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在線播放:福建省高中生物優(yōu)質(zhì)課比賽《種群基因頻率的改變與生物的進(jìn)化》（屏東）

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視頻簡(jiǎn)介：

視頻標(biāo)簽：種群基因頻率的改變,生物的進(jìn)化

所屬欄目：高中生物優(yōu)質(zhì)課視頻

視頻課題：福建省高中生物優(yōu)質(zhì)課比賽《種群基因頻率的改變與生物的進(jìn)化》（屏東）

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福建省高中生物優(yōu)質(zhì)課比賽《種群基因頻率的改變與生物的進(jìn)化》教學(xué)設(shè)計(jì)（屏東曾華）

種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化

人教版高中生物必修二第七章/第2節(jié)/第1課時(shí)
[教學(xué)設(shè)計(jì)]

授課人

曾華

授課時(shí)間

1節(jié)

研究課題

參與者知識(shí)觀下課內(nèi)外一體化教學(xué)模式的研究

課型

新授課

教材分析

教材的地位和作用

生物進(jìn)化論是在生物學(xué)具有重要地位的基礎(chǔ)理論，是對(duì)人們的自然觀和世界觀有著重要影響的理論。本節(jié)課內(nèi)容是必修二第七章第二節(jié)《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容》第一部分“種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化”的主要內(nèi)容，它既是前面達(dá)爾文的遺憾在遺傳學(xué)發(fā)展到分子水平的柳暗花明，又是后面物種形成這種質(zhì)變的量變發(fā)生和積累，是高中生物教學(xué)中闡釋進(jìn)化的核心章節(jié)。

教材簡(jiǎn)析

本節(jié)教材的核心概念是生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)，是在自然選擇下種群基因頻率的定向改變，包含了三個(gè)子概念，種群是進(jìn)化的基本單位，自然選擇決定進(jìn)化的方向，突變和基因重組是進(jìn)化的原材料（放到下一課時(shí)探討）。教學(xué)內(nèi)容在教材設(shè)置上比較簡(jiǎn)潔抽象，但實(shí)際上存在著嚴(yán)密的邏輯關(guān)系、蘊(yùn)含著科學(xué)研究的方法和思想，其中兩個(gè)活動(dòng)“思考與討論——用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化”及“探究——自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”都是運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行研究，前者涉及群體遺傳學(xué)中哈代—溫伯格平衡的內(nèi)容，但未出現(xiàn)這一名詞和相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式，后者是對(duì)自然選擇對(duì)基因頻率變化方向影響的抽象論證，強(qiáng)調(diào)用數(shù)學(xué)方法，而不是實(shí)驗(yàn)材料來(lái)實(shí)際操作，對(duì)能力有較高要求。
（三）教學(xué)總體目標(biāo)分析
學(xué)生通進(jìn)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不僅可以了解生物進(jìn)化在達(dá)爾文之后的發(fā)展，把握生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)，進(jìn)一步樹(shù)立進(jìn)化觀點(diǎn)和辯證唯物主義觀點(diǎn)，而且在推導(dǎo)自然選擇對(duì)基因頻率的影響過(guò)程中，嘗試數(shù)學(xué)方法在科學(xué)研究中的應(yīng)用，有助于理性思維的發(fā)展。

學(xué)情分析

在學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備方面，本章第一節(jié)介紹了達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容，在分析該學(xué)說(shuō)貢獻(xiàn)的同時(shí)，討論了它的局限性，為修正、深入和擴(kuò)展達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)埋下了伏筆，也為本節(jié)繼續(xù)討論現(xiàn)代生物進(jìn)化理論奠定了基礎(chǔ)。又通過(guò)本模塊遺傳部分的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道遺傳的兩大定律，遺傳和變異的分子基礎(chǔ)及基因與性狀的關(guān)系，這些都是學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的重要基礎(chǔ)。
在高中偏重理論學(xué)習(xí)中，適當(dāng)?shù)膭?dòng)手操作活動(dòng)易激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在親身實(shí)踐中形成經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)觀察思考能有效地獲得知識(shí)的提升，這符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)。而高二學(xué)生已有的研究性學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)及我校高中生物開(kāi)放性作業(yè)的常態(tài)化，又使他們具有了一定的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、自主學(xué)習(xí)、合作探究的能力。這也是本節(jié)活動(dòng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

教學(xué)策略的選擇與設(shè)計(jì)

