【教案】种群基因组成的变化与物种的形成教学设计高一下学期生物人教版必修2.docx

课题名称种群基因组成的变化与物种的形成（第1课时）学科生物学授课对象高一年级教学环境多媒体环境教材版本人教版一、 教学设计理念依据普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）中“核心素养为宗旨”的基本理念，建构主义学习理论为指导，通过“教学情境、问题探讨、探究活动、归纳总结”为主线，用发现问题、解决问题的模式激发学生的学习兴趣，并引导学生在遇到复杂问题时可用数据论证进而解决问题。通过概念建构与问题引导相结合，探究活动来推进教学进程，学生通过分析、归纳总结，借助数学的严密计算，认同了生物进化的实质。树立了人与自然和谐共生的发展观，进化与适应观等。“概念冲突”教学模式由Nussbaum和Novick提出，其要点是：顺应学生的认知心理规律，在揭示前概念的基础上，利用新概念与前概念之间的冲突，激发学生对新概念的关注，进一步理解已有的前概念，从而建立完整的新概念体系。这种策略包括四个主要因素：创设情境，揭示前概念；提供问题情境，明确认知冲突；深化认知冲突，形成概念冲突；引导认知调整，建立新概念。通过概念冲突的 二、 设计思路本节教学采用逆向教学设计，通过学情分析确定学生需要达到的预期目标，再通过教学目标明确评估证据，最后设计探究性学习活动。逆向教学设计的目标导向强，可以使教学内容和教学时间得到合理分配，同时引导学生聚焦探寻知识内在的联系，提高学生思维水平。本节内容的设计思路图如下：三、 教材分析“种群基因组成的变化与物种的形成”是人教版（2019版）高中生物学教材必修2第6章第3节的内容，指向大概念4“生物的多样性和适应性是进化的结果”，本节第一课时“种群基因组成的变化”，从种群和种群基因库的概念切入，通过对种群基因频率的变化由浅入深的分析，来揭示生物进化的实质。本模块的教学依据普通高中生物学课程标准（2017年版）提出的“举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势”“阐明具有优势性状的个体在种群中所占的比例将会增加”“用数学方法探讨自然选择使种群的基因频率发生变化”的活动建议，“运用统计与概率的相关知识，解释并预测种群内某遗传性状的分布及变化”的学业要求展开。四、 学情分析知识方面：学生在生命系统结构层次接触过种群概念，有遗传定律基础，且初步形成“自然选择”进化观点。但是学生对现代进化理论的发展认识不足，不能从本质分析进化。对生物进化原因有错误认识。能力方面：本班学生多数性格开朗、思维活跃、乐于挑战并且好奇心强。因此，教师可以充分利用学生已有知识进行启发，引导其进行自主探究，促进学生深度学习，培养学科核心素养。但是本班学生的逻辑思维严密性略有欠缺，在教学过程中需要教师适当提供教学支架引导学生以小组合作的形式完成探究过程中遇到的难题。五、 教学目标依据学情分析，结合课程标准对本节的要求，设计如下教学目标：1、 通过材料分析以及对进化现象的解释，能够认同种群是生物进化的基本单位并理解进化的本质是由于基因的作用，提高科学思维能力。2、 通过创课真实情境，理解突变和基因重组是进化的原材料，自然选择决定进化的方向。3、 通过合作学习，训练学生的科学思维并提高其科学探究能力。4、 通过对进化实例的分析，能够形成进化与适应观，培养社会责任感。六、 教学重点与难点教学重点：1、种群、基因库、基因频率的概念；2、变异选择在生物进化中的作用。教学难点：1、基因频率和基因型频率的计算问题；2、自然选择对种群基因频率变化的影响。七、 教学策略“概念冲突”八、 教学流程图九、 教学过程设计教学过程教师活动学生活动设计意图（一）创设情境导入新课教师利用多媒体展示科学史资料：【资料】英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾，在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的。1850年，科学家在该地区首次发现了黑色桦尺蛾；19世纪时，该地区工业化发展迅速，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。创设情境，揭示前概念：你能用达尔文的自然选择学说推测一下黑色桦尺蛾的命运吗？提供问题情境，明确认知冲突：生物的表现型依附于生物的个体，一旦黑色个体死亡，这一表现型也随之消失，那么在这一物种的进化历程中，这一适应环境的表现型是否还会再出现？