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2019-2020年高中生物《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論 》教案1 中圖版必修2 一、教學(xué)目標(biāo) 1．知識(shí)目標(biāo) （1）達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的主要內(nèi)容（A：知道）。 （2）種群、種群基因庫(kù)、基因頻率的概念，以及基因頻率的計(jì)算方法（B：識(shí)記）。 （3）突變和基因重組為生物進(jìn)化提供原材料的原因（B：識(shí)記）。 （4）自然選擇在生物進(jìn)化中的作用（B：識(shí)記）。 （5）隔離的概念和類型，以及隔離與物種形成的關(guān)系（B：識(shí)記） 2．能力目標(biāo) 通過教學(xué)過程培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、歸納總結(jié)能力。 二、重點(diǎn)難點(diǎn)： 1．重點(diǎn) （1）自然選擇在生物進(jìn)化過程中的作用。 （2）隔離的概念和類型，以及物種形成的方式。 2．難點(diǎn) 自然選擇在生物進(jìn)化過程中的作用。 三、板書設(shè)計(jì): 一、達(dá)爾文的進(jìn)化理論： 二、現(xiàn)代生物進(jìn)化理論： （1）種群是生物進(jìn)化的單位； (2)突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料； (3)自然選擇決定生物進(jìn)化的方向； (4)隔離導(dǎo)致物種的形成 四、教學(xué)過程： 導(dǎo)入： 我們已經(jīng)知道地球上現(xiàn)存的有記載的生物種類大約200多萬(wàn)種，還有許許多多種生物沒有被我們發(fā)現(xiàn)。沒有發(fā)現(xiàn)的生物數(shù)目可能要比已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的多10倍，更何況已經(jīng)絕滅的生物比現(xiàn)存的還要多得多，據(jù)估計(jì)，曾在地球上生活過的生物種數(shù)可能多達(dá)5億～10億。這么多的生物從無到有，從少到多，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低等到高等，一批又一批地“踏上”地球，又“遠(yuǎn)離”地球走向死亡，進(jìn)行著自然界的“新陳代謝”，這就是生物的進(jìn)化。 一、達(dá)爾文的進(jìn)化理論： 1．主要內(nèi)容 師講述：在19世紀(jì)，達(dá)爾文提出了以自然選擇學(xué)說為核心的生物進(jìn)化論。自然選擇學(xué)說的主要內(nèi)容是什么呢? 放映錄像：非洲草原野牛四季生活及生殖過程，重點(diǎn)放映遷徙路徑大河時(shí)，許多野牛個(gè)體被淹死或被鱷魚吃掉的情景。 師引導(dǎo)：學(xué)生根據(jù)錄像及初中所學(xué)有關(guān)知識(shí)總結(jié)歸納出達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的主要內(nèi)容是：過度繁殖，生存斗爭(zhēng)（生存競(jìng)爭(zhēng)），遺傳變異，適者生存。 師引導(dǎo)：指導(dǎo)學(xué)生明確以下內(nèi)容： (1)任何一種生物的繁殖能力都很強(qiáng)，在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能產(chǎn)生大量的后代。但因?yàn)樯锏纳鏃l件有限，生物在爭(zhēng)奪有限的空間和食物的情況下，同種生物個(gè)體之間，種與種之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間不斷進(jìn)行著激烈的生存斗爭(zhēng)，斗爭(zhēng)的結(jié)果是一部分個(gè)體被淘汰。例如：鯉魚在繁殖季節(jié)，雌魚會(huì)產(chǎn)許多卵，雄魚也會(huì)產(chǎn)下大量的精子，但是能夠形成受精卵是少數(shù)；受精卵形成后，在孵化的過程中個(gè)體弱小的幼鯉又會(huì)被淘汰掉，能夠存活下來的只是很少的一些個(gè)體。 (2)在生存斗爭(zhēng)中，具有有利變異的個(gè)體將幸存并會(huì)將這些變異遺傳下去；而不利變異個(gè)體則很容易地被淘汰掉。達(dá)爾文把這種適者生存，不適者被淘汰的過程叫做自然選擇。