物种的概念，目前还没有一个完全统一的定义，分类学上的物种主要依据的是形态学标准，进化论中的物种主要依据的是遗传学标准以能否自由交配为标准，生态学上又主要以生态要求是否一致为标准。本小节物种的定义采取的是遗传学标准。因此，在定义之前有一个状语：在遗传学和进化论中。关于隔离在物种形成中的作用，首先交代了隔离的概念，包括生殖隔离和地理隔离等。接下来安排“资料分析”活动，让学生通过分析加拉帕戈斯群岛上地雀的物种分化过程
5、，来认识隔离在物种形成中的作用。第三小节共同进化与生物多样性的形成包括共同进化、生物多样性的形成和生物进化理论在发展三部分内容。共同进化包含两层含义：一是不同物种间的共同进化，二是生物与无机环境之间的相互影响和共同演变。关于物种间的共同进化，教材通过两个实例来说明，并且指出捕食者的存在客观上有利于被捕食者种群的发展，有利于增加物种多样性，这对于培养学生的辩证思维具有重要意义，也较好地体现了学习生物学的价值。关于生物多样性的形成，首先指出生物多样性包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性，接着讲述了生物进化的几个重要阶段。需要说明的是，这里讲述的不仅是物种的更替，而且包括地球环境的变迁和生态系
6、统的演变，包括生物与环境之间的相互作用，体现了共同进化的观点。本小节第三部分，教材简单介绍了中性学说和间断平衡说，让学生认识到在进化论领域至今仍有不同观点，进化理论仍在不断发展，同时也再次强调以自然选择学说为核心的进化理论的重要地位。在介绍不同观点时，需要把握好主流观点和其他观点之间的尺度。 三维目标1知识与技能(1)解释种群、种群基因库、基因频率等概念。(2)运用数学方法讨论种群基因频率的改变。(3)说明现代生物进化理论的主要内容。(4)举例说明共同进化和生物多样性形成的原因。(5)形成生物进化的观点和生物进化理论在发展的观念。(6)培养学生收集资料和数据的能力以及处理资料和数据的能力。(7
7、)运用生物进化观点解释一些生物现象。(8)通过教学活动使学生学会抽样调查的方法。2过程与方法采用互动式教学模式，由教师提供讨论素材，组织引导学生讨论、活动，最后由师生共同总结的形式进行。3情感态度与价值观(1)通过引导学生分析调查或实验所取的数据，培养学生以事实或实验结果为依据得出结论的科学态度。(2)通过教学活动，培养学生“生物是进化来的”“生物的进化与环境密切相关”的思想观念，帮助学生树立辩证唯物主义的认识观。教学重点1种群、物种、隔离、基因频率等概念。2突变和基因重组、自然选择、隔离在生物进化中的作用。教学难点1基因频率的概念。2自然选择对种群基因频率的影响。3隔离在物种形成中的作用。教
8、具准备大量的电子图片和动画。课时安排4课时。第1课时教学过程课前准备1搜集相关电子图片和生物进化有关的影音文件或f1ash，并制作成教学课件。2制定学生课前预习的提纲。(1)通读课文。(2)思考“问题探讨”中的2个问题。(3)思考“本节聚焦”中的3个问题。(4)复习数学课中学过的概率统计的相关知识和孟德尔遗传规律。情境创设通过语言陈述或设问与学生对话交流的形式复习有关进化的基础知识达尔文进化论的基本内容。通过提出问题：“在达尔文进化论的基础之上，现代生物学的研究又有了什么新进展？”引起学生的兴趣，吸引学生的注意。师生互动引入(复习)：上节课我们学习了达尔文自然选择学说的主要观点，那么此观点是什
9、么？(答：略)请同学们根据此观点，分析下面的情境：“如果在灰色翅(基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅(基因型为Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不容易捕食。那么，昆虫的翅色将怎样变化？”学生讨论：学生自由讨论，并发表自己的看法。提出质疑：该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？(教师要明确提出这个问题的教学意图：让学生通过讨论，发现自然选择学说中的某些观点与现代遗传学所揭示的遗传和变异的本质之间的矛盾，体会对自然选择学说的修正是必然的。)学生回答：可能有几种答案：(1)绿色个体确实比灰色个体容易生存下来，昆虫的翅色由灰色朝着绿色的方向进化。(2)即使绿色个体不容易被捕食，也可能由于其他原