1、基于前述的學(xué)生認(rèn)知能力特征，本節(jié)課設(shè)計(jì)了 “自然選擇是如何影響等位基因頻率的？” 的模擬活動(dòng)，即模擬食蟲(chóng)鳥(niǎo)的捕獵對(duì)樺尺蠖種群體色的影響，并通過(guò)推算基因頻率的變化來(lái)感受演化的實(shí)質(zhì)，布置學(xué)生在課外以小組合作方式來(lái)完成，并嘗試數(shù)學(xué)建模。活動(dòng)的設(shè)計(jì)改編自人教版高中生物必修二第一章第二節(jié)的“性狀分離比的模擬”及美國(guó)高中生物教材《生命的動(dòng)力》中的網(wǎng)絡(luò)生物實(shí)驗(yàn)“自然選擇和等位基因頻率” （活動(dòng)任務(wù)具體見(jiàn)附錄一）。因?yàn)槲倚Ｉ镎n外探究活動(dòng)的常態(tài)化，學(xué)習(xí)小組可自主選擇利用課余時(shí)間，分工協(xié)作完成探究活動(dòng)。通過(guò)模擬活動(dòng)，學(xué)生對(duì)自然選擇下基因頻率的改變有了直觀的認(rèn)識(shí)，在數(shù)據(jù)分析中，相關(guān)的數(shù)學(xué)模型也有初步的意向，所以課堂設(shè)計(jì)要側(cè)重反映學(xué)生作為有經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)者的主體性特征及新知識(shí)構(gòu)建中的生成性特征，因此課堂環(huán)節(jié)的流程設(shè)計(jì)為：活動(dòng)的背景、目標(biāo)、步驟的解讀——學(xué)生活動(dòng)的結(jié)果交流——建構(gòu)數(shù)學(xué)模型及核心概念。
2、現(xiàn)代生物進(jìn)化理論林林總總，卻以自然選擇學(xué)說(shuō)為核心的綜合進(jìn)化理論為大多數(shù)人普遍接受，其重要原因就是它經(jīng)得起理性思維的錘煉，并不斷完善。因此本節(jié)課以樺尺蠖體色變化究因溯源為主線索，采用論證式教學(xué)的策略。提供素材“英國(guó)生物學(xué)家凱特威爾的標(biāo)志重捕法實(shí)驗(yàn)及遺傳學(xué)家馬杰魯思7年如一日的觀察。”，論證達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)；對(duì)于基因?qū)用嫔蟻?lái)解釋樺尺蠖體色變化是無(wú)法直接觀察論證的過(guò)程，則通過(guò)學(xué)生模擬活動(dòng)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析及數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)來(lái)推理論證。采用論證式教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)概念和科學(xué)本質(zhì)并發(fā)展科學(xué)的思維。
3、在現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的研究中經(jīng)常用到數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，本節(jié)教材是側(cè)重相關(guān)概念的理解及數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用，由于學(xué)生在課前通過(guò)模擬活動(dòng)的數(shù)據(jù)處理已發(fā)現(xiàn)一定的規(guī)律，有此基礎(chǔ)，所以本節(jié)課的設(shè)計(jì)可以同學(xué)生一起更深入地推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)哈代溫伯格定律的公式及適用條件，以及影響基因頻率選擇效應(yīng)的數(shù)學(xué)曲線模型建構(gòu)，從而豐富學(xué)生闡述生物現(xiàn)象的表達(dá)形式，進(jìn)一步培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的理科思維。

教學(xué)
目標(biāo)

知識(shí)與技能

解釋種群、種群基因庫(kù)、基因頻率等概念。
概述種群是生物進(jìn)化的單位；
掌握基因頻率的計(jì)算方法；
說(shuō)明生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是自然選擇下種群基因頻率的定向改變。

過(guò)程與方法

嘗試用黑白圍棋子模擬自然選擇對(duì)等位基因頻率的影響過(guò)程。
嘗試建構(gòu)哈代溫伯格平衡定律的數(shù)學(xué)模型，及自然選擇對(duì)基因頻率選擇效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

情感、態(tài)度
與價(jià)值觀

形成生物進(jìn)化的觀點(diǎn)。
體驗(yàn)科學(xué)論證的嚴(yán)謹(jǐn)性。

教學(xué)重點(diǎn)

種群、基因頻率的概念；
說(shuō)明生物進(jìn)化是自然選擇下種群基因頻率的定向改變。

簡(jiǎn)述解決重、難點(diǎn)的措施

在學(xué)生課外模擬活動(dòng)體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)概念的解析及用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)

教學(xué)難點(diǎn)

種群是進(jìn)化的基本單位；
哈代-溫伯格平衡定律。

1．以問(wèn)題串方式解析種群概念。
2．模擬活動(dòng)體驗(yàn)及數(shù)學(xué)方法的推導(dǎo)。

教學(xué)
環(huán)境

多媒體環(huán)境

教學(xué)方法

探究式教學(xué)

教學(xué)過(guò)程

教學(xué)流程

教師活動(dòng)

學(xué)生活動(dòng)