在長(zhǎng)期的自然選擇過程中，微小的有利變異得到積累變?yōu)轱@著變異，從而產(chǎn)生了適應(yīng)特定環(huán)境的生物新類型，這就是生物進(jìn)化的原因。 (3)自然選擇學(xué)說科學(xué)地解釋了生物進(jìn)化的原因及生物的多樣性和適應(yīng)性。但由于受到當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展水平的限制，自然選擇學(xué)說對(duì)于遺傳和變異的本質(zhì)，自然選擇如何對(duì)可遺傳的變異起作用的問題不能作出科學(xué)的解釋。 2．以自然選擇學(xué)說為基礎(chǔ)的現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的提出 近些年來，生物學(xué)家在達(dá)爾文的進(jìn)化理論的基礎(chǔ)上，將遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)等研究成果引入到進(jìn)化論的研究中，形成了以自然選擇學(xué)說為基礎(chǔ)的現(xiàn)代生物進(jìn)化理論。 二、現(xiàn)代生物進(jìn)化理論簡(jiǎn)介 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容包括： （1）種群是生物進(jìn)化的單位； (2)突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料； (3)自然選擇決定生物進(jìn)化的方向； (4)隔離導(dǎo)致物種的形成 1.種群的定義 師：舉例： (1)一個(gè)池塘中的全部鯉魚； (2)一個(gè)池塘中的全部魚； (3)一片草地上的全部植物； (4)一片草地上的全部蒲公英。 引導(dǎo)：學(xué)生分析歸納出(1)與(4)屬于種群。 師生歸納：種群指生活在同一地點(diǎn)的同種生物個(gè)體的總和。 2.種群的特點(diǎn) （1）種群的個(gè)體之間具有年齡和性別的差別，并不是機(jī)械地結(jié)合在一起。 （2）種群也是生物繁殖的基本單位。個(gè)體之間彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代。 師講述：在第六章第四節(jié)我們學(xué)習(xí)了“生物的變異”的有關(guān)內(nèi)容。知道可遺傳的變異可以引起生物的進(jìn)化。 生質(zhì)疑：那么，可遺傳的變異的來源有哪幾個(gè)方面呢? (思維并回答：基因突變、基因重組和染色體變異。) 其中，我們把基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。也就是說，突變和基因重組引起了可遺傳的變異，對(duì)生物的進(jìn)化起到了非常重要的作用。實(shí)質(zhì)上，突變、基因重組、自然選擇等因素均能影響種群的基因頻率的改變，而基因頻率的改變?cè)斐闪松锏倪M(jìn)化。 生質(zhì)疑：基因突變與基因頻率的改變有什么關(guān)系呢? 師生：前面我們學(xué)過：基因突變可以產(chǎn)生新的等位基因，是可遺傳變異的根本來源，是基因頻率改變的基礎(chǔ)。 師設(shè)疑：根據(jù)我們所知道的基因突變的特點(diǎn)，我們知道：自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對(duì)生物體是有害的。為什么還能夠改變種群中的基因頻率呢? 師生：(學(xué)生討論后得出結(jié)論)這是因?yàn)榉N群是由許多個(gè)體組成的。每個(gè)個(gè)體都有成千上萬(wàn)個(gè)基因，雖然每個(gè)基因的突變率都很低，但每個(gè)種群的每一代都會(huì)產(chǎn)生大量的突變基因，所以對(duì)于種群來說發(fā)生突變的數(shù)量是很大的。 師：例如：每個(gè)果蠅約有104。對(duì)基因，假定每個(gè)基因的突變率都是10-5。若有一個(gè)中等數(shù)量的果蠅種群(約有108個(gè)個(gè)體)，請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算出每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是多少? 生：(由學(xué)生計(jì)算得出)每代出現(xiàn)基因突變數(shù)是2l07個(gè)。 師：這說明種群中每代產(chǎn)生的基因突變的數(shù)量是很大的，并通過繁殖得到積累，成為基因頻率改變的基礎(chǔ)。而且突變的有利或有害并不是絕對(duì)的，面是相對(duì)的，它取決于生物的生存環(huán)境。 