“种群基因频率的改变与生物进化”教学设计

魏伟

【摘 要】通过“情境创设、案例分析、数据处理、原因剖析”，运用数学分析模拟遗传平衡定律的发现，提高对基因频率变化原因的认识，从而使学生对进化的理解“从性状水平深入到基因水平，从个体水平升华到种群水平”。

【关键词】生物进化 ；基因频率 ；教学设计

【中图分类号】G634.91 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8437（2018）04-0073-02

1 教材分析

《种群基因频率的改变与生物进化》是人教版必修2《遗传与进化》第7章的第2节《现代生物进化理论的主要内容》一节中的第一小节。本单元的教学按《生物课程标准》提出的“说明现代生物进化理论的主要内容”、“用数学方法讨论基因频率的變化”的活动建议，依据学生已有的孟德尔遗传定律的知识基础和能力基础，使学生能定量讨论种群基因组成特点、定量讨论基因频率的变化学会基因频率的计算方法，理解种群基因频率的改变与生物进化的关系，难度较大。

2 设计思路

第一，通过实例使学生发现自然选择学说的局限性，并领悟到对自然选择学说的修正是必然的。从而引导学生针对自然选择理论的局限性，引出种群、基因频率、基因型频率的概念。

第二，通过讨论种群的概念，使学生理解种群是繁殖的单位，是生物进化的基本单位。

第三，依据孟德尔遗传定律，计算亲子代间基因频率，然后讨论在自然界中，基因频率为什么不可能稳定不变，理解可能引起基因频率改变的因素。

本小节内容理论性较强，逻辑严密，安排学生讨论和探究活动是发展学生科学分析问题和探究能力的良好载体。在重难点上，采用通过运用数学分析模拟遗传平衡定律的发现，提高对基因频率变化原因的认识，从而使学生对进化的理解“从性状水平深入到基因水平、从个体水平上升华到种群水平”本小节安排1课时。

3 教学目标

3.1 知识与技能

第一，解释种群、基因库、基因频率概念。

第二，尝试运用数学方法讨论种群基因频率的改变。

第三，培养学生处理资料和数据的能力。

第四，能阐明以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的主要观点。

3.2 过程与方法

采用互动式教学模式，以教师提供讨论素材，组织引导学生讨论活动，最后由师生共同总结得出结论的形式进行。

3.3 情感态度与价值观

第一，通过引导学生分析调查所取的数据，培养学生以事实为依据得出结论的科学态度。

第二，通过教学活动，进一步培养学生“生物是进化来的”的思想观念，帮助学生树立辩证唯物主义的认识观。

4 教学重点和难点

4.1 教学重点

种群、基因库、基因频率概念；基因频率的计算。

4.2 教学难点

基因频率的概念；用数学方法讨论基因频率的变化。

5 教学过程

5.1 导入新课

上节课我们学习了达尔文自然选择学说的主要观点，下面请同学们依据该学说的基本观点，分析下面的情境：

【多媒体展示】教材第一节课后基础题第2题（P12）

【教师结合学生的讨论进一步提出问题】

①抗药性是由于抗生素的使用才产生么？②细菌抗药性有强弱说明什么？③细菌抗药性强或弱这些变异对细菌是否有利取决于什么？④抗生素对细菌进行了选择，直接作用的对象是什么？

【设计意图】回顾旧知，利用上节所学“达尔文自然选择学说”解决问题，同时引导学生理解自然选择学生的局限性，并引入新课。

5.2 种群的概念

【多媒体展示】在一片树林中，如果在灰色翅昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅的变异个体。

【设问】①绿色翅昆虫能活下去的几率大么？②绿色个体产生的原因是什么？（基因显性突变）③如果能活下来绿色性状能保留下来并传给后代么？怎么传递？

【设计意图】引导学生利用所学遗传学知识推测灰、绿色昆虫基因型及昆虫在群体中通过有性生殖随机交配传递遗传基因，明确生物进化必须在群体为单位，才能使有利变异得以保留。由此推出种群的概念。

【多媒体展示】举例判断

【设计目的】引导学生加强对种群概念的理解及特点，了解科学发现的方法，形成群体遗传学概念，为深刻理解种群是进化的基本单位打下基础。

5.3 基因频率、基因型频率

【设问】①那么利用遗传学知识，结合达尔文的自然选择学说，请同学讨论昆虫种群中出现绿色个体后，种群会如何进化？②这个变化过程种群进化了么？③在这个过程中种群的基因组成会变化么？该怎么变化呢？

【设计目的】使学生认识到为什么研究生物进化是要分析种群的基因组成和变化，从而初步形成生物进化由宏观到微观的变化。

【学生活动】组织学生阅读教材，理解基因库、基因频率的概念。

【多媒体展示】提供例题，引导学生计算并总结。

总结：某种基因频率A=A/A+a；某种基因型A=AA+Aa×1/2。种群中一对等位基因的频率之和为1，基因型频率之和为1。

【设计目的】让学生在已经了解遗传变异的基础上自主探究基因频率的有关数学模型构建。

5.4 用数学方法讨论基因频率的变化——遗传平衡定理

【学生活动】学生先进行课文（P115）思考与讨论的有关计算，回答有关问题。再进行教学案中“用数学方法讨论基因频率的变化”的拓展计算，教师巡回引导，并让学生分组讨论并介绍计算结果和方法。

【设问】通过从后代的基因型频率和基因频率的计算结果中发现了什么现象？

【教师总结】因此，通过计算子一代中的基因频率没有改变，如果继续满足这五个条件，那么这个种群的基因A和基因a的频率将永远保持不变，基因型的频率也会一直保持不变。这就是著名的遗传平衡定理——也称哈代—温伯格定理

【多媒体展示】简答介绍遗传平衡定理——也称哈代—温伯格定理

【设计目的】培养学生运用数学方法讨论问题的能力，体会假说演绎在此过程中的应用，为引入遗传平衡定律打下基础。

【教师小结】遗传平衡所指的种群是理想的种群，在自然条件下同时满足以上5个条件显然是不可能的，这样的种群是不存在的，这也从反面说明了自然界中种群的基因频率一定会发生变化，种群的基因库的基因组成也就必然会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。

6 教学体会

由于课程理论性较强且相对抽象，前后顺序逻辑严密，虽有探究活动，但都是要求学生能过计算得出结论，容易使学生产生疲劳、厌烦。因此在最后的探究活动我利用模拟实验，让小组之间合作，加强学生学习兴趣和积极性。最后利用概念图的设计，可以很好的让学生将本节课的相关知识形成一个体系，升华本节课的学习成果。