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《种群基因频率的改变与生物进化》教学设计

发表时间：2021/4/7 来源：《教育研究》2021年1月作者：于金玲

[导读] 理解“种群基因频率的改变与生物进化”深刻含义，更好的形成进化与适应的观点；为帮助学生从理性角度充分理解导致生物进化的内在原因与基因频率的辩证关系；认同科学是在不断争论中前进的。

大连开发区第一中学于金玲

        一、教学目标的确定
        1.生命观念方面的培养目标：
        理解“种群基因频率的改变与生物进化”深刻含义，更好的形成进化与适应的观点；为帮助学生从理性角度充分理解导致生物进化的内在原因与基因频率的辩证关系；认同科学是在不断争论中前进的。
        2.科学探究方面的培养目标：
        通过运用数学方法讨论种群基因频率的改变，提升解决新问题的能力；综合应用遗传变异原理，论证并解释进化的原材料。
        3.科学思维方面的培养目标：体验数学模型的构建方法，能够形成思维推断、提出问题、结果分析的科学探究精神。
        4.概念知识方面的培养目标：形成现代进化理论观点“种群是生物进化的基本单位”“突变和基因重组产生进化的原材料”
        【教学重点、难点】
        1.教学重点：基因频率、基因型频率；突变和基因重组在进化中的作用；
        2.教学难点：基因频率的概念及运算；遗传平衡定律；
        二、教学过程
        （一）课前准备：学生预习学案中的主要内容。
        （二）预习反馈、复习导入本课（种群是生物进化的基本单位）
        教师活动：反馈学生课前预习的完成情况和学生已掌握、未掌握的内容。复习达尔文自然选择学生的局限性“个体”“表现型”
        提问：
        （1）达尔文自然选择学说有哪些局限性？
        （2）什么样的群体是一个种群？描述种群的特点。
        学生活动：学生带着问题思考并回答，进行信息整合，将教材知识进行加工整理，形成系统的知识体系。
        设计意图：反馈课前疑问、学情，帮助老师开展有针对性的教学活动，确立本节学习目标。解决教什么的问题。及时评价，落实教学目标的达成情况。
        （三）自主学习   探究交流（用数学方法讨论基因频率的变化）
        教师活动：衔接：那么种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却在代代相传，那么在世代交替的过程中，种群的基因组成上会发生哪些变化呢？要描述种群的基因变化我们需要掌握几个新的概念：种群的基因库、基因频率等
        提问：(1) 下面就请同学来说一下什么叫基因库？
        (2) 什么叫基因频率呢？
        (3) 们能不能用一个数学形式表达出来呢？
       （4）尝试给基因型频率下一个定义？
        学生活动：小组内合作交流主动思考
        设计意图：通过提出一组问题支架，帮助与引导学生有目的完成教学内容。引导学生自己完成自由交配后子代的基因型频率和基因频率的计算，突破重点。
        创设情境：若昆虫种群中AA基因型频率为30%，Aa基因型频率为60%，aa基因型频率为10%，
        提问：计算出该种群中A、a的基因频率是多少？
        学生活动：学生进行归纳和总结方法
        设计意图：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。

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        教师活动：用数学方法讨论基因频率的变化
        1.该种群产生A 配子和a配子比率
        2.利用孟德尔棋盘格法（配子法）计算自由交配后子一代的基因型频率
        3.将子一代的基因型频率和基因频率计算结果写到表中。想一想，子二代、子三代以及若干代后种群的基因频率会和子一代相同吗？
        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”的计算
        追问：大家在计算的时候发没发现，这里的基因频率与子代的基因型频率存在某种数学关系？大家发现了什么关系？引导如果用p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，那么子代的AA/Aa/aa基因型频率可以表示为？
        学生活动：学生观察发现，总结哈代温伯格定律中基因频率与基因型频率的数学关系
        设计意图：探究学习有助于学生形成严谨务实的求知态度，发现基因频率和基因型频率存在着平衡关系（p+q）2=p2+2pq+q2
        （四）举证说明，互助学习（突变和基因重组产生进化的原材料）
        教师活动：衔接：遗传平衡是建立在上述五个条件的基础上。对于自然的种群来说，这五个条件都能成立吗？你能举例说明哪些因素引起种群基因频率的改变？
        引出：（突变和基因重组产生进化的原材料）
        追问：突变具有低频性为什么还能为进化提供原材料呢？大多数突变是有害的，一个残翅性状的出现一定使有害变异吗？
        小资料：据研究资料显示，果蝇的性状是由基因控制的，果蝇约有104对基因，假定每个基因突变的频率为10-5，一个中等大小的果蝇种群约有108个个体。则大约有2*107个个体发生突变
        设计意图：帮助学生把可遗传变异的类型，特点、关系梳理清楚；
        教师活动：创设情境：在生活中有人发现，由于滥用抗生素，使抗药菌越来越多，说明细菌发生了定向变异，所以变异决定了生物进化的方向？你同意他的观点吗？为什么？引出可遗传变异不能决定生物进化的方向
        设计意图：学生通过分析、比较等方式，落实目标中可遗传变异在进化中的作用这一难点，通过抗生素的例子，引导学生理论联系实际，分析抗药菌产生的原因，落实STS教育。
        （五）学以致用群体提升（基因频率的计算与应用）
        教师活动：题1：1.X 染色体上等位基因基因频率的计算问题
        在调查红绿色盲（X染色体隐性病），选取某校高中学生男生、女生各100人，其基因型的数量为 XAXA 90人、 XAXa 9人、 XaXa1人、   XAY 96人、 XaY 4人，计算该地区 XA 和 Xa 的基因频率。
        学生活动：学生计算，发现问题同组异质交流统一
        设计意图：分析得出基因型频率与基因频率的计算公式适用于条件。
        教师活动：题2.有人认为“思考与讨论”的遗传平衡体系中，如果将交配方式由自由交配改成自交，则种群的基因型频率和基因频率将会发生改变。你认为这是否正确？如何证实你的判断？
        设计意图：通过计算再次突破难点，便于学生掌握遗传平衡体系的条件为自由交配更有助对后续的学习。
        教师活动：【情境】养貂人让他饲养的貂随机交配，发现平均有16%的貂皮毛粗糙（常染色体的隐性基因控制），这样的貂售价会降低。他期望有更多的平滑皮毛的貂，请给他制定一个育种方案？
        学生活动：学生讨论交流并计算
        设计意图：将本节课学习内容有理论上升到实践，使学生能利用所学习内容提出合理化的育种方案，更加激发学生的学习热情
        （六）总结评价升华提高（小结练习）
        教师活动：
        依据板书小结本节课进行课堂练习。
        学生活动：学生仔细回忆，并进行小结。
        学生认真思考，并运用本节课学习的知识解答问题。
        设计意图：
       （1）通过小结再次突出本节课重难点，再次强调本节课核心概念——基因频率。在头脑中形成知识网络
       （2）通过与重难点以及教学目标对应的习题检测教学目标的达成情况。评价学生学情。