上節(jié)課我們觀看了英國(guó)曼徹斯特地區(qū)19世紀(jì)中期到20世紀(jì)中期淺色樺尺蠖和黑色樺尺蠖比例變化的畫面。在19世紀(jì)中期，黑色基因是基因突變產(chǎn)生的，對(duì)樺尺蠖的生存是有害的；但隨著英國(guó)工業(yè)的發(fā)展，樺尺蠖生存的環(huán)境發(fā)生改變，有害的黑色基因變?yōu)橛欣幕颉? 在突變過程中產(chǎn)生了許多相應(yīng)的等位基因。通過有性生殖過程中的基因重組，形成了多種多樣的基因型，從而使種群出現(xiàn)大量的可遺傳變異。 例如，人有23對(duì)染色體，即使每對(duì)染色體只含有一對(duì)雜合的等位基因，通過自由組合就會(huì)產(chǎn)生出8萬(wàn)多種不同配子，這樣在一個(gè)新生兒中就可能有6107個(gè)以上的基因重組類型。 這樣，突變和基因重組造成基因頻率擴(kuò)增。而使可遺傳的變異大大增加。但是，這些變異的產(chǎn)生是不定向的，因此，無法定向改變基因頻率，也就不能決定生物進(jìn)化的方向。 (三)自然選擇決定生物進(jìn)化的方向 師生：指導(dǎo)學(xué)生閱讀課文P60～61，同時(shí)展示英國(guó)曼徹斯特地區(qū)從19世紀(jì)中期到20世紀(jì)中期樺尺蠖比例發(fā)生變化的多媒體課件。 師生：組織學(xué)生討論，從宏觀(性狀)和微觀(基因)兩方面分析生物進(jìn)化的原因。 1．從宏觀(性狀)上看進(jìn)化過程為：19世紀(jì)中期樺尺蠖的淺色性狀與環(huán)境色彩相似，屬于保護(hù)色，較能適應(yīng)環(huán)境而大量生存；黑色性狀與環(huán)境色彩差異很大，不能適應(yīng)環(huán)境，易被捕食者捕食。因此，突變產(chǎn)生后，后代的個(gè)體數(shù)受到限制。19世紀(jì)中期到20世紀(jì)中期，由于地衣死亡，樺尺蠖棲息的樹干裸露并被煙熏黑，使得黑色性狀與環(huán)境色彩相似而大量生存；淺色性狀與環(huán)境色彩差異很大，易被捕食者捕食而大量被淘汰。表現(xiàn)為適者生存，不適者被淘汰。 2．從微觀(基因)來看進(jìn)化過程為：19世紀(jì)中期以前，由于黑色基因(S)為不利變異基因，控制的性狀不能適應(yīng)環(huán)境而受到限制，因此，當(dāng)時(shí)種群中淺色基因(s)的頻率為95％，黑色基因(S)的頻率為5％。到20世紀(jì)中期由于黑色基因(S)控制的性狀能適應(yīng)環(huán)境而大量生存并繁殖后代，淺色基因(s)控制的性狀不能適應(yīng)環(huán)境而大量被淘汰，使后代數(shù)量大量減少。結(jié)果淺色基因(s)的頻率下降為5％，黑色基因(S)的頻率上升為95％。結(jié)果是淘汰了不利變異的基因，而保留了有利變異基因，通過遺傳逐漸積累。 結(jié)論：由此可見，種群中產(chǎn)生的變異是不定向的，經(jīng)過長(zhǎng)期的自然選擇，其中的不利變異被不斷淘汰，有利變異則逐漸積累，從而使種群的基因頻率發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向緩慢地進(jìn)化。因此，生物進(jìn)化的方向是由自然選擇決定的。 (四)隔離導(dǎo)致物種的形成 從曼徹斯特地區(qū)的樺尺蠖進(jìn)化過程我們可以看出，樺尺蠖還是一個(gè)種群，個(gè)體之間彼此可以自由交配，實(shí)現(xiàn)基因交流，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代。因此沒有產(chǎn)生新的物種。 設(shè)疑：什么是物種呢?物種是如何形成的呢? 生：閱讀教材P62，畫出物種的概念。 明確不同物種之間一般是不能交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育的后代。 例如：馬和驢雜交繁殖騾子不育就是如此。這種現(xiàn)象稱之為生殖隔離。生殖隔離是隔離的一種類型。在自然界中，新物種的形成往往要有隔離發(fā)生。 生：閱讀P62，畫出隔離、地理隔離、生殖隔離的概念。 師：演示多媒體課件：加拉帕戈斯群島的地圖，群島的不同小島上的植被情況(突出果實(shí)的大小)，具有不同特征的地雀(特別突出地雀喙形大小的特征)。讓學(xué)生根據(jù)地雀喙形大小的特征和島嶼生存條件將地雀安放在適宜的島上(放錯(cuò)會(huì)發(fā)出鳴響)。 加拉帕戈斯群島上的14種地雀都起源于同一個(gè)物種，是南美雀類的后代。從南美大陸遷來后，逐漸分布到不同的群島上，群島之間的海洋起到了地理隔離的作用。被地理?xiàng)l件隔離開的小種群的基因組成或基因頻率起初就不可能完全相同。