設(shè)計(jì)意圖

引入

觀察圖片中有幾只蛾子？

觀察

引起課堂注意，并隱含進(jìn)化中“選擇”的作用。

活動(dòng)背景解讀

活動(dòng)目標(biāo)解讀

一．種群是進(jìn)化的基本單位。
1．種群：
群落、繁殖、進(jìn)化的單位

2．基因頻率
計(jì)算：

解讀活動(dòng)步驟

學(xué)生活動(dòng)結(jié)果的匯報(bào)

用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)哈代-溫伯格定律。

用數(shù)學(xué)方法推算自然選擇對(duì)基因頻率的影響
二．自然選擇決定生物進(jìn)化的方向：

為什么我們要選擇這遠(yuǎn)在英國(guó)一個(gè)小鎮(zhèn)的樺尺蠖來(lái)研究呢？因?yàn)殛P(guān)于它體色變化和原因的論證有著完整的資料。
試著解釋為什么工業(yè)革命后，樺尺蠖體色黑的變多了？
提供資料（見(jiàn)附錄二），問(wèn)：
1）凱特威爾用了什么研究方法？
2）重污染區(qū)的淺色樺尺蠖和輕污染區(qū)的黑色樺尺蠖都到哪去了？
3）這是直接證據(jù)還是間接推論？
4）馬杰魯斯的觀察是直接證據(jù)嗎?
在眾多生物學(xué)家的努力下，通科學(xué)論證的方法讓這不起眼的小蛾成為證明達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)的最有力的證據(jù)。
但體色會(huì)隨著樺尺蠖個(gè)體的死亡而結(jié)束，但這個(gè)性狀為什么能在下一代延續(xù)呢？
二十世紀(jì)遺傳學(xué)已發(fā)展到分子水平，現(xiàn)在對(duì)進(jìn)化的認(rèn)識(shí)已透過(guò)性狀這個(gè)表象而關(guān)注到本質(zhì)——基因的擴(kuò)散了。我們這次的活動(dòng)是從分子層面上來(lái)解釋樺尺蠖的體色變化，這是一個(gè)無(wú)法直接觀察論證的過(guò)程，所以我們用模擬活動(dòng)來(lái)演繹這個(gè)過(guò)程。
展示活動(dòng)目標(biāo)：
為什么把基因頻率的變化放在種群這個(gè)范疇內(nèi)討論呢？
先回顧什么是種群？（歸納種群是群落的基本單位。）
概念中的“種”怎樣理解？馬和驢是同一種生物嗎？（指導(dǎo)看書(shū)，歸納是繁殖的基本單位。）
那么基因的擴(kuò)散為什么要放在種群這個(gè)范圍呢？馬的基因能擴(kuò)散到驢身上嗎？
展示表格：

問(wèn)A+B+C+。。。表示什么？
A1、A2等表示什么？
A1%表示什么？什么是基因頻率？

能否推導(dǎo)出什么是基因型頻率？

接下來(lái)，解讀活動(dòng)步驟，這個(gè)活動(dòng)看上去象是數(shù)學(xué)活動(dòng)，這節(jié)課我們回到它的生物學(xué)含義上。問(wèn)：
1、兩個(gè)盒子模擬什么？每個(gè)盒子里配子有幾種類(lèi)型？占比分別是多少？
2、兩個(gè)盒子都是隨機(jī)抓取棋子代表了什么？來(lái)自?xún)蓚€(gè)盒子的棋子的字母組合在一起代表什么？
3、第3步抓取50次代表什么？
這50個(gè)后代接下來(lái)可能遇到以下三種環(huán)境，A. 自然界對(duì)翅色這種性狀無(wú)作用，沒(méi)有淘汰；B. 在食蟲(chóng)鳥(niǎo)的作用下，30%的深色樺尺蠖和70%的淺色樺尺蠖被淘汰。C. 工業(yè)污染更嚴(yán)重，有10%的深色樺尺蠖和90%的淺色樺尺蠖被淘汰。
先請(qǐng)A種壓力的同學(xué)來(lái)介紹你們的研究結(jié)果。
1、通過(guò)原始活動(dòng)記錄單介紹你是怎樣由子一代的基因型頻率推算子一代基因頻率的？
指導(dǎo)學(xué)生由基因型頻率直接推導(dǎo)基因頻率。
2、觀察繪制的基因頻率變化曲線，發(fā)現(xiàn)有什么規(guī)律？能否用數(shù)學(xué)方法推算出這種規(guī)律？

