《生物進化理論》案例

《生物進化理論》教學(xué)案例【教學(xué)內(nèi)容】上科版高中生命科學(xué)第三冊、高二年級第二學(xué)期、第九章生物進化第2節(jié)生物進化理論第2課時Ⅰ：教案一、【教學(xué)目標(biāo)】1、知識與技能知道現(xiàn)代進化理論的基本內(nèi)容。知道生物進化和物種形成的基本環(huán)節(jié)。知道滅絕對生物進化的積極意義。知道種群、基因庫、基因頻率、物種、地理隔離、生殖隔離、滅絕等概念。2、過程與方法通過設(shè)置問題情景和舉例，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。3、情感態(tài)度和價值觀通過對物種的形成和滅絕的學(xué)習(xí)，初步建立辯證的生命觀，并樹立保護生物、保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的觀念。二、【教學(xué)重點與難點】【教學(xué)重點】現(xiàn)代進化理論。物種的形成和滅絕?！窘虒W(xué)難點】生物進化和物種形成的基本環(huán)節(jié)。滅絕對生物進化的積極意義。三、【教學(xué)準(zhǔn)備】查閱資料，制作PPT課件。四、【教學(xué)過程】教學(xué)內(nèi)容教師行為學(xué)生行為教學(xué)說明引入[提問]達爾文的進化論是否完美無缺的終極真理？為什么？由于受到當(dāng)時科學(xué)發(fā)展水平的限制，達爾文的自然選擇學(xué)說存在著不足之處。隨著現(xiàn)代生物科學(xué)的發(fā)展，人們對生物進化機制又有了更進一步的認識，豐富和發(fā)展了達爾文的進化學(xué)說，從而形成了現(xiàn)代綜合進化理論。思考、回答銜接上一節(jié)課的內(nèi)容，使學(xué)生認識到人類對生命的認識是逐漸深入的。四、現(xiàn)代進化理論現(xiàn)代綜合進化理論認為，進化是在生物種群中實現(xiàn)的，而突變、選擇和隔離是生物進化和物種形成過程中的三個基本環(huán)節(jié)。1、種群是生物進化的基本單位（1）種群①概念②特征（2）基因庫（3）基因頻率（4）生物進化的實質(zhì)什么是種群呢？[舉例比較]生活在同一個湖泊中所有的魚。（不是種群）生活在同一個湖泊中所有的鯉魚。（是一個種群）校園里所有的鳥。（不是種群）校園里所有的白頭翁。（是一個種群）總結(jié)種群的概念：生活在同一區(qū)域內(nèi)同種生物個體的總合。一個物種通常包括許多分布在不同地點的種群。種群的一個主要特征是種群內(nèi)的雌雄個體能通過有性生殖而實現(xiàn)基因的交流。種群是生物繁殖的基本單位。[思考]為什么進化的基本單位是種群而不是個體？[設(shè)置情景回答問題]如果在灰色翅（基因型為aa)昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅（Aa)的變異個體，且綠色比灰色更不容易被敵害發(fā)現(xiàn)。①根據(jù)達爾文“適者生存、不適者淘汰”的觀點，該綠色個體能被選擇下來嗎？②如果該綠色個體能很好的生活下來，它體內(nèi)的A基因怎樣才能傳遞給后代？因此，生物的進化都是群體或種群的進化，個體是談不上進化的，因為個體總是要死的，種群才會繼續(xù)保留。基因庫的概念：一個種群中能進行生殖的生物個體所含有的全部基因（包括全部等位基因）的總和。我們知道多指為顯性基因（A）控制的遺傳病，而絕大多數(shù)人表現(xiàn)為正常（aa）。白化病是隱性基因（b）控制的遺傳病，但絕大多數(shù)人表現(xiàn)正常（BB或Bb）。提問：以上事實說明了什么？說明不同的基因在種群的基因庫中所占的比例是不同的?；蝾l率的概念：某一基因在它的全部等位基因中所占的比率。