長(zhǎng)期的隔離使被分割的小種群可能會(huì)出現(xiàn)完全不同的突變，而且各種群間沒有基因交流，因此一個(gè)種群中的突變自然不會(huì)引起另一種群的改變。各種群生活在不同的生存環(huán)境中，因而有不同的選擇方向。即不同種群選擇保留下的基因不同，使分開的種群的基因庫(kù)組成和基因頻率產(chǎn)生了很大的差異。這就是14種地雀形態(tài)特征顯著差異的根本原因。 經(jīng)過長(zhǎng)期的地理隔離，不同種群在形態(tài)特征、生活習(xí)性上有了顯著的差異，若再次相遇仍能交配和繁育后代，這樣的不同種群稱之為亞種。如東北虎和華南虎屬于不同的虎亞種。 如果通過長(zhǎng)期的地理隔離，使不同種群個(gè)體之間形成生殖隔離，新物種就形成了。如加拉帕戈斯群島上的14種地雀的形成過程，就是如此。 結(jié)論：因此說，物種形成的原因是突變和基因重組、自然選擇及隔離三個(gè)基本環(huán)節(jié)綜合作用的結(jié)果。不同新物種形成的過程進(jìn)行得十分緩慢，往往需要成千上萬(wàn)代甚至更長(zhǎng)。 五、總結(jié)： 以自然選擇學(xué)說為核心的現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的基本觀點(diǎn)是：種群是生物進(jìn)化的基本單位，生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)在于種群基因頻率的改變。突變和基因重組、自然選擇及隔離是物種形成過程的三個(gè)基本環(huán)節(jié)，通過它們的綜合作用，種群產(chǎn)生分化，最終導(dǎo)致新物種的形成。在這個(gè)過程中，突變和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料,自然選擇使種群的基因頻率定向改變并決定生物進(jìn)化的方向，隔離是新物種形成的必要條件。 本節(jié)著重講述了“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論”的內(nèi)容。種群是生物進(jìn)化的單位，突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料，自然選擇決定生物進(jìn)化的方向，隔離導(dǎo)致物種形成。 教材首先在初中生物課的基礎(chǔ)上，以“過度繁殖、生存斗爭(zhēng)、遺傳變異和適者生存”為主線介紹自然選擇。 接著進(jìn)一步闡述這個(gè)學(xué)說的重要意義和局限性，并且指出近些年來，生物學(xué)家將遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)等研究成果引入到進(jìn)化論的研究中，形成了以自然選擇學(xué)說為基礎(chǔ)的現(xiàn)代生物進(jìn)化理論。 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的內(nèi)容是本節(jié)的重點(diǎn)。 關(guān)于種群是生物進(jìn)化的單位，教材著重講述了兩方面的內(nèi)容：宏觀與微觀，讓學(xué)生能較好地理解種群是生物進(jìn)化的基本單位。 關(guān)于突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料，教材著重講述了突變?cè)诜N群中出現(xiàn)的數(shù)量，以及突變對(duì)生物體生存的影響等。 關(guān)于自然選擇決定生物進(jìn)化的方向，教材舉例介紹了生物如何在自然選擇作用下，種群基因頻率定向改變的結(jié)果。 關(guān)于隔離導(dǎo)致物種形成，教材主要講述了物種的概念、隔離和物種的形成這三方面的內(nèi)容。首先，簡(jiǎn)要介紹物種的概念，然后講述隔離的概念和類型，再后舉例講述了經(jīng)長(zhǎng)期的地理隔離而達(dá)到生殖隔離的物種形成方式。 教材在最后進(jìn)行了內(nèi)容的歸納和總結(jié)，闡述了四個(gè)論點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，有利于學(xué)生對(duì)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的了解。 本節(jié)中關(guān)于種群的內(nèi)容，可為第八章《生物與環(huán)境》中有關(guān)種群的內(nèi)容打下基礎(chǔ)；有關(guān)進(jìn)化的原材料、物種的形成等知識(shí)需要第六章《遺傳和變異>>中有關(guān)基因突變、基因重組、染色體數(shù)目變異等內(nèi)容作基礎(chǔ)。