3、分析你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)方法推算的結(jié)果在數(shù)值上差異的原因。在什么情況下，才能更接近理論值？
如果一開(kāi)始，基因頻率不是各50%，那又是怎樣的結(jié)果，子代的基因頻率會(huì)不會(huì)改變呢？
設(shè)種群里基因G%=p，g%=q，p+q=1，能否用數(shù)學(xué)方法推算出親子代基因頻率不變？
提示：1）先求子一代基因型頻率；（提供表格）2）再推算子一代基因頻率。
哈迪—溫伯格定律也稱(chēng)遺傳平衡定律，其主要內(nèi)容是指：在理想狀態(tài)下，各等位基因的頻率和等位基因的基因型頻率在遺傳中是穩(wěn)定不變的，即保持著基因平衡。
需要滿足的條件是什么？補(bǔ)充示意圖分析：如果發(fā)生了突變或是種群間的個(gè)體遷移，這個(gè)定律能否適用？

在自然條件下，這樣的種群是不存在的，也就說(shuō)明種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化。那么在環(huán)境作用下，基因頻率發(fā)生怎樣的改變呢？
請(qǐng)B、C組學(xué)生匯報(bào)。
1、通過(guò)原始活動(dòng)記錄單介紹你們是怎樣模擬環(huán)境對(duì)樺尺蠖體色的選擇的？你們又是怎樣計(jì)算出子一代基因頻率的？
2、觀察繪制的基因頻率變化曲線，發(fā)現(xiàn)有什么規(guī)律？能否用數(shù)學(xué)方法推算出這種規(guī)律（選擇B、C組的同學(xué)推算時(shí)要假定環(huán)境對(duì)GG和Gg的壓力是一樣的）？
提供表格，比較各組結(jié)果出入，分析原因。
3、分析你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)方法推算的結(jié)果在數(shù)值上差異的原因。
提問(wèn)：從基因?qū)用嫔辖忉寴宄唧兜捏w色改變。

用達(dá)爾文自然選擇觀點(diǎn)解釋?zhuān)部赡苡美R克的觀點(diǎn)解釋

標(biāo)志重捕法、對(duì)照實(shí)驗(yàn)

被鳥(niǎo)吃了（或熏黒的）
間接推論
是

通過(guò)基因傳遞下去。

回顧種群定義：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體。
在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一種生物。
不會(huì)。理解種群是基因擴(kuò)散的范圍，是進(jìn)化的基本單位。

基因庫(kù)
等位基因
基因頻率，某種基因個(gè)數(shù)/全部等位基因數(shù)
某種基因型數(shù)/種群全部個(gè)體數(shù)

種群中的所有雌個(gè)體和雄性個(gè)體，2種，50%

隨機(jī)交配，受精作用

有50個(gè)后代

通進(jìn)原始記錄單介紹子一代基因頻率的推算過(guò)程。
G%=G/（G+g）
G%=GG%+1/2（Gg%）

在50%上下波動(dòng)
演示推算過(guò)程：
→子一代基因型頻率→子一代基因頻率
樣本數(shù)不足造成的與理論值的差異。
數(shù)據(jù)足夠多時(shí)，即種群足夠大時(shí)。

學(xué)生推導(dǎo)討論。
子一代基因型頻率：

雌配子雄配子	G%=p	g%=q
G%=p	P2	Pq
g%=q	Pq	q2

子一代基因頻率：
G=p2+1/2*2pq=p2+p(1-p)=p

學(xué)生整理：
1）種群極大的。
2）交配是隨機(jī)的；
3）沒(méi)有自然選擇；
4）沒(méi)有突變；
5）種群間不存在個(gè)體的遷移或基因交流；

在數(shù)據(jù)分布中，隨機(jī)去掉30%的GG+Gg，及70%的gg，如果計(jì)算結(jié)果是小數(shù)，四舍五入。

G增加，g減少

匯報(bào)數(shù)據(jù)，同壓力組間對(duì)比，分析出入。

種群小造成的偏差，及淘汰的隨性，對(duì)GG和Gg的作用不同。
環(huán)境不利于淺色基因頻率，淺色基因頻率下降，故黑色樺尺蠖增多，淺色樺尺蠖減少。

以論證式教學(xué)方法解讀活動(dòng)背景，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

說(shuō)明進(jìn)化以個(gè)體為單位的局限性，及引入活動(dòng)目標(biāo)的解讀。

以問(wèn)題串方式讓學(xué)生在認(rèn)識(shí)種群的概念同時(shí)理解種群是進(jìn)化的單位。

因模擬活動(dòng)，學(xué)生先在課外自主完成本節(jié)課中一些基本概念的學(xué)習(xí)，在此的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)表整理幾個(gè)概念間聯(lián)系。

將數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)的模擬活動(dòng)回歸其生物學(xué)含義。

在模擬活動(dòng)中體驗(yàn)數(shù)據(jù)變化的基礎(chǔ)上，使基因平衡定律公式的建模成為可能，豐富學(xué)生闡述生物現(xiàn)象的表達(dá)形式，。