如何才能出现？过渡：基因能够随着生殖而延续，因此研究生物的进化，仅研究个体的表型是不够的，还需要研究群体基因组成的变化，这个群体就是种群。板书：种群基因组成的变化学生思考教师提出的问题。能，这一个体死亡了，但是通过遗传，其后代可能可以表现出这一性状，并且一代代传下去。另外也有认为不能的，这一个体可能没有产生后代就死亡了，或者没有产生足够多的后代，使这一性状没有得到遗传。让学生了解史实，创设真实情境，学生根据已有的知识，利用达尔文的自然选择学说”从性状水平解释“桦尺蠖工业黑化”这种生物进化的现象，为接下来新课的学习奠定基础。（二）种群是生物进化的基本单位那什么是种群呢？教师展示多媒体图片：一片冰原上的南极企鹅群、一片树林中的猕猴、一片草地的蒲公英、蝗虫。问题：每一张图片中生物群体的共性有哪些？从生物活动区域看，共性是什么？教师总结：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫作种群。板书：一定区域同种生物全部个体问题：概念中的“全部个体”的含义是种群中个体机械地集合吗？教师总结：种群既是一个繁衍单位，也是一个进化单位。板书：地位进化和繁殖的单位练习：判断下列例子是否属于种群?（1）两个池塘中所有的鲫鱼。（）（2）一个湖泊中所有的鱼。（）（3）一个池塘所有的蝌蚪。（）学生从遗传变异的角度理解，自然选择最终一定要作用于基因型才可以引起进化，种群的根本特征是个体间可以进行基因交流。充分利用直观、抽象和归纳等概念教学的策略，利用对前概念、反例和特例的分析，帮助学生准确把握种群概念的内涵和外延。加深对“种群是生物进化的基本单位”这一核心概念的理解，也为基因型的相关计算学习做好铺垫。基因库、基因频率和基因型频率一、基因库、基因频率和基因型频率概念过渡：工业革命前后的桦尺蛾种群基因组成有变化吗？可能怎么变化？用什么来准确描述种群基因组成的改变？教师总结：科学家提出了个定量描述种群基因组成变化的概念。（） 基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。（） 基因型频率：一个种群中某种基因型个体所占的百分比。（） 基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。板书：二、 如何计算基因频率和基因型频率？【情境一】在一个桦尺蛾种群中，决定体色为黑色的基因是S，决定体色为浅色的基因是s，从这个种群中随机抽取1000个个体，测得基因型为SS、Ss和ss的个体分别是100、200和700个。问S、s在该种群中的基因频率分别为多少？不同基因型的频率是多少？（请根据概念求解）教师提示：就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有个基因，那么这1000个体共有2000个基因。教师总结：通过演算建构两个重要概念间的关联，引导学生得出：某基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+1/2该基因杂合子的基因型频率【情境二】若知道了一个种群的基因型频率SS10、Ss20、ss70，能否得到S和s的基因频率？教师总结：基因频率和基因型频率相关计算的两种情况：（1）已知不同基因型的个体数，求基因频率（抓概念）；（2）已知基因型频率，求基因频率（套公式）板书：种群的基因会随着繁殖代代相传，在繁殖时，新老种群在基因组成上会有变化吗？【情境任务】若某桦尺蛾种群非常大，所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，不同体色的个体生存和繁殖机会是均等的（无选择），基因S和s都不产生突变，根据分离定律计算并填写下表。自由交配繁殖一代后，种群基因频率没改变，从而引出笫个问题：种群的基因频率在什么条件改变三、种群的基因频率在什么条件下会改变【情境】在桦尺蛾种群中，随机抽取1000个个体，其中基因型为SS、Ss、ss各有100、200、700个，S%为20，s为80。该种群发生以下种情况。情况1：依桦尺蛾种群中有100个SS个体失去了求偶和交配能力，则随机交配一代后，S和s基因频率分别为多少？情况2：该桦尺蛾种群中有10个SS个体突变为Ss，则S和s基因频率分别为多少？情况3：若此时从城外迁入了100只基因型为ss的桦尺蛾，则种群中S和s的基因频率分别为多少？