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2019-2020年高中生物《現(xiàn)代生物進化理論 》教案1 中圖版必修2 一、教學目標 1．知識目標 （1）達爾文自然選擇學說的主要內(nèi)容（A：知道）。 （2）種群、種群基因庫、基因頻率的概念，以及基因頻率的計算方法（B：識記）。 （3）突變和基因重組為生物進化提供原材料的原因（B：識記）。 （4）自然選擇在生物進化中的作用（B：識記）。 （5）隔離的概念和類型，以及隔離與物種形成的關系（B：識記） 2．能力目標 通過教學過程培養(yǎng)學生的思維能力、歸納總結能力。 二、重點難點： 1．重點 （1）自然選擇在生物進化過程中的作用。 （2）隔離的概念和類型，以及物種形成的方式。 2．難點 自然選擇在生物進化過程中的作用。 三、板書設計: 一、達爾文的進化理論： 二、現(xiàn)代生物進化理論： （1）種群是生物進化的單位； (2)突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料； (3)自然選擇決定生物進化的方向； (4)隔離導致物種的形成 四、教學過程： 導入： 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，曾在地球上生活過的生物種數(shù)可能多達5億～10億。這么多的生物從無到有，從少到多，從簡單到復雜，從低等到高等，一批又一批地“踏上”地球，又“遠離”地球走向死亡，進行著自然界的“新陳代謝”，這就是生物的進化。 一、達爾文的進化理論： 1．主要內(nèi)容 師講述：在19世紀，達爾文提出了以自然選擇學說為核心的生物進化論。自然選擇學說的主要內(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，重點放映遷徙路徑大河時，許多野牛個體被淹死或被鱷魚吃掉的情景。 師引導：學生根據(jù)錄像及初中所學有關知識總結歸納出達爾文自然選擇學說的主要內(nèi)容是：過度繁殖，生存斗爭（生存競爭），遺傳變異，適者生存。 師引導：指導學生明確以下內(nèi)容： (1)任何一種生物的繁殖能力都很強，在不太長的時間內(nèi)能產(chǎn)生大量的后代。但因為生物的生存條件有限，生物在爭奪有限的空間和食物的情況下，同種生物個體之間，種與種之間、生物與無機環(huán)境之間不斷進行著激烈的生存斗爭，斗爭的結果是一部分個體被淘汰。例如：鯉魚在繁殖季節(jié)，雌魚會產(chǎn)許多卵，雄魚也會產(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，在孵化的過程中個體弱小的幼鯉又會被淘汰掉，能夠存活下來的只是很少的一些個體。 (2)在生存斗爭中，具有有利變異的個體將幸存并會將這些變異遺傳下去；而不利變異個體則很容易地被淘汰掉。達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)生了適應特定環(huán)境的生物新類型，這就是生物進化的原因。 (3)自然選擇學說科學地解釋了生物進化的原因及生物的多樣性和適應性。但由于受到當時科學發(fā)展水平的限制，自然選擇學說對于遺傳和變異的本質，自然選擇如何對可遺傳的變異起作用的問題不能作出科學的解釋。 2．以自然選擇學說為基礎的現(xiàn)代生物進化理論的提出 近些年來，生物學家在達爾文的進化理論的基礎上，將遺傳學、生態(tài)學等研究成果引入到進化論的研究中，形成了以自然選擇學說為基礎的現(xiàn)代生物進化理論。 二、現(xiàn)代生物進化理論簡介 現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容包括： （1）種群是生物進化的單位； (2)突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料； (3)自然選擇決定生物進化的方向； (4)隔離導致物種的形成 1.種群的定義 師：舉例： (1)一個池塘中的全部鯉魚； (2)一個池塘中的全部魚； (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：學生分析歸納出(1)與(4)屬于種群。 師生歸納：種群指生活在同一地點的同種生物個體的總和。 2.種群的特點 （1）種群的個體之間具有年齡和性別的差別，并不是機械地結合在一起。 （2）種群也是生物繁殖的基本單位。個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)我們學習了“生物的變異”的有關內(nèi)容。知道可遺傳的變異可以引起生物的進化。 生質疑：那么，可遺傳的變異的來源有哪幾個方面呢? (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，對生物的進化起到了非常重要的作用。實質上，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，而基因頻率的改變造成了生物的進化。 生質疑：基因突變與基因頻率的改變有什么關系呢? 師生：前面我們學過：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。 師設疑：根據(jù)我們所知道的基因突變的特點，我們知道：自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對生物體是有害的。為什么還能夠改變種群中的基因頻率呢? 師生：(學生討論后得出結論)這是因為種群是由許多個體組成的。每個個體都有成千上萬個基因，雖然每個基因的突變率都很低，但每個種群的每一代都會產(chǎn)生大量的突變基因，所以對于種群來說發(fā)生突變的數(shù)量是很大的。 師：例如：每個果蠅約有104。對基因，假定每個基因的突變率都是10-5。若有一個中等數(shù)量的果蠅種群(約有108個個體)，請同學們計算出每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是多少? 生：(由學生計算得出)每代出現(xiàn)基因突變數(shù)是2l07個。 