因前期的模擬活動(dòng)使這部分抽象的推算難度下降，并將數(shù)學(xué)方法運(yùn)用于科學(xué)研究有助于學(xué)生理性思維的發(fā)展。

小結(jié)

自然選擇直接作用于表現(xiàn)型，導(dǎo)致基因型頻率的改變，進(jìn)而引起基因頻率的定向改變。所以進(jìn)化發(fā)展到分子水平，透過(guò)生物的適應(yīng)性及個(gè)體的生存斗爭(zhēng)這些生命現(xiàn)象，生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)成了基因的復(fù)制、變異和淘汰，變異留到下節(jié)課學(xué)習(xí)。
推薦生物學(xué)家道金斯的《自私的基因》：它不是科幻，而是科學(xué)。在這里，作者把個(gè)體看作是運(yùn)載基因的生存機(jī)器，很多個(gè)體層面上無(wú)法用進(jìn)化解釋的生命現(xiàn)象他卻能從基因?qū)用嫫平猓谶壿嬌暇挂仓羾?yán)密清晰，不得不讓人信服、深思而遐想。

建立以基因?yàn)榱⒆泓c(diǎn)的進(jìn)化觀點(diǎn)

啟動(dòng)個(gè)別學(xué)生的深入學(xué)習(xí)

練習(xí)

抗生素對(duì)細(xì)菌抗藥性基因頻率的影響曲線圖分析。
哈代溫伯格定律在遺傳計(jì)算題中的應(yīng)用。

見(jiàn)附錄三

思考討論

應(yīng)用知識(shí)，鞏固知識(shí)

[附錄](méi)
一．模擬活動(dòng)：自然選擇是如何影響等位基因頻率的？
樺尺蠖是生活在英國(guó)曼徹斯特地區(qū)的一種蛾類(lèi)，它們夜間活動(dòng)，白天棲息在樹(shù)干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蠖的體色受一對(duì)等位基因G和g控制，黑色G對(duì)淺色g是顯性的。由于自然選擇會(huì)對(duì)特定的表現(xiàn)型產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致決定這種表現(xiàn)型的等位基因的基因頻率發(fā)生變化，即演化。所以說(shuō)演化是一個(gè)基因庫(kù)中的等位基因頻率隨時(shí)間推移而發(fā)生的變化。在這次的活動(dòng)中，你將模擬食蟲(chóng)鳥(niǎo)的捕獵對(duì)樺尺蠖種群體色的影響，并通過(guò)推算基因頻率的變化來(lái)感受演化的實(shí)質(zhì)。
【創(chuàng)設(shè)情境】 (其中數(shù)字是假設(shè)的)：開(kāi)始時(shí)，樺尺蠖種群的基因頻率如下：G50%，g50%，我們假設(shè)以下三種選擇情境，請(qǐng)你們小組選擇其中一種進(jìn)行研究。
A、自然選擇對(duì)體色這一相對(duì)性狀沒(méi)有作用；B、隨著工業(yè)發(fā)展，工廠排出的煤煙使樹(shù)干上的地衣不能生存，樹(shù)皮裸露并被熏成黑褐色，在食蟲(chóng)鳥(niǎo)的作用下，30%的深色樺尺蠖和70%的淺色樺尺蠖被淘汰；C、工業(yè)污染更嚴(yán)重，有10%的深色樺尺蠖和90%的淺色樺尺蠖被淘汰。你們組選擇的是：( )種情況。
【活動(dòng)目標(biāo)】
用黑白圍棋子（也可用大小形狀相同但不同顏色的豆子、自制小卡片等）來(lái)模擬自然選擇對(duì)等位基因頻率的影響，計(jì)算5個(gè)世代以?xún)?nèi)的基因型頻率和基因頻率的變化，并解釋自然選擇是如何隨時(shí)間推移而影響等位基因頻率的。。
【實(shí)驗(yàn)器材】
兩個(gè)盒子，黑白圍棋子。
【實(shí)驗(yàn)步驟】
1．取兩個(gè)盒子，每個(gè)盒子放入黑白各半的50個(gè)棋子，并搖勻。設(shè)黑棋子為G，白棋子為g。
2．分別從兩個(gè)盒子內(nèi)抓取一個(gè)棋子，組合在一起，記下兩個(gè)棋子的字母組合，再將棋子放回原來(lái)的盒子內(nèi)。
3．重復(fù)2步驟50次，以“正”字記錄下子一代的基因型組成的數(shù)據(jù)分布，并算出每種基因型的頻率，記錄在表格內(nèi)。
4．根據(jù)你們小組選擇的來(lái)完成：
A、自然界對(duì)翅色這種性狀沒(méi)有作用，沒(méi)有淘汰；
B、在食蟲(chóng)鳥(niǎo)的作用下，30%的深色樺尺蠖和70%的淺色樺尺蠖被淘汰；在數(shù)據(jù)分布中，請(qǐng)隨機(jī)去掉30%的GG+Gg，及70%的gg，如果計(jì)算結(jié)果是小數(shù)，四舍五入。
C、工業(yè)污染更嚴(yán)重，有10%的深色樺尺蠖和90%的淺色樺尺蠖被淘汰；在數(shù)據(jù)分布中，請(qǐng)隨機(jī)去掉10%的GG+Gg，及90%的gg，如果計(jì)算結(jié)果是小數(shù)，四舍五入。
5．計(jì)算余下的G和g，求出G/（G+g），及g/(G+g)，即G和g的基因頻率（保留兩位小數(shù)），并記錄在下列數(shù)據(jù)表中。
6．開(kāi)始下一代，兩個(gè)盒子分別裝入50顆棋子，黑白棋子的比例要與上一步算出的基因頻率（取整）相同。
7．重復(fù)步驟2~6，收集5個(gè)世代的數(shù)據(jù)。
8．把一代中每個(gè)等位基因的頻率繪制成折線圖。縱坐標(biāo)為等位基因頻率，橫坐標(biāo)為世代數(shù)，不同的等位基因用不同顏色的鉛筆來(lái)畫(huà)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄：

