《种群基因频率的改变与生物进化》公开课教案.docx

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《种群基因频率的改变与生物进化》公开课教案

《种群基因频率的改变与生物进化》教学设计

一、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变化”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，通过本单元的教学，应该使学生能够解释种群、种群基因库和基因频率三个基本概念，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。

二、设计思路：

1、达尔文的自然选择学说是现代生物进化理论的基础，所以，现代生物进化理论的教学也应从对自然选择理论的评价开始，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。

2、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。

3、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，安排有学生讨论和探究活动，是发展学生科学分析问题的能力和探究能力的良好载体。

在重难点上采用“设疑导入——引导探究——得出结论”的情景探究教学模式，更易将一些本来不太好理解的问题简单化，从而是学生对进化的理解“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。

三、教学目标

1．知识与技能

（1）解释种群、基因库、基因频率概念。

（2）尝试运用数学方法讨论种群基因频率的改变。

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．情感态度与价值观

（1）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。

（2）通过教学活动，进一步培养学生“生物是进化来的”、“生物的进化与环境密切相关”的思想观念，帮助学生树立辩证唯物主义的认识观。

四、教学重、难点

1、教学重点

（1）种群、基因库、基因频率概念。

（2）基因频率的计算。

2、教学难点

（1）基因频率的概念。

（2）用数学方法讨论基因频率的变化。

五、教学过程

导入：

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】

各种各样的抗生素对治疗细菌感染造成的疾病发挥着重要作用。

一种抗生素使用一段时间后，杀菌效果就会下降，原因是细菌产生了抗药性。

试用达尔文的自然选择学说解释细菌产生抗药性的原因，并分析这一解释有什么不够完善之处。

【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

【教师总结】：

达尔文对生物进化理论的局限性：

1、局限于个体水平

a以个体为单位。

B有利性状。

在自然界没有哪个个体是长生不死的，个体的表现型也会随着个体的死亡而消失。

2、对遗传变异的本质不能做出科学解释。

今天，就请同学们利用已经学习过的生物学知识，当一次当代“达尔文”来探究生物进化的本质。

【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

引导学生利用所学遗传学知识推测灰、绿色昆虫基因型及在群体中通过有性生殖随机交配传递遗传基因。

【教师总结】因此研究生物进化必须在群体为单位，才能使有利变异得以保留。

这个群体就是种群。

【种群是生物进化的基本单位】

（一）种群

1、种群概念：

生活在一定区域的同种生物的全部个体。

【多媒体展示】举例判断

一个池塘中的全部鲤鱼是；一个池塘中的全部鱼；不是。

一片草地上的全部植物不是；一片草地上的全部蒲公英是。

【教师引导】加强对该概念的理解：

（1）两个要素：

“同种”和“全部”

（2）一个条件：

“一定区域”

（3）两个方面：

种群是生物繁殖的基本单位；

种群是生物进化的基本单位。

【多媒体展示】举例判断

一个寺庙里的全部和尚不是

【教师引导学生讨论、总结、归纳】

（4）种群的特点：

种群的个体之间具有年龄和性别的差别，并不是机械地结合在一起。

个体之间彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。

【教师讲解】：

种群个体间具有年龄和性别的差异，并不是机械的结合在

一起。

彼此可以交配实现基因交流，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。

因此，研究生物的进化必须以种群为单位。

【设问】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

【学生讨论回答】昆虫种群中由于基因突变产生了适应环境的新表现型：

绿色——有利变异，在生存斗争中不易被天敌发现被保留，通过种群中有性生殖，绿色基因随着生殖世代延续，并在群体中扩散。

进化的结果是，种群中绿色个体越来越多。

【教师设疑】在这个过程中种群的基因组成该怎么变化呢

学生讨论回答：

绿色基因A越来越多。

【教师讲解】因此生物进化的实质应该是种群中基因组成的变化过程。

如何分析种群的基因组成和变化呢由此人们提出基因库和基因频率的概念。

什么是基因库基因频率的含义是什么

（二）种群基因频率的变化

【学生活动】组织学生阅读教材，理解基因库、基因频率的概念。

1、基本概念

（1）基因库：

一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种

群的基因库。

（2）基因频率：

在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因

数的比率，叫做基因频率。

【教师提问】对于一个种群如何得以知道某个基因频率的大小呢

【教师讲述】基因频率的计算往往采用抽样统计的方法。

引导学生计算。

【多媒体展示】

（1）已知调查的各种基因型的个数计算基因频率

例1：

假设从某个昆虫种群中随机抽取100个个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体分别是30、60、10，计算基因的频率。