[引導(dǎo)學(xué)生計算]從某種種群中隨機抽出100個個體測知基因型為AA、Aa、aa的個體分別為30、60和10，其中A基因頻率為多少？a基因頻率為多少？[思考]種群中某基因的頻率能否發(fā)生變化？[出示關(guān)于“英國曼徹斯特地區(qū)樺尺蛾從19世紀(jì)中期到20世紀(jì)中期，淺色型樺尺蛾和黑色型樺尺蛾所占比例發(fā)生劇烈變化過程”的材料。][討論]（1）1850年以前該地區(qū)的樺尺蛾為什么以淺色為主？黑色個體很少的原因是什么？（2）為什么后來絕大多數(shù)的樺尺蛾是黑色型的？（3）兩色樺尺蛾的數(shù)量變化的根本原因是什么？通過以上分析，我們知道基因突變、新基因的加入會引起基因頻率發(fā)生改變，而基因頻率的變化導(dǎo)致基因型發(fā)生變化最終引起性狀的改變。因此說，生物進化的過程實質(zhì)上就是種群基因頻率發(fā)生變化的過程。[提問]導(dǎo)致種群中某基因的頻率發(fā)生變化的因素有哪些呢？學(xué)生比較，分析共同點和差異。思考、回答思考學(xué)生進行計算、回答學(xué)生閱讀材料，討論回答思考、回答通過舉例比較，讓學(xué)生分析四個例子中的共同點和差異，從而總結(jié)出種群的概念，加深理解。通過設(shè)置問題情景引起學(xué)生興趣，并讓學(xué)生分析相關(guān)問題，幫助理解生物的進化是以種群為基本單位的。以學(xué)生較為熟悉的兩種遺傳病進行分析，得出不同的基因在種群的基因庫中所占的比例不同，從而引出基因頻率的概念。通過實例，使學(xué)生學(xué)會基因頻率的計算方法，并進一步理解基因頻率的概念。以相關(guān)材料引起學(xué)生的興趣，通過討論培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生得出種群的基因頻率會發(fā)生變化這一結(jié)論。最終理解生物進化的實質(zhì)即種群基因頻率的改變。通過回答引出下一個內(nèi)容。2、突變?yōu)樯镞M化提供原料[提問]基因突變有什么特點？[思考]

自然界中生物的自然突變頻率很低，為什么還能夠改變種群中的基因頻率呢？[計算]果蠅有104對基因，假設(shè)每個基因的突變都是10-5，如果種群中有108個個體，則每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)為多少？說明種群中每一代產(chǎn)生的基因突變的數(shù)量是很大的，并通過繁殖得到積累。基因突變可產(chǎn)生新基因（等位基因），是基因頻率改變的基礎(chǔ)?；蛲蛔兪强蛇z傳變異的根本來源。由于突變是隨機的、不定向的，因此它們只是提供了生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向。那么，生物進化的方向是怎樣決定的？回答思考學(xué)生進行計算回顧前面所學(xué)的知識，引出下一個問題。通過計算理解基因突變在種群中的數(shù)量是很大的。鑒于前面已經(jīng)學(xué)過，教師可適當(dāng)提一下，突變有利有害是相對的，取決于生物的生存環(huán)境。引出下一個內(nèi)容。3、自然選擇主導(dǎo)著進化的方向通過以上對于樺尺蛾體色變化的分析，我們知道適者生存，不適者被淘汰。從基因角度來看，不利變異的基因頻率下降了，有利變異的基因頻率增加了。由此可見，種群產(chǎn)生的變異是不定向的，經(jīng)過長期的自然選擇和種群的繁殖使有利變異基因不斷積累，不利變異基因逐代淘汰，使種群的基因頻率發(fā)生了定向改變，導(dǎo)致生物朝一定方向緩慢進化。因此，自然選擇主導(dǎo)了生物進化的方向。4、隔離是新物種形成的必要條件物種地理隔離生殖隔離①受精前生殖隔離②受精后生殖隔離[提問]上述兩種樺尺蛾是兩個不同的物種嗎？怎樣判斷是不是同一個物種？那么，什么是物種呢？