10、因中途夭折。提问：如果该绿色个体能很好地生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给它的下一代呢？回答：(学生讨论)只有通过有性生殖，才能将基因传给子代，将基因A保留下来。提问：如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色的吗？学生活动：复习孟德尔遗传规律，讨论、分析子代的基因型和表现型以及基因型与表现型的关系。回答：不一定。教师讲述：出现有利变异个体内的有利基因只有在群体中，通过有性生殖才能世代延续，另外，有利变异的个体的后代不一定能真实遗传。因此，研究生物的进化，仅仅研究个体的表现形式是否与环境相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成的变化，这个群体就是种群。种群是生物进化的基本单位。提问：怎样的
11、一群生物个体可以称为种群呢？学生活动：阅读教材。回答：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。课堂练习：以下属于种群范畴的是( )A一座山上所有的马尾松 B一块草地上所有的昆虫C一个池塘内所有的鱼类 D一个公园内所有的树木与学生一起进行分析：首先让学生复习种群的概念。选项A指的是在一定自然区域内(一座山)一种生物(马尾松)全部的个体，符合种群的定义。选项B指的是在一定自然区域内(一块草地)的全部昆虫，昆虫并不是一种生物，而是多种生物的总和(纲)，故不符合种群的定义。选项C、D与选项B原因基本相同，故答案选A。提问：一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？学生活动：学生讨论并自由发表看法。教
12、师总结：物种可以分布在不同的自然界的不同区域，只有在可以发生随机交配、繁衍，使基因能够世代相传的一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。提问：人们为什么要提出“种群”这个概念呢？学生活动：学生讨论，可以没有结果。教师归纳：自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。教师讲述：性状是由基因控制的，研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化呢？由此人们提出了基因库和基因频率的概念。提问：什么是基因库？什么是基因频率？学生活动：阅读教材有关部分。回答：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做
13、这个种群的基因库。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率。讲解例题：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A，褐色翅的基因为a，调查发现，AA、Aa、aa的个体分别占40、120、40，那么a和A的基因频率各是多少？学生活动：学生计算并汇报计算结果和方法。回答：种群基因A的频率为50%，基因a的频率为50%。教师总结：某种基因的频率100%等位基因的频率之和等于1。巩固练习：展示在投影上(或写在黑板上)，让学生当堂练习加以巩固。在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型为Aa的个体占78%，aa的个体占4%。那么基因A和a的频率分别是多少？教师与
14、学生一起分析：解：设所抽出的个体数为n，则基因A的数量n18%2 n78%1.14n基因a的数量n4%2 n78%0.86n此对等位基因的总数2n基因A的频率1.14n/2n 57%，基因a的频率157% 43%。提问：如果让该种群随机交配，依据孟德尔遗传规律，子一代、子二代的基因型频率和基因频率又会怎样呢？学生活动：学生计算(教师要加强引导，注意让学生计算并从结果中观察基因频率和基因型频率变化的规律)。提问：从计算结果中，发现了什么现象？回答：基因频率在亲子代之间是稳定不变的，基因型频率到了子二代也会稳定下来。提问：自然界种群的基因频率能世代不变吗？为什么？学生活动：讨论要使种群基因频率不发
