“種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化”教學(xué)設(shè)計

魏偉

【摘 要】通過“情境創(chuàng)設(shè)、案例分析、數(shù)據(jù)處理、原因剖析”，運(yùn)用數(shù)學(xué)分析模擬遺傳平衡定律的發(fā)現(xiàn)，提高對基因頻率變化原因的認(rèn)識，從而使學(xué)生對進(jìn)化的理解“從性狀水平深入到基因水平，從個體水平升華到種群水平”。

【關(guān)鍵詞】生物進(jìn)化 ；基因頻率 ；教學(xué)設(shè)計

【中圖分類號】G634.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1671-8437（2018）04-0073-02

1 教材分析

《種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化》是人教版必修2《遺傳與進(jìn)化》第7章的第2節(jié)《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容》一節(jié)中的第一小節(jié)。本單元的教學(xué)按《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的“說明現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容”、“用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化”的活動建議，依據(jù)學(xué)生已有的孟德爾遺傳定律的知識基礎(chǔ)和能力基礎(chǔ)，使學(xué)生能定量討論種群基因組成特點(diǎn)、定量討論基因頻率的變化學(xué)會基因頻率的計算方法，理解種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化的關(guān)系，難度較大。

2 設(shè)計思路

第一，通過實(shí)例使學(xué)生發(fā)現(xiàn)自然選擇學(xué)說的局限性，并領(lǐng)悟到對自然選擇學(xué)說的修正是必然的。從而引導(dǎo)學(xué)生針對自然選擇理論的局限性，引出種群、基因頻率、基因型頻率的概念。

第二，通過討論種群的概念，使學(xué)生理解種群是繁殖的單位，是生物進(jìn)化的基本單位。

第三，依據(jù)孟德爾遺傳定律，計算親子代間基因頻率，然后討論在自然界中，基因頻率為什么不可能穩(wěn)定不變，理解可能引起基因頻率改變的因素。

本小節(jié)內(nèi)容理論性較強(qiáng)，邏輯嚴(yán)密，安排學(xué)生討論和探究活動是發(fā)展學(xué)生科學(xué)分析問題和探究能力的良好載體。在重難點(diǎn)上，采用通過運(yùn)用數(shù)學(xué)分析模擬遺傳平衡定律的發(fā)現(xiàn)，提高對基因頻率變化原因的認(rèn)識，從而使學(xué)生對進(jìn)化的理解“從性狀水平深入到基因水平、從個體水平上升華到種群水平”本小節(jié)安排1課時。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識與技能

第一，解釋種群、基因庫、基因頻率概念。

第二，嘗試運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的改變。

第三，培養(yǎng)學(xué)生處理資料和數(shù)據(jù)的能力。

第四，能闡明以自然選擇學(xué)說為核心的現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要觀點(diǎn)。

3.2 過程與方法

采用互動式教學(xué)模式，以教師提供討論素材，組織引導(dǎo)學(xué)生討論活動，最后由師生共同總結(jié)得出結(jié)論的形式進(jìn)行。

3.3 情感態(tài)度與價值觀

第一，通過引導(dǎo)學(xué)生分析調(diào)查所取的數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生以事實(shí)為依據(jù)得出結(jié)論的科學(xué)態(tài)度。

第二，通過教學(xué)活動，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生“生物是進(jìn)化來的”的思想觀念，幫助學(xué)生樹立辯證唯物主義的認(rèn)識觀。

4 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

4.1 教學(xué)重點(diǎn)

種群、基因庫、基因頻率概念；基因頻率的計算。

4.2 教學(xué)難點(diǎn)

基因頻率的概念；用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化。

5 教學(xué)過程

5.1 導(dǎo)入新課

上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的主要觀點(diǎn)，下面請同學(xué)們依據(jù)該學(xué)說的基本觀點(diǎn)，分析下面的情境：

【多媒體展示】教材第一節(jié)課后基礎(chǔ)題第2題（P12）

【教師結(jié)合學(xué)生的討論進(jìn)一步提出問題】

①抗藥性是由于抗生素的使用才產(chǎn)生么？②細(xì)菌抗藥性有強(qiáng)弱說明什么？③細(xì)菌抗藥性強(qiáng)或弱這些變異對細(xì)菌是否有利取決于什么？④抗生素對細(xì)菌進(jìn)行了選擇，直接作用的對象是什么？