親代			子一代	子二代	子三代	子四代	子五代
基因型頻率	GG
	Gg
	Gg
基因頻率	G	50%
基因頻率	G	50%

思考與討論：
1、觀察繪制的基因頻率變化曲線，發(fā)現(xiàn)有什么規(guī)律？如果基因頻率沒(méi)有改變，能否用數(shù)學(xué)方法證明在世代繁衍中，基因頻率都還是50%?如果有改變，能否用數(shù)學(xué)方法推算出變化的趨勢(shì)？（選擇B、C組的同學(xué)要假定環(huán)境對(duì)GG、Gg的壓力是一樣的）
2、分析你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)方法推算出的理論結(jié)果在數(shù)值上差異的原因。
二．20世紀(jì)50年代，英國(guó)生物學(xué)家凱特威爾的實(shí)驗(yàn)：
他在工業(yè)污染嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行野外實(shí)驗(yàn)，將同等數(shù)量的雄性的黑蛾和淺色蛾做了標(biāo)記，然后釋放。一周后，他用汞汽燈和未交配的雌蛾作為誘餌捕捉雄蛾，重新捕獲的黑蛾的比例，大約是重新捕獲的淺色蛾的兩倍。后來(lái)，他又在未受污染的地區(qū)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果與上一次恰恰相反，重新捕獲的淺色蛾的比例，大約是重新捕獲的黑蛾的兩倍。
劍橋大學(xué)遺傳學(xué)教授麥克·馬杰魯斯的觀察：