15、生变化，此种群应具备哪些条件？学生自由发表看法。教师归纳：要使种群的基因频率世代不变，要满足以下条件：该种群非常大；所有的雌雄个体都能自由交配；没有迁入和迁出；自然选择对不同表现型的生物个体没有作用；这对基因不发生突变和携带者对基因的染色体不发生异常。这五个条件都是影响种群基因频率变化的原因。显然要全部满足这五个条件是不可能的，即使满足了前四个条件，基因突变和染色体变异总是会发生的。提问：影响种群基因频率变化的根本原因是什么？回答：变异。(为下一课时的教学作好铺垫)教师精讲以生物个体为单位来研究生物的进化，可以看出有局限性，有利的变异个体不一定能真实地遗传。因此，研究生物的进化，仅仅研究个体的
16、表现形式是否与环境相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成的变化，也就是说，我们应将种群作为研究生物进化的基本单位。种群是指生活在一定区域内的同种生物的全部个体。这里要求根据种群的概念能够作出对种群的判断。研究生物的进化要以种群为单位，研究种群就必须研究种群的基因组成和变化，即要掌握基因库和基因频率的概念和相关的计算。基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因。基因频率是指在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。关于基因频率的计算我们要掌握计算的方法：某种基因的频率100%等位基因的频率之和等于1。最后，我们要知道在各种环境因素的影响下种群的基因频率不是世代不变的，而是在不断变化
17、的。评价反馈1现在许多学者认为，生物进化的基本单位是( )A生物个体 B同种生物的全部个体C种群 D生活在一起的全部生物2根据现代生物进化理论，下列符合种群概念的是( )A太平洋里全部的鱼B中华人民共和国国土上的所有人C稻田里全部的蛇D草原上的灰仓鼠3已知人眼的褐色(A)对蓝眼(a)是显性。在一个有30 000人的群体中，蓝眼的有3 600人，褐眼的有26 400人，其中杂合子的个体有14 400人。那么，在这个人群中A和a的基因频率分别为( )A64%和36% B36%和64%C50%和50% D82%和18%4下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是( )A一个种群的基因库包括这个种群所含有
18、的全部基因B生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传C种群中每个个体含有种群基因库的全部基因D基因突变可改变基因库的组成解析与答案：1解析：研究生物的进化，仅仅研究个体的表现形式是否与环境相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成的变化，即要以种群为单位开展研究，故答案选C。答案：C2解析：选项A和C说的都是多种生物的总和，与种群定义不符；选项D指的是一种生物(物种)；选项B说的是在中华人民共和国这个区域内全部的人(一种)。故答案选B。答案：B3解析：此对等位基因(Aa)数目的总和30 000260 000，基因a的数量14 4003 600221 600，基因A的数量14
19、400(26 40014 400)238 400，根据公式：某种基因的频率100%等位基因的频率之和等于1。代入公式得出，基因A的频率64%，基因a的频率164%36%，故答案选A。答案：A4解析：例如，基因库中含有等位基因A和a，而在这个种群中就可能存在基因型为aa或AA的个体，故C项不正确。答案：C课堂小结本节课要求掌握的是生物进化的基本单位？(种群)种群的概念和概念的应用以及基因库和基因频率的概念和相关计算。掌握了这些知识才能使我们更好地去理解生物进化的过程和实质。布置作业教材练习一、基础题的1、2题。课后拓展在豚鼠中，黑毛对白毛是显性，如果基因库中，90%是显性基因B,10%是隐性基因
20、b，则种群中基因型BB、Bb、bb的频率分别是( )A81%、18%、1% B45%、40%、15%C18%、81%、1% D45%、45%、10%解析：此题可根据遗传平衡定律公式来计算，如果用p代表基因B的频率，q代表基因b的频率。那么，遗传平衡定律可以写成：(pq)2 p2 2pq q2。其中p2代表一个等位基因B纯合子的频率，q2代表另一个等位基因b纯合子的频率，2pq代表杂合子Bb的频率。如果一种群达到了遗传平衡，其基因型频率应当符合p2 2pq q2 1。故可得出：BB基因型频率p2(90%)2 81%；Bb基因型频率2pq290%10% 18%；bb基因型频率q2(10%)2 1%
