高中生物人教版（2019）必修二 6.3 种群基因组成的变化与物种的形成 教案

6.3 种群基因组成的变化与物种的形成
【教学目标】
知识：解释种群、种群基因库和基因频率概念；说明突变和基因重组产生生物进化的原材料；举例说明自然选择使种群基因频率定向改变。
能力：学会基因频率的计算方法；运用数学方法讨论种群基因频率的改变；
情感态度与价值观：体验模拟探究问题的过程和方法，养成分析问题和科学思维的习惯。
【教学重点】
基因频率的概念及计算；数学方法讨论种群基因频率的变化；分析突变和基因重组与生物进化的关系；探究自然选择对种群基因频率的影响。
【教学难点】
数学方法讨论种群基因频率的变化；探究自然选择对种群基因频率的影响
【教学思路】
本小节内容理论性和逻辑性较强，相关的数据处理较多，在学生课外充分预习的基础上，精心设计系列问题推进教学过程，以引导学生讨论、探究为主，结合老师讲解与提升，利用多媒体辅助展示讨论和探究的过程及结果。相信是可以高效地完成教学任务。主要的思路如下：1、创设情境，活跃气氛，同时激发学生的思维。→2、以定量研究种群的基因组成为思维起点，展开对基因频率的概念及计算学习及数学方法讨论其变化。→3、以变异原理为基础，分析突变和基因重组产生进化的原材料。→4、探究自然选择对种群基因频率改变的影响，发现自然选择决定生物进化的方向。→5、课堂小结，种群基因频率改变时生物进化的实质。
【教学过程】
教学内容 学生活动 教师的组织和引导 教学意图
问题讨论导入新课 种群是生物进化的基本单位。 种群基因库、基因频率、基因型频率的概念及计算 用数学方法讨论种群基因频率的变化 突变和基因重组产生进化原材料 探究“自然选择对种群基因频率变化的影响” 自然选择决定生物进化的方向。 总结归纳 用拟人化的方式思考问题，发现个体的寿命是有限的，但个体内的基因是可以通过有性生殖在后代中延续并扩散的。 阅读教材中种群的概念，思考： 1、以下描述的生物群体是种群： A、一片草原上所有的蛇 B、我国长江所有白鳍豚 C、漳州地区所有滩涂上的红树林。 D、第二农贸市场所有的菠菜。 2、一个种群中的个体是机械的集合在一起的吗？“种群”与“物种”有区别吗？ 阅读教材中的相关定义，练习计算。同时发现计算技巧：等位基因的频率之和为1；常染色体上的基因频率与基因型频率之间的关系式。 分析得出：欲求子代的基因频率，要先通过遗传分析得到子代的基因型频率。 复习孟德尔遗传定律的适用条件，推理得出：若孟德尔遗传定律来分析解题，种群必须符合5个条件。 进行种群随机交配的遗传分析。 计算并进行统计分析得出：理想状态下，种群繁殖过程，基因型频率从子一代开始保持不变。基因频率一直保持不变。分析数据发现遗传平衡定律。 举例说明种群中基因突变的普遍性，自然选择普遍存在等等，理解自然界很难同时满足这五个条件。 缺失或重复改变基因频率；易位和倒位似乎不改变基因频率；单体变异会改变基因频率，整倍体变异不一定改变基因频率。等等 分析发现：突变和重组都是随机的、不定向的，得出它们能够产生生物进化的原材料，但不能决定进化的方向。 阅读探究资料并提出问题： 浅色型桦尺蠖为什么越来越少？ 桦尺蠖种群中ss基因型频率为什么越来越低？ 桦尺蠖种群中s（S）的基因频率为什么越来越低（高）？ 桦尺蠖种群中S（s）基因频率为什么定向改变了？ 分析原因作出假设： 自然选择是种群基因频率发生定向的改变。 