教师引导学生逆向思维推导出基因频率不变的必备条件：（） 种群中雌雄个体间可自由交配；（）没有基因突变发生；（）没有个体的迁入和迁出。问题：如果种群个体太小，研究过程中个体的偶然死亡会不会改变基因频率？现实环境会不会改变种群基因频率？教师总结：种群基因频率不变的个条件：（）种群中雌雄个体间可自由交配；（）没有基因突变发生；（）没有个体的迁入和迁出；（）种群非常大；（）自然选择不起作用。种群即使生存在非常稳定的环境里，在繁殖的过程中可遗传变异也会随吋发生，在种群的个体之间产生差异，就像巧妇难为无米之炊一样,因为有了变异，种群内个体间才有了差别，自然选择才有了可供选择的原材料。(1) 既然突变频率很低,为什么还可以作为生物进化的原材料?(2) 既然突变多数有害,为什么还能对生物进化有意义?可遗传变异“突变和基因重组”是不定向的，但生物却沿一定的方向进化，生物进化的方向由什么决定呢？S基因数=2×100+200=400个，s基因数=200+2×700=1600个，S的频率=400/2000×100=20，s的频率=1600/2000×100=80%S的频率=SS%+1/2Ss%20%，s的频率=ss%+1/2Ss=80%学生根据孟德尔分离定律进行计算。小组成员先进行计算再进行小组讨论，根据计算结果分析基因频率改变的原因。利用事实性材料，构建基因频率的数学模型；遵循具体抽象具体的思路，强化基因频率概念的应用，为下一教学环节奠定运算基础。利用定量的数据让学生推出和科学家一样的结论，通过基于事实和证据的科学思维体验，培养学生的质疑精神，提升学生的科学素养。教师展示两幅不同坏境中的桦尺蛾图片，并设问：导致桦尺蛾体色差异的原因是什么？环境不同为什么能引起桦尺蛾体色不同呢？科学史材料：英国数学家哈迪（）和德国医生温伯格（）分别于年和年证明若种群满足个条件：（）种群非常大；（）所有的雌雄个体都能进行自由交配并产生后代；（）没有迁人和迁出；（）自然选择对不同表现型的个体没有作用；（）这对基因不发生突变，并且携带这对基因的染色体不发生变异。这个种群的基因频率就可以一代代稳定不变，保持平衡。问题：若以上假设情况都发生（种群处于理想条件），这个种群的基因频率（包括基因型频率）可以一代代稳定不变，保持平衡？若可以，这样的种群会进化吗？根据孟德尔的分离规律，改造教材提供的基因频率计算结果表，建立种群自由交配逐代基因频率的变化模型。教师总结：由于种群足够大，又是自由交配，这个种群提供的、雌配子和、雄配子的比例应该接近此种群的、基因频率。以此类推，假设该种群每一代的和基因频率始终为和，、和的基因型频率分别为、和，保持不变。这样的“理想种群”不会进化。假设一对等位基因A和a在群体中遗传,它们的频率分别是P和Q,P+Q=1;当随机交配时,其子代的基因型是AA、Aa、aa,基因型频率分别为D=P2、H=2PQ、R=Q2,则这三种基因型个体产生配子的频率应是:A=D+1/2H=P2+1/2(2PQ)=P2+PQ=P(P+Q)=P;a=R+1/2H=Q2+1/2(2PQ)=Q2+PQ=Q(P+Q)=Q，由此可见,子代和亲代中A和a的频率相等不变,这就是遗传平衡现象。问题：自由交配繁殖一代后，种群基因频率没改变，从而引出笫个问题：种群的基因频率在什么条件下改变？情境一：某植物种群个体自交；情境二：某种群雌雄个体随机交配（自由交配）；情境三：某种群的aa个体经自然选择被淘汰环境不同课堂小结教师带领学生通过板书对本节学习内容进行总体回顾总结。十板书设计十一教学评价设计为了更好落实课程标准中提出的“学业评价促发展”这一基本理念，针对本节教学中的主要活动设计评价量规，在教学过程中引导学生运用量规进行自评与互评，不仅促进评价多元化，帮助教师检验本节教学目标的达成情况，同时也有利于学生结合评价量规对活动内容进行反思与修正。十二、教学反思本节教学采用逆向教学设计，以目标为导向较好地体现了新课程的基本理念。本节课的设计主要有以下特点：1.体现生物学学科核心素养要求。引导学生运用对照实验原则和单一变量原则体会科学探究过程，组织学生对实验中存在的不足之处提出优化设计方案，培养学生的质疑精神与科学思维能力。2.体现建构主义学习理论。利用问题串的形式构建思维导图使学生对植物向光弯曲生长的原因形成系统框架，建立新旧知识间的联系。3.运用量规，以评价促发展。本节教学中针对教学活动设计相应的量规，在教学中运用量规促进学生的自评与互评，以评价促发展。本节课围绕教学重点，针对教学目标，以学生为中心，注重方法的学习和思维的提升，渗透生物学核心素养。学科网（北京）股份有限公司