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。而且突變的有利或有害并不是絕對的，面是相對的，它取決于生物的生存環(huán)境。 上節(jié)課我們觀看了英國曼徹斯特地區(qū)19世紀中期到20世紀中期淺色樺尺蠖和黑色樺尺蠖比例變化的畫面。在19世紀中期，黑色基因是基因突變產(chǎn)生的，對樺尺蠖的生存是有害的；但隨著英國工業(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對染色體，即使每對染色體只含有一對雜合的等位基因，通過自由組合就會產(chǎn)生出8萬多種不同配子，這樣在一個新生兒中就可能有6107個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化的方向。 (三)自然選擇決定生物進化的方向 師生：指導學生閱讀課文P60～61，同時展示英國曼徹斯特地區(qū)從19世紀中期到20世紀中期樺尺蠖比例發(fā)生變化的多媒體課件。 師生：組織學生討論，從宏觀(性狀)和微觀(基因)兩方面分析生物進化的原因。 1．從宏觀(性狀)上看進化過程為：19世紀中期樺尺蠖的淺色性狀與環(huán)境色彩相似，屬于保護色，較能適應環(huán)境而大量生存；黑色性狀與環(huán)境色彩差異很大，不能適應環(huán)境，易被捕食者捕食。因此，突變產(chǎn)生后，后代的個體數(shù)受到限制。19世紀中期到20世紀中期，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)來看進化過程為：19世紀中期以前，由于黑色基因(S)為不利變異基因，控制的性狀不能適應環(huán)境而受到限制，因此，當時種群中淺色基因(s)的頻率為95％，黑色基因(S)的頻率為5％。到20世紀中期由于黑色基因(S)控制的性狀能適應環(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環(huán)境而大量被淘汰，使后代數(shù)量大量減少。結果淺色基因(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。 結論：由此可見，種群中產(chǎn)生的變異是不定向的，經(jīng)過長期的自然選擇，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，導致生物朝著一定的方向緩慢地進化。因此，生物進化的方向是由自然選擇決定的。 (四)隔離導致物種的形成 從曼徹斯特地區(qū)的樺尺蠖進化過程我們可以看出，樺尺蠖還是一個種群，個體之間彼此可以自由交配，實現(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(放錯會發(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。被地理條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。長期的隔離使被分割的小種群可能會出現(xiàn)完全不同的突變，而且各種群間沒有基因交流，因此一個種群中的突變自然不會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)過長期的地理隔離，不同種群在形態(tài)特征、生活習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。 如果通過長期的地理隔離，使不同種群個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基本環(huán)節(jié)綜合作用的結果。不同新物種形成的過程進行得十分緩慢，往往需要成千上萬代甚至更長。 五、總結： 以自然選擇學說為核心的現(xiàn)代生物進化理論的基本觀點是：種群是生物進化的基本單位，生物進化的實質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，最終導致新物種的形成。在這個過程中，突變和基因重組產(chǎn)生生物進化的原材料,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)代生物進化理論”的內(nèi)容。種群是生物進化的單位，突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料，自然選擇決定生物進化的方向，隔離導致物種形成。 教材首先在初中生物課的基礎上，以“過度繁殖、生存斗爭、遺傳變異和適者生存”為主線介紹自然選擇。 接著進一步闡述這個學說的重要意義和局限性，并且指出近些年來，生物學家將遺傳學、生態(tài)學等研究成果引入到進化論的研究中，形成了以自然選擇學說為基礎的現(xiàn)代生物進化理論。 現(xiàn)代生物進化理論的內(nèi)容是本節(jié)的重點。 關于種群是生物進化的單位，教材著重講述了兩方面的內(nèi)容：宏觀與微觀，讓學生能較好地理解種群是生物進化的基本單位。 關于突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料，教材著重講述了突變在種群中出現(xiàn)的數(shù)量，以及突變對生物體生存的影響等。 關于自然選擇決定生物進化的方向，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果。 關于隔離導致物種形成，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)長期的地理隔離而達到生殖隔離的物種形成方式。 教材在最后進行了內(nèi)容的歸納和總結，闡述了四個論點之間的內(nèi)在聯(lián)系，有利于學生對現(xiàn)代生物進化理論的了解。 本節(jié)中關于種群的內(nèi)容，可為第八章《生物與環(huán)境》中有關種群的內(nèi)容打下基礎；有關進化的原材料、物種的形成等知識需要第六章《遺傳和變異>>中有關基因突變、基因重組、染色體數(shù)目變異等內(nèi)容作基礎。