A基因的数量=2×3060=120个；a基因的数量=2×1060=80个

A基因的频率=（6060）/200=60%；a基因的频率=（2060）/200=40%。

某种基因的频率=该种群中此基因的数量/该种群中此基因和等位基因数的总和

【教师讲述】抽样统计结果的呈现方式有两种。

一种以基因型个数的方式呈现，还有一种以基因型的频率出现（说明基因型频率的概念）。

【教师设疑】如何根据基因型频率计算基因频率

【多媒体展示】

（2）已知基因型频率求基因频率

例2假设某个昆虫种群中有30%的AA、60%的Aa、10%的aa，计算基因的频率。

A基因频率=30％1/2×60％=60％

a基因频率=10％1/2×60％=40％

教师对学生计算结果进行评价，并引导学生归纳计算的方法和公式：

某种基因频率=该基因纯合体基因型的频率该基因杂合体基因型的频率×1/2。

种群中一对等位基因的频率之和为1

【教师设疑】基因可以通过繁殖实现前后代基因的传递，那么，在繁殖传递过程中，基因频率会不会发生变化呢有哪些因素能引起基因频率和基因型频率的改变呢

【板书】3、用数学方法讨论基因频率的变化——遗传平衡定理

【多媒体展示】教材思考与讨论

学生讨论计算，教师引导，并让学生介绍计算结果和方法。

【教师设问】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

【学生讨论回答】基因频率在亲子代间是稳定不变的，基因型频率到子二代也会稳定下来。

【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

由英国科学家哈代和德国科学家温伯格分别单独提出，在一个极大的随机交配的种群中，在无突变、无自然选择、无迁入迁出的条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传，不发生变化，保持平衡。

若种群中，一等位基因为A和a，设A的基因频率为p，a的基因频率为q，∵pq=A%a%=1，如果这个种群达到了遗传平衡，那么遗传平衡定律可以写成：

∴（pq）2=p22pqq2=AA%Aa%aa%=1

p2：

代表纯合子（基因型是AA）的基因型频率

2pq:

代表杂合子（基因型是Aa）的基因型频率

q2：

代表纯合子（基因型是aa）的基因型频率

即：

AA=p2Aa=2pqaa2=q

【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。

【教师总结提高】

1、个体可以死去，只要其中某些个体生殖，基因可以代代相传。

2、个体的有利突变基因只有通过在群体中进行有性生殖，才有可能传递积累。

3、个体的基因型是不变的，并且不会一成不变地传给下一代个体，但是种群基因库却可以在繁殖的过程中维持相对的稳定。

自然选择作用的是种群，本质上是种群基因库。

4、如果一个个体不能与种群中其他个体交配产生后代，这个个体在进化上就没意义。

【板书设计】

自然选择学说的局限性

1、局限于个体水平

a以个体为单位种群

b有利性状有利基因

2、遗传变异的实质种群基因频率的改变

一、种群是进化的基本单位

1种群的概念

2基因库

3基因频率

某种基因的频率=该种群中此基因的数量/该种群中此基因和等位基因数的总和=该基因纯合体基因型的频率该基因杂合体基因型的频率×1/2。

六、教学反思

本小节内容理论性较强，逻辑严密，安排有学生讨论和探究活动，是发展学生科学分析问题的能力和探究能力的良好载体，因此，本小节教学，应该使学生尝试和模仿探究问题的过程和方法，促进学生养成分析问题的科学思维习惯。

在重难点上并没有直接去告诉学生种群、基因频率等核心概念，而是采用“实例导入——引导探究——得出结论——归纳总结”的情景探究教学模式，引导学生主动思考，将自然选择学说的局限性进行拓展延伸，使得学生能够深入理解基因频率的改变和生物进化的关系，将一些本来不太好理解的问题简单化，学生对知识的理解和掌握也就更深更牢固。