他用七年的時(shí)間每天花上幾個(gè)小時(shí)用望遠(yuǎn)鏡觀察、記錄鳥(niǎo)類(lèi)在他家的花園捕食樺尺蠖的情況。他觀察到，由于劍橋沒(méi)有被污染，黑蛾的確比灰斑蛾更容易被鳥(niǎo)類(lèi)捕食。他的結(jié)論是：鳥(niǎo)類(lèi)有選擇的捕食是2001年到2007年間劍橋的黑蛾頻率下降的一個(gè)主要因素。
三．課堂練習(xí)：
1．病人感染細(xì)菌患病后，細(xì)菌會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生一定的影響。如果服用抗生素藥物來(lái)治療，短時(shí)間內(nèi)有一定的療效。請(qǐng)根據(jù)右側(cè)圖示，判斷下列說(shuō)法正確的是（    ）
        A．細(xì)菌抗藥性基因頻率A點(diǎn)的比C點(diǎn)的高
        B．B點(diǎn)以后細(xì)菌種群的增長(zhǎng)曲線是“S”型曲線
        C．如果停止使用抗生素藥物，細(xì)菌的抗藥性會(huì)減弱
        D．長(zhǎng)時(shí)間使用抗生素，使細(xì)菌產(chǎn)生變異，出現(xiàn)抗藥性更強(qiáng)的細(xì)菌
2．果蠅灰身(B)對(duì)黑身(b)為顯性，現(xiàn)將純種灰身果蠅和黑身果蠅雜交，產(chǎn)生的Fl代雌雄果蠅隨機(jī)交配，產(chǎn)生F2代，將F2代中所有黑身果蠅除去，讓灰身果蠅自由交配，產(chǎn)生F3代，問(wèn)F3代中灰身和黑身果蠅的比例為：（      ）
        A．3∶1      B．5∶1       C．8∶1      D．9∶1
[教學(xué)反思]
選擇《種群基因頻率的改變和生物的進(jìn)化》這節(jié)課開(kāi)設(shè)公開(kāi)課緣起看到美國(guó)高中科學(xué)教材《生命的動(dòng)力》下冊(cè)中的一個(gè)活動(dòng)“自然選擇是如何影響等位基因頻率的？”，前面懸掛著為課題開(kāi)設(shè)示范課的任務(wù)，一下找到了目標(biāo)。這節(jié)課在課標(biāo)中是理解水平，也包含了生物的重要學(xué)科思想，但因?yàn)樵谌私贪娼滩闹械奈恢檬菍W(xué)期即將結(jié)束，試題形式又多是識(shí)記性的，所以教學(xué)處理往往簡(jiǎn)單粗暴，但隱隱也覺(jué)著欠著這節(jié)課一個(gè)設(shè)計(jì)，正好借這個(gè)課題及這次開(kāi)課細(xì)細(xì)開(kāi)挖。
我們的課題研究的是高中生物的課內(nèi)外一體化教學(xué)模式，通過(guò)課外模塊活動(dòng)拓寬學(xué)生體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的時(shí)空，使其在課堂學(xué)習(xí)中的主體性得以有效實(shí)現(xiàn)。本節(jié)課的課外活動(dòng)設(shè)計(jì)我是將《動(dòng)力》中的活動(dòng)與教材中”思考與討論”中數(shù)學(xué)方法的推算揉合在一起，以小組為單位，用黑白圍棋子來(lái)模擬自然選擇對(duì)等位基因頻率的影響，并用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行理論推算。這種任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的小研究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生以合作探究的方式體驗(yàn)基因頻率在現(xiàn)實(shí)中的可能變化，也主動(dòng)完成本節(jié)的一些概念學(xué)習(xí)，如基因頻率、基因型頻率等。但在課堂設(shè)計(jì)時(shí)遇到頸瓶，如何融入學(xué)生前期活動(dòng)中豐富的體驗(yàn)，講授新知，體現(xiàn)學(xué)生是學(xué)習(xí)主體？在磨課中，得甦華老師點(diǎn)悟，以學(xué)生的模擬活動(dòng)的解讀展開(kāi)，“為什么選擇遠(yuǎn)在英國(guó)小鎮(zhèn)的蛾來(lái)研究？” ，“基因頻率的變化是不可觀察的，所以我們通過(guò)模擬活動(dòng)來(lái)體驗(yàn)這個(gè)變化過(guò)程” ，“我們的活動(dòng)操作起來(lái)象是數(shù)學(xué)活動(dòng)，那么它們有什么生物學(xué)含義呢？”于是，學(xué)生課外的體驗(yàn)活動(dòng)在課堂自然回歸，并且無(wú)重復(fù)累贅之嫌。
為有源頭活水來(lái)，學(xué)生生活中豐富的體驗(yàn)是課堂學(xué)習(xí)的源頭活水。學(xué)生用黑白圍棋子體驗(yàn)配子結(jié)合及自然選擇淘汰的隨機(jī)性卻又發(fā)現(xiàn)有內(nèi)在數(shù)學(xué)軌跡可循，然后尋找規(guī)律和差異的原因，通過(guò)課堂點(diǎn)撥，領(lǐng)悟哈代溫伯格平衡定律所需的其中三個(gè)條件：種群極大、自由交配和無(wú)自然選擇，與教材原有的純粹數(shù)學(xué)方法推算的設(shè)置相比，從學(xué)生的知識(shí)獲得來(lái)看，是生成還是被告知的區(qū)別。這樣的課堂易收獲意外，如有小組在無(wú)淘汰壓力活動(dòng)中，卻發(fā)現(xiàn)基因頻率也發(fā)生了明顯的方向性的改變，這也是現(xiàn)代進(jìn)化學(xué)說(shuō)的一個(gè)內(nèi)容——遺傳漂變，在種群很小時(shí)發(fā)生；還有一個(gè)小組在理論推算時(shí)，用到excel函數(shù)方法將自然選擇進(jìn)行了十三代，發(fā)現(xiàn)了隱性基因在基因頻率極小時(shí)，不易再發(fā)生變化，因?yàn)殡[藏在雜合子中去了。學(xué)生在課堂的生成性、創(chuàng)造性使學(xué)生是學(xué)習(xí)主體不再是形式。