【設(shè)計意圖】回顧舊知，利用上節(jié)所學(xué)“達(dá)爾文自然選擇學(xué)說”解決問題，同時引導(dǎo)學(xué)生理解自然選擇學(xué)生的局限性，并引入新課。

5.2 種群的概念

【多媒體展示】在一片樹林中，如果在灰色翅昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅的變異個體。

【設(shè)問】①綠色翅昆蟲能活下去的幾率大么？②綠色個體產(chǎn)生的原因是什么？（基因顯性突變）③如果能活下來綠色性狀能保留下來并傳給后代么？怎么傳遞？

【設(shè)計意圖】引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)遺傳學(xué)知識推測灰、綠色昆蟲基因型及昆蟲在群體中通過有性生殖隨機(jī)交配傳遞遺傳基因，明確生物進(jìn)化必須在群體為單位，才能使有利變異得以保留。由此推出種群的概念。

【多媒體展示】舉例判斷

【設(shè)計目的】引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對種群概念的理解及特點(diǎn)，了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的方法，形成群體遺傳學(xué)概念，為深刻理解種群是進(jìn)化的基本單位打下基礎(chǔ)。

5.3 基因頻率、基因型頻率

【設(shè)問】①那么利用遺傳學(xué)知識，結(jié)合達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說，請同學(xué)討論昆蟲種群中出現(xiàn)綠色個體后，種群會如何進(jìn)化？②這個變化過程種群進(jìn)化了么？③在這個過程中種群的基因組成會變化么？該怎么變化呢？

【設(shè)計目的】使學(xué)生認(rèn)識到為什么研究生物進(jìn)化是要分析種群的基因組成和變化，從而初步形成生物進(jìn)化由宏觀到微觀的變化。

【學(xué)生活動】組織學(xué)生閱讀教材，理解基因庫、基因頻率的概念。

【多媒體展示】提供例題，引導(dǎo)學(xué)生計算并總結(jié)。

總結(jié)：某種基因頻率A=A/A+a；某種基因型A=AA+Aa×1/2。種群中一對等位基因的頻率之和為1，基因型頻率之和為1。

【設(shè)計目的】讓學(xué)生在已經(jīng)了解遺傳變異的基礎(chǔ)上自主探究基因頻率的有關(guān)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建。

5.4 用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化——遺傳平衡定理

【學(xué)生活動】學(xué)生先進(jìn)行課文（P115）思考與討論的有關(guān)計算，回答有關(guān)問題。再進(jìn)行教學(xué)案中“用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化”的拓展計算，教師巡回引導(dǎo)，并讓學(xué)生分組討論并介紹計算結(jié)果和方法。

【設(shè)問】通過從后代的基因型頻率和基因頻率的計算結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象？

【教師總結(jié)】因此，通過計算子一代中的基因頻率沒有改變，如果繼續(xù)滿足這五個條件，那么這個種群的基因A和基因a的頻率將永遠(yuǎn)保持不變，基因型的頻率也會一直保持不變。這就是著名的遺傳平衡定理——也稱哈代—溫伯格定理

【多媒體展示】簡答介紹遺傳平衡定理——也稱哈代—溫伯格定理

【設(shè)計目的】培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論問題的能力，體會假說演繹在此過程中的應(yīng)用，為引入遺傳平衡定律打下基礎(chǔ)。

【教師小結(jié)】遺傳平衡所指的種群是理想的種群，在自然條件下同時滿足以上5個條件顯然是不可能的，這樣的種群是不存在的，這也從反面說明了自然界中種群的基因頻率一定會發(fā)生變化，種群的基因庫的基因組成也就必然會發(fā)生變化，也就是說種群的進(jìn)化是必然的。

6 教學(xué)體會

由于課程理論性較強(qiáng)且相對抽象，前后順序邏輯嚴(yán)密，雖有探究活動，但都是要求學(xué)生能過計算得出結(jié)論，容易使學(xué)生產(chǎn)生疲勞、厭煩。因此在最后的探究活動我利用模擬實(shí)驗(yàn)，讓小組之間合作，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。最后利用概念圖的設(shè)計，可以很好的讓學(xué)生將本節(jié)課的相關(guān)知識形成一個體系，升華本節(jié)課的學(xué)習(xí)成果。