21、。答案：A板书设计第2节 现代生物进化理论的主要内容一、种群基因频率的改变与生物进化(一)种群是生物进化的单位1种群的概念2基因库的概念3基因频率的概念4基因频率的计算方法备课资料遗传平衡定律种群的基因频率能否保持稳定呢？英国数学家哈代(G.H.Hardy,18771947)和德国医生温伯格(W.Weinberg,18621937)分别于1908年和1909年独立证明，如果一个种群符合下列条件：(1)种群是极大的；(2)种群个体间的交配是随机的，也就是说种群中每一个个体与种群中其他个体的交配机会是相等的；(3)没有突变产生；(4)种群之间不存在个体的迁移或基因交流；(5)没有自然选择。那么，这
22、个种群的基因频率(包括基因型频率)就可以一代代稳定不变，保持平衡。这就是遗传平衡定律，也称哈代温伯格平衡。遗传平衡定律的推导包括三个步骤：(1)从亲本到所产生的配子；(2)从配子的结合到子一代(或合子)的基因型；(3)从子一代(或合子)的基因型到子代的基因频率。下面用一个例子来说明。在一个兔种群中，有一半的兔体内有白色脂肪，基因型为YY，另一半的兔体内有黄色脂肪，基因型为yy。那么，这个种群中的基因Y和基因y的频率都是0.5。在有性生殖过程中，在满足上述五个条件的情况下，这个种群产生的具有Y和y基因的精子的比例是0.50.5，产生的具有Y和y基因的卵细胞的比例也是0.50.5。有性生殖的结果，
23、根据孟德尔遗传规律，产生的子一代具有三种基因型，并且它们之间的比例是： 由此可见，子一代基因型YY、Yy、yy的频率分别是0.25、0.50和0.25。那么，子一代中各基因的频率分别是：Y0.251/20.50.5，y1/20.50.250.5。因此，子一代中基因Y和基因y的频率不变，仍然是0.500.50。如果继续满足上述五个条件，这个种群中基因Y和基因y的频率将永远保持0.500.50，而基因型YY、Yy、yy的频率也会一直保持0.25、0.50和0.25。如果用p代表基因Y的频率，q代表基因y的频率。那么，遗传平衡定律可以写成：(pq)2 p2 2pq q21。其中p2代表一个等位基因(
24、如Y)纯合子的频率，q2代表另一个等位基因(如y)纯合子的频率，2pq代表杂合子(如Yy)的频率。如果一种群达到了遗传平衡，其基因型频率应当符合p22pqq21。遗传平衡所指的种群是理想的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明了在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。第2课时教学过程课前准备1搜集相关电子图片和生物进化有关的影音文件或f1ash，并制作成教学课件。2制定学生课前预习的提纲(1)通读课文。(2)复习第五章基因突变及其他变异，思考知识链接提出的问题。情境创设复习提问：在自然界中影响种群基因频率改变的因素有哪些？通过学生回答，引出变异和
25、自然选择对基因频率的影响。师生互动引入(复习)：通过上节课的学习，大家知道自然界种群的基因频率变化是必然的，为什么？学生回答：影响基因频率变化的五种因素，并指出变异是普遍的，是绝对的，所以基因频率的变化是必然的。提问：请同学们回忆变异的类型有哪些？学生回答：变异的类型包括：可遗传的变异和不可遗传的变异，其中可遗传的变异包括基因突变、基因重组、染色体变异。提问：所有的变异都能导致基因频率的变化吗？为什么？学生活动：学生讨论，自由发表看法。(在此过程中，教师要不断地结合学生的回答进行质疑、启发、引导。)教师讲述：不可遗传的变异是在环境因素的影响下表现型的改变，而基因型和基因本身并没有发生变化，所以
26、基因频率并不会发生变化。而可遗传变异则不同：突变和重组都是基因和基因型发生了变化，进而基因频率也就发生了相应的变化。得出结论：可见，只有可遗传的变异才能导致下代基因型频率和基因频率的改变。教师讲述：在三种可遗传的变异来源中，基因突变和染色体变异可统称为突变。提问：突变和基因重组对于种群的遗传组成的改变一样吗？为什么？学生回答：不一样。因为只有基因发生改变才能出现新基因，才能丰富基因库，才能改变基因频率。而基因重组中基因本身没有发生变化，所以基因频率并没有发生变化，变化了的是基因型频率。提问：在自然情况下，突变的频率很低，且多数是有害的，对生物的进化有重要意义吗？学生活动：阅读课本上有关内容，即