其后聆聽(tīng)溫青老師的《基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂》講座，提到核心素養(yǎng)是“實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式和教學(xué)模式的根本轉(zhuǎn)型，在真實(shí)問(wèn)題情境中培養(yǎng)和體現(xiàn)自主、合作與探究精神，促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展”，發(fā)現(xiàn)在課題中的一些想法得到印證。這節(jié)課作為課題的示范課，是對(duì)課題的課堂處理這塊進(jìn)行初步探索，還有一些不足之處，如本節(jié)課在數(shù)學(xué)方法上著墨偏多，課堂有些冷場(chǎng)等，如這個(gè)課題一般，都有待繼續(xù)探索完善。
[點(diǎn)評(píng)]
曾華老師的公開(kāi)課《種群基因頻率的改變和生物的進(jìn)化》成功展示了她正在進(jìn)行的課題“課內(nèi)外一體化教學(xué)模式”的研究方向和教學(xué)模式，充分體現(xiàn)了高中課程中“提高生物科學(xué)素養(yǎng)、面向全體學(xué)生、倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)、注重與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系”的基本理念，更與修訂中的并在今秋即將面世的高中新課標(biāo)所突出強(qiáng)調(diào)“培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)”的理念不謀而合。
下面談幾點(diǎn)本課特色。
1、以小組為單位，學(xué)生在課前用黑白圍棋子模擬自然選擇對(duì)等位基因頻率的影響，將模擬活動(dòng)采集的原始數(shù)據(jù)以數(shù)學(xué)方法進(jìn)行理論推算，再通過(guò)課堂上層層深入的體驗(yàn)、感悟直至頓悟生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)就是基因頻率的變化。由于課前的任務(wù)驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生能主動(dòng)在課外自學(xué)如基因庫(kù)、基因頻率、基因型頻率等基本概念來(lái)初步解決問(wèn)題，再通過(guò)課堂活動(dòng)深化對(duì)這些概念的理解。
2、用生動(dòng)的科學(xué)史實(shí)如生物學(xué)家們用“觀察-假說(shuō)-驗(yàn)證”的方法佐證達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)；隨著二十世紀(jì)遺傳學(xué)發(fā)展到分子水平，對(duì)進(jìn)化的認(rèn)識(shí)也深入到分子水平研究基因的擴(kuò)散了。由于基因頻率的變化是無(wú)法通過(guò)觀察而得知的，所以需要通過(guò)模擬活動(dòng)來(lái)體驗(yàn)這個(gè)過(guò)程。費(fèi)時(shí)不多的這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生得以了解達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)與現(xiàn)代生物進(jìn)化理論在研究方法和研究水平上的差異，使學(xué)生在鮮活的科學(xué)史中感悟科學(xué)發(fā)展的軌跡。
3、在學(xué)生匯報(bào)展示課外模擬活動(dòng)的過(guò)程和結(jié)果前，教師通過(guò)一串問(wèn)題的拋出，將學(xué)生的注意力從單純的數(shù)字處理結(jié)果中跳脫出來(lái)，進(jìn)而思考并明確活動(dòng)中那些模擬對(duì)象及操作程序的生物學(xué)含義，將原來(lái)簡(jiǎn)單機(jī)械的重復(fù)操作和數(shù)據(jù)處理與自然界中環(huán)境對(duì)相對(duì)性狀（其本質(zhì)是對(duì)等位基因）的選擇與淘汰的事實(shí)對(duì)應(yīng)起來(lái)，有效避免了將生物模擬及建模活動(dòng)變成單純的數(shù)學(xué)模擬活動(dòng)。
4、引導(dǎo)學(xué)生觀察不同條件下繪制的基因頻率變化曲線，啟發(fā)學(xué)生找出其中的規(guī)律。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法推算出這種規(guī)律，分析模擬實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)值與數(shù)學(xué)方法推算得出的數(shù)值之間存在差異的原因。通過(guò)點(diǎn)撥，學(xué)生能很快領(lǐng)悟到由于模擬實(shí)驗(yàn)受限于樣方太小所得數(shù)據(jù)易偏離理論值，由此推理得知哈代溫伯格平衡定律所需的條件之一，必須種群極大。同樣，在老師的啟發(fā)引導(dǎo)下，學(xué)生明白其他條件有雌雄個(gè)體必須自由交配、環(huán)境不存在自然選擇，等等。
對(duì)照新一輪課改所強(qiáng)調(diào)的核心素養(yǎng)概念，它是指“個(gè)體在解決復(fù)雜的、不確定性的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的綜合性品質(zhì)或能力。是以學(xué)科知識(shí)技能為基礎(chǔ)，整合了情感、態(tài)度或價(jià)值觀在內(nèi)的，能夠滿足特定現(xiàn)實(shí)需求的綜合性品質(zhì)。是學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科（或特定學(xué)習(xí)領(lǐng)域）之后所形成的、具有學(xué)科特點(diǎn)的關(guān)鍵成就。是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)。”我認(rèn)為曾華老師這節(jié)課很好的體現(xiàn)了在這個(gè)方向上的追求，師生互動(dòng)、生生互動(dòng)也在這個(gè)方向有效推進(jìn)。

點(diǎn)評(píng)人:周甦華

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種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化