物種是指分布在一定的自然區(qū)域內(nèi)，具有一定的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能，而且在自然狀態(tài)下能夠相互交配和繁殖，并能夠產(chǎn)生可育后代的一群生物個體。[思考]新物種是怎樣產(chǎn)生的？現(xiàn)代進化理論認為，隔離是新物種形成的必要條件。[出示圖片：加拉帕戈斯群島上的地理環(huán)境][提問]加拉帕戈斯群島之間的水域起了什么作用？地理隔離：一個種群由于地理環(huán)境原因被分割成了許多個小的種群。比如：海水把海島和大陸的動物隔開；兩個湖泊之間的陸地把兩個湖泊的水生動物隔開。長期的地理隔離使兩個種群分別接觸不同環(huán)境，各自積累變異，如東北虎和華南虎成為兩個不同的亞種。[出示情景材料，進行分析]在一個山谷中，生活著一個鼠種群。后來山洪爆發(fā)，在山谷中形成了一條洶涌的大河。將整個鼠種群分成了兩個部分，一半在河這邊，一半在那邊。就這樣過了幾千年。后來，河流干涸，兩個鼠種群又會合在一起。它們發(fā)現(xiàn)彼此大不相同，它們?yōu)槭裁磿蟛幌嗤?？還能算是同一個物種嗎？長期的地理隔離最終使種群之間不能發(fā)生基因的交流，就導(dǎo)致了生殖隔離。生殖隔離：指進行有性生殖的生物彼此之間不能雜交或雜交不育。拉帕戈斯群島上的14種地雀的形成過程，就是長期的地理隔離導(dǎo)致生殖隔離的結(jié)果。[舉例1]麻鴨(左)和孚鴨(右)都是大雁的后代，由于長期地理隔離而沒有相互交配，沒有基因交流，形成了生殖隔離，現(xiàn)在即使人為讓它們交配，也不能產(chǎn)生可育的后代了。也就是說，它們形成兩個不同的物種了。[舉例2]15世紀(jì)歐洲人移到馬德拉一小島上的家兔，經(jīng)過近500年的隔離，現(xiàn)在已不能與歐洲家免雜交繁殖后代了，已經(jīng)完全變成了另一個新種了。生殖隔離包括受精前的生殖隔離和受精后的生殖隔離。受精前（交配前）生殖隔離：不能實現(xiàn)交配的生殖隔離。如：動物發(fā)情交配季節(jié)不同、有求偶行為的動物因鳴聲、氣味等信號刺激的差異而不能相互吸引等等。受精后（交配后）生殖隔離：交配后受精卵不能發(fā)育或能發(fā)育但不能產(chǎn)生健康而有生殖力后代的生殖隔離。[提問]你能舉一些例子嗎？[舉例]騾子是馬和驢的雜交后代，不能繁殖，原因是馬和驢是兩個物種。這一事實說明不同物種之間不能交配，或即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育的后代?？傊掣綦x一旦形成，原來一個物種的種群就變成兩個物種的種群了。討論、回答回答討論、回答討論、回答通過分析，初步了解作為物種的基本條件，引出物種的概念。通過圖片直觀展現(xiàn)出加拉帕戈斯群島之間的水域隔離。通過問題情景引起學(xué)生興趣，通過分析引導(dǎo)學(xué)生從對地理隔離的理解到對生殖隔離的理解。通過舉例進一步理解隔離是新物種形成的必要條件。由學(xué)生討論、舉例，可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。小結(jié)出示圖9-23生物進化的主要環(huán)節(jié)，請學(xué)生總結(jié)。思考、總結(jié)將四個環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，形成統(tǒng)一的、整體的認識五、滅絕滅絕概念：指該物種的全部個體在地球上不復(fù)存在。[出示海洋動物科的多樣性變化曲線圖，討論]（1）歷史上共發(fā)生過幾次大規(guī)模的生物滅絕事件？分別發(fā)生在什么時期？（2）滅絕對生物進化有何意義？[介紹人類面臨的第6次物種大滅絕，尤其近代物種滅絕速度比自然滅絕快1000倍，且要產(chǎn)生新物種很難。][提問]你認為導(dǎo)致物種滅絕的原因是什么？