27、可得出结论。教师讲述：自然界生物进化是有方向的，生物具有普遍的适应现象。提问：突变和基因重组产生的变异有方向吗？它们会使生物产生适应性吗？学生活动：进行讨论。学生回答：通过前面相关章节的学习，我们知道突变和基因重组都是随机的、不定向的，所以这种变异不一定会使生物产生对环境的适应性。教师再次强调，得出结论：突变和重组都是随机的，不定向的，它只能为生物进化提供原材料，而不能决定生物进化的方向。提出问题：那么生物进化的方向是由什么因素决定的呢？(引入下文)学生活动：阅读教材探究“自然选择对种群基因频率变化的影响” 。教师组织引导学生开展探究活动：教师可以依据教学班的实际情况，以方便学生讨论为原则，将
28、教学班分成若干个小组。关于探究活动的教学，教师应注意以下几点：1指导学生阅读桦尺蠖种群变化的资料(教师可以导读教材相关部分)，依据这些事实明确提出问题。2作出假设。针对事实和问题，依据学生已有的知识背景提出假设。在这里，假设可以是：黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蠖的生存，对黑色桦尺蠖生存有利，这种环境的选择作用使该种群的S基因的频率越来越低，即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。3制定探究方案，可以根据学生情况灵活处理。一般情况下，可以直接使用教材提供的问题情境。可以先指导学生，依据假设计算第2年的基因型频率和基因频率，即如果第1年种群个体数为100个，当黑色(表现型)个体每年增加10
29、%时，基因型为SS(黑色)个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss(黑色)个体第2年将增加到22个，基因型为ss(浅色)个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个，基因型SS的频率是119611.5%；基因型Ss的频率是229622.9%；基因型ss的频率是639665.6%。在学生理解了计算方法后，可独立计算以后年份的基因型频率和基因频率，从中找出规律。4在分析计算结果的基础上，应要求学生讨论教材中设置的两个讨论题。使学生理解，在黑色背景下，浅色桦尺蠖被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺蠖，但不影响桦尺蠖的生存和繁殖，直接受选择的是表现型。教师归纳总结：在自然选择的作用下，可以使基
30、因频率发生定向改变，决定生物进化的方向。教师精讲要学习好这节内容，我们必须明确和掌握以下知识点：1复习了上节知识知道影响基因频率变化的五种因素，明确变异是普遍的，是绝对的，基因频率的变化也是必然的。2复习和分析第5章基因突变及其他变异中的变异各类型的概念和特点，明确可遗传变异中的突变和重组使基因和基因型发生了变化，进而导致了基因频率和基因型的变化；而不可遗传的变异是在环境因素的影响下表现型的改变，而基因型和基因本身并没有发生变化，所以基因频率并不会发生变化。由此我们可以得出一个结论：可遗传的变异才能改变种群的基因组成，才能改变基因频率。3明确突变和基因重组对于种群遗传组成的改变是不一样的，基因
31、突变使基因本身发生了变化，出现了新的基因，丰富了基因库，改变了基因频率。而基因重组增加了基因型的种类。4复习突变的特点及基因的分离和自由组合定律，明确突变和重组都是随机的、不定向的。通过以上的四点，我们就可以轻易地得出：突变和基因重组只为生物的进化提供了原材料，而不能决定生物进化的方向。那么生物的进化方向是由什么因素决定的呢？通过对书上“探究”内容的计算和分析，我们就可以得出：自然选择可以使基因频率发生定向改变，导致生物朝着适应环境的方向发展。 评价反馈(一)判断题1变异是生物进化的原材料。( )2有利变异可以使生物更好地去适应环境。( )3突变的有害或有利是绝对的、一成不变的。( )4种间斗争的结果决定了生物进化的方向。( )(二)选择题1下列各种现象