讨论探究思路,并表述： 可以根据史实，对19世纪中叶的英国曼切斯特的桦尺蠖种群的基因型频率赋予假设的数值，接着假设由于自然选择，黑色桦尺蠖增加的比例，浅色桦尺蠖相应减少的比例，然后逐年计算种群的基因型频率，再计算基因频率。统计比较数据的变化规律，即可证明假设是否正确。 制定并实施探究方案。课前预习并各小组创设数字化问题情境，计算并制定表格统计结果。做出电子稿，课堂上展示交流。 分析结果，得出结论。 结果：随着黑色桦尺蠖比例逐年上升，S基因频率也逐年上升。…… 结论：自然选择的使种群基因频率发生定向改变，而且选择压力越大，改变幅度就越大。 讨论 树干变黑对浅色型的出生率的影响？ 直接接受选择的是基因型还是表型？ 生物进化的基本单位——种群 生物进化的实质是——基因频率的变化 生物进化的材料来源于——突变和基因重组 生物进化的方向决定于——自然选择 图片情境创设：假如你是老虎体内的一个控制有利性状的基因，你有个愿望“我真的还想再活五百年！”。你觉得这个愿望可能实现吗？ 总结：研究进化，仅研究个体的适应性是不够的，还需要研究群体的基因组成及其变化 指导阅读 通过答案解析，引导学生辨析种群的两个“同一”性，发现种群是自然界生物繁殖的基本单位，因此是生物进化的基本单位。 如何定量地描述种群基因组成？ 从定义推导出相应的公式，方便记忆和应用。 有性生殖过程中，基因或分离或重组，那么种群基因频率是否会改变？ 引导学生应用孟德尔遗传定律分析种群理想状态下随机交配产生后代的基因型频率，进而计算基因频率。设计表格，便于观察和发现规律。 种群的基因频率没有变化，就意味着没有进化。显然这是违背自然事实的。五个条件自然界都能满足吗？ 引导讨论然后总结：生物的变异和自然选择是普遍存在的，因此种群基因频率变化时必然的。 基因突变是种群基因频率改变的最根本原因，它既丰富了种群基因库，又改变基因频率，其他变异方式呢？ 教师总结指出：从理论上看，染色体变异具体方式对基因频率的影响不同，但是染色体变异往往会影响个体生存能力甚至死亡或不育，因此，染色体变异可能改变基因频率。 生物进化方向是何种因素决定的？ 引导学生相互评价，学会从表现型比例到基因型频率再到基因频率看待问题的深度和价值。 指出自然选择使各种环境因素的综合。 19世纪、20世纪已经远去了，我们当然不可能穿越回到那个年代在来个实地调查分析取证，用什么方法来证明我们的假设是否准确？ 创设数字化问题情境的方法探究 点拨次年种群基因型频率的计算方法。 评价各小组的探究方案，肯定学生的科学态度及合作精神。 关注学生对结果与结论表达。 总结：自然选择决定生物进化的方向。 树干变黑不影响浅色型桦尺蠖的生殖能力，但由于成活率的下降，所以其子代的出生率必然下降。 直接作用于个体的表现型，但是间接作用于基因型，最终作用于种群的基因频率。 所以进化的基本单位是种群，进化的实质是种群基因频率的改变。基因频率受多种因素的影响，其中基因突变是种群基因频率改变的根本原因，自然选择使种群基因频率定向改变。 激发兴趣 导入种群的概念。 训练学生准确地掌握概念。 导入概念 学会快速准确地计算基因频率。 导入“讨论基因频率变化” 巩固和提升遗传定律的应用。 训练数据处理分析能力。 导入自然条件的讨论 训练学生逻辑思维严密性 理解自然界中种群基因频率变化是必然的。 导入变异与进化关系的分析。 知识迁移，推理分析 导入探究 学会提出有价值的问题 表达能力 解决问题的能力。 合作精神的培养。 表达能力 回归主题种群基因频率的改变与生物进化。