當(dāng)今人類應(yīng)該從歷史事件中汲取什么教訓(xùn)？教師小結(jié)：導(dǎo)致物種滅絕的因素包括自然因素和人為因素。強調(diào)近代物種滅絕主要是人為因素造成的。為了可持續(xù)發(fā)展，保護生物、保護環(huán)境迫在眉睫!討論、回答通過分析使學(xué)生認識到滅絕是進化的正常過程，初步建立辯證的生命觀。樹立保護生物、保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的觀念。拓展你聽說過獅虎獸或虎獅獸嗎？它們的父母分別是什么動物？如果它們發(fā)育到成年彼此之間能進行交配并產(chǎn)生可育的后代嗎？在自然界，獅和虎是不可能相遇的。在動物園里，一般也是將這兩種動物分開來圈養(yǎng)。近年來才出現(xiàn)將它們的幼崽放在一起飼養(yǎng)的做法，目的是獲得有觀賞價值的雜交后代。你對這種做法有什么看法？學(xué)生進行討論通過對獅虎獸或虎獅獸的討論，一方面鞏固相關(guān)知識，另一方面拓展學(xué)生的思維空間。Ⅱ：教案設(shè)計說明教材分析、學(xué)情分析本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)要求是“知道（A）”層次的，但是涉及到的知識還是非常廣泛的，本節(jié)課主要包括現(xiàn)代進化理論和滅絕兩部分內(nèi)容。生物是不斷地進化發(fā)展的，人類對于生物進化、新物種形成的認識也是在不斷地深入的，通過前一節(jié)課對于達爾文自然選擇學(xué)說的學(xué)習(xí)和評價，學(xué)生已經(jīng)了解到達爾文的進化論存在著不足之處。“現(xiàn)代進化理論”是在達爾文進化論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在已經(jīng)了解自然選擇學(xué)說基本內(nèi)容和局限性的基礎(chǔ)上，進一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代進化理論，可以使學(xué)生更深入地了解生物進化的本質(zhì)，從而理解新物種的形成過程。關(guān)于“滅絕”這部分內(nèi)容，關(guān)鍵在于引導(dǎo)學(xué)生認識生物滅絕對地球生物進化的積極意義，通過分析、討論使學(xué)生認識生物物種形成與滅絕之間的相互關(guān)聯(lián)，懂得生命世界不斷變化發(fā)展的客觀性，從而樹立辯證的世界觀和生命觀。教學(xué)過程設(shè)定意圖現(xiàn)代進化理論主要包括四個基本論點，其間穿插著許多相關(guān)概念，如種群、基因庫、基因頻率、物種、地理隔離、生殖隔離等。在教學(xué)過程中，以設(shè)置問題情景、分析討論、計算、舉例等方法，幫助學(xué)生理解，同時通過相關(guān)聯(lián)的問題將現(xiàn)代進化理論的四個內(nèi)容聯(lián)系起來，形成連貫的、整體的學(xué)習(xí)，從而形成對生物進化和物種形成過程的認識。滅絕這部分內(nèi)容，首先通過對滅絕概念和歷史上五次大規(guī)模滅絕事件的學(xué)習(xí)、討論，使學(xué)生正確認識生物滅絕對生物進化的積極意義，初步建立辯證的生命觀。接著通過對人類面臨的第6次物種大滅絕的介紹和討論，使學(xué)生意識到近代物種滅絕主要是人為因素造成的，從而樹立保護生物、保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的觀念。Ⅲ：教學(xué)反思本節(jié)課我認為基本達到了教學(xué)目標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計較為合理，內(nèi)容安排緊湊，教學(xué)方法多樣，把一個比較枯燥的、理論性較強的學(xué)說型的教學(xué)內(nèi)容通過設(shè)置問題情景、討論、舉例、計算等方法生動化處理。學(xué)生參與度較為積極。在老師創(chuàng)設(shè)的情境中，大多數(shù)學(xué)生都積極投入探究過程，使學(xué)生在疑惑中去探索，在探索中去思考，在思考中去發(fā)現(xiàn)。但是在教學(xué)過程中仍然存在不足之處。首先，學(xué)生之間存在著很大的個體差異，有的對教材內(nèi)容比較感興趣，有的則完全不感興趣，所以有部分同學(xué)的積極性不高。其次，在教學(xué)過程中的一些內(nèi)容安排設(shè)計值得進一步探究，比如說樺尺蛾的例子到底是放在“基因頻率”這部分內(nèi)容講，還是放在“自然選擇決定生物進化的方向”那部分內(nèi)容講，到底哪個更合適、效果更好，以后可以再研究。另外，一些細節(jié)方面的問題如教師對于學(xué)生討論發(fā)言后的概括總結(jié)以后應(yīng)該可以處理得更好一點。Ⅳ：附件參考資料1、加拉帕戈斯群島科隆群島（原名加拉帕戈斯群島），位于太平洋東部的赤道上，它是由7個大島，100多個小島組成，面積約7500平方公里。現(xiàn)在它是厄瓜多爾共和國的一個省，離厄瓜多爾本土1100公里?？坡∪簫u是一群火山島，島上多高山峻嶺，許多地方怪石磷峋，因此初發(fā)現(xiàn)這個群島時，稱它為“斯坎塔達斯島”（西班牙語意思為“魔鬼島”）。因為島上有許多很大的烏龜，所以后來稱它為“加拉帕戈斯群島”（意為“巨龜之島”）。厄瓜多爾統(tǒng)治這些島后，又改名為“科隆群島”。這里受秘魯寒流影響，雖位于赤道，但氣候涼爽干燥，草木茂盛，四周被汪洋大海阻隔，多少年來這個群島形成了一個特有的生態(tài)環(huán)境。據(jù)專家考查，在這個群島上，生活著700多種地面動物，80多種鳥類和許多昆蟲，其中以巨龜和大晰蜴聞名世界。海獅、海豹、企鵝等寒帶動物，也常在這里的海邊出現(xiàn)，因此，科隆群島被稱為“世界最大的自然博物館”。由于島上生活著世界少見的珍奇動物，在1836年時，英國的大科學(xué)家達爾文在環(huán)球航海時到這個島上進行了考察。他認為特殊的環(huán)境和食物，使這里的動物生長的外形發(fā)生了變化。今天這里的圣克里斯托巴爾島上，還豎立著達爾文半身銅像?，F(xiàn)在的科隆群島，已于1978年被聯(lián)合國教科文組織宣布為“人類自然財產(chǎn)保護區(qū)”。2、關(guān)于獅虎獸據(jù)動物專家介紹，雄虎與母獅交配，生產(chǎn)下的后代叫虎獅獸；母虎與雄獅交配生產(chǎn)下的后代叫獅虎獸?；?、獅本是水火不相容的兩個物種群，獅子是群居動物，老少三代可同在一起生活，老虎是獨居的，一般是分籠喂食，否則會因爭搶食物而相互撕咬。它們可能會在一起玩耍，但相戀、懷孕的概率極低，即使在人工飼養(yǎng)的環(huán)境下，虎、獅受孕的機會也僅為1％至2％。幼獸由于先天不足等原因，成活率僅為五十萬分之一左右。據(jù)資料顯示，目前世界上存活的獅虎獸只有20只左右。獅子和老虎交配產(chǎn)生的后代身軀龐大，相貌與獅子相似，但身上長有虎紋?；⒓s重300公斤，獅子約重250公斤，獅虎獸約重400公斤。它們和老虎一樣，喜歡游泳。在自然環(huán)境中獅和虎的棲息地很少重疊，獅虎獸主要是人類影響或主使之下的產(chǎn)物。獅虎獸的體型比獅或虎都要大。原因是雌性獅及雄性虎會把控制生長的遺傳基因傳給后代。獅虎獸因為并非雄虎與雌獅的后代，缺少了這一基因，所以生長不受控制。獅虎獸從出生起會不斷生長，直至它的身體不能承受為止。老虎和獅子屬于不同的物種，不同種屬的物種之間為何偶爾可以交配，但雜交所產(chǎn)生的后代卻常常沒有生育能力。自然界的物種均是在幾百萬年乃至幾千萬年的生物進化過程中產(chǎn)生并逐步穩(wěn)定遺傳下來。在這個漫長的歷史過程中，一些物種由于不適應(yīng)變遷的環(huán)