现代生物进化理论的主要内容说课.docx
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现代生物进化理论的主要内容说课
现代生物进化理论的主要内容说课稿
我今天说课的题目是高中生物必修2第七章第二节《现代生物进化理论的主要内容》。
我从以下几个方面来谈自己对这一节课的认识。
一、说教材
本章课程的核心就是是介绍现代生物进化理论。
生物进化理论的发展和其他科学理论的发展一样，不是简单的新理论对旧理论的否定和排斥，而是新理论对旧理论的修正、深入和扩展。
上一节课我们所学习的从拉马克的进化学说到达尔文的自然选择学说，以及现代进化理论的由来，大体都走过了这样的轨迹。
达尔文的自然选择学说由于历史和当时科技条件的限制，而体现出来三个方面的不足，而现代生物进化理论从这几个方面对达尔文的生物进化理论的修正和完善。
本节内容包括：
种群是生物进化的基本单位，突变和基因重组产生生物进化的原材料，隔离导致物种的形成以及共同进化与生物多样性的形成。
其中重点和难点是自然选择通过种群基因频率的改变决定生物进化的方向。
生物进化论不仅是生物学中具有重要地位的基础理论，也是对人们的自然观和世界观有着重要影响的理论。
二、说学情：
学生在上节课学习过现代生物进化理论的由来，认识了拉马克的用进废退以及达尔文的自然选择学说，对拉马克进化论，达尔文进化论的贡献及其局限性已经有了比较清晰的了解，上节课介绍生物进化理论的发展过程，分析了拉马克和达尔文的进化理论的重要贡献和历史局限性，从而进一步探究修正发展了的现代生物进化理论的主要内容，有助于学生理解科学不是一个静态的体系，而是一个不断发展的动态过程。
三、教学目标
知识目标：
1、释种群、种群基因库、基因频率等概念。
2、说明现代生物进化理论的主要内容。
能力目标：
1、运用数学方法讨论种群基因频率的变化。
2、运用生物进化观点解释一些生物现象。
情感目标：
形成生物进化的观点和生物进化理论在发展的观念。
培养学生以科学的态度认识生物进化问题，树立辩证唯物主义观点。
四、教学重点、难点及解决方法
1、教学重点及解决方法
[教学重点]
⑴种群、物种、基因频率、隔离等概念。
⑵突变和基因重组、自然选择、隔离在生物进化过程中的作用。
[解决方法]
⑴通过具体的实例和计算来理解相关的概念。
⑵通过探究活动的教学理解综合因素在生物进化过程中的作用。
2、教学难点及解决方法
[教学难点]
⑴基因频率的概念。
⑵自然选择对种群基因频率的影响。
⑶隔离在物种形成的作用。
[解决方法]
⑴通过练习计算基因频率掌握此概念。
⑵指导学生阅读教材P116—117的资料，提出问题→作出假设→制定探究方案。
⑶以桦尺蠖为例讲隔离的作用。
五、教学策略
第1课时
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：
“如果在灰色翅（基因型为aa）昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（基因型为Aa）的变异个体，且绿色比灰色更不易被捕食。
那么，昆虫的翅色将怎样变化？
”
结合学生的讨论，提出质疑：
该绿色个体能很好生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给子代呢？
如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色的吗？
讨论发现，出现有利变异个体的有利基因只有在群体中，通过有性生殖才能世代延续，另外有利变异个体的后代不一定能真实遗传。
因此，研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成的变化，这个群体就是种群。
怎样的一群生物个体可以称为种群呢？
一个生物“种”或“物种”与种群有何区别呢？
人们为什么要提出“种群”这个概念呢？
归纳出：
自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。
它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。
性状是由基因控制的，研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。
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？
请学生计算下面假设的种群的一对等位基因的基因频率：
某昆虫种群中，绿色翅的基因为A，褐色翅的基因为a，调查发现，AA、Aa、aa的个体分别占20、60、20，那么A和a的基因频率各是多少？
计算得知，该种群基因A的频率为50%，基因a的频率为50%，如果让该种群随机交配，依据孟德尔遗传定律，子一代、子二代的基因型频率和基因频率又会怎样呢？
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？
如果种群基因型频率和基因频率世代稳定不变，生物将无法进化，显然与事实不符。
自然界种群的基因频率能世代不变吗？
为什么？
显然，同时满足以上5个条件是不可能的，即使前4个条件可以满足，基因突变和染色体变异总会发生的。
为什么？
以上5种因素中哪些因素是影响基因频率变化的根本原因？
（三）总结
种群是生物进化的基本单位，种群基因库和基因频率的概念及相关计算。
（四）作业布置
教材P118练习一1、2。
（五）板书设计
第2节现代生物进化理论的主要内容
一、种群基因频率的改变与生物进化
（一）种群是生物进化的基本单位
1、种群
2、基因库
概念
3、基因频率
计算
（二）突变和基因重组产生进化的原材料
（三）自然选择决定生物进化的方向
第2课时
导入：
英国曼彻斯特地区的桦尺蠖，虽然基因频率发生了很大变化，那么这一地区的两种颜色的桦尺蠖是同一物种还是两个物种呢？
我们怎样判断两个种群是否属于一个物种呢？
一、物种的概念
以生活在一个草原上的全部驴、马为例，设问：
1、驴种群个体间、马种群个体间能相互交配且产生可育后代吗？
2、马和驴能相互交配吗？
3、骡子可育吗？
4、什么是物种？
5、为什么马和驴不属于同一物种？
学生阅读教材P119相关内容回答之。
教师：
曼彻斯特地区的桦尺蠖，虽然基因频率发生很大的定向变化，但并没有形成新物种。
只要物种的种群之间和种群内部个体之间，没有阻止基因交流，遗传组成的差异就不会拉大，新物种就难以形成。
什么因素可以阻止种群间基因交流呢？
隔离常见的类型有地理隔离和生殖隔离。
同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫做地理隔离。
例如，东北虎和华南虎分别生活在我国的东北地区和华南地区，这两个地区之间的辽阔地带就起到了地理隔离的作用。
二、隔离在物种形成中的作用
多媒体显示教材P119两幅假想情境图。
提问：
1、在一个山谷中，有一个鼠种群在“快乐”地生活着。
雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。
这说明了什么？
2、当这群鼠被大河分开后它们是一个种群还是两个种群？
3、几千年后河流干涸了，两个鼠种群又会合在一起，它们之间还能自由交配吗？
4、是什么原因造成它们分化的？
教师总结归纳。
课件显示加拉帕戈斯群岛的地雀。
提问：
教材P120[资料分析]中的4个问题。
教师总结归纳：
三、种群与物种的区别与联系
种群
物种
概念
生活在一定区域的同种生物的全部个体
能够在自然状况下相互交配并且产生可育后代的一群生物
范围
较小范围内的同种生物的个体
分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成
判断标准
种群必须具备“三同”；即同一时间、同一地点、同一物种
主要是形态特征和能否自由交配并产生可育后代
联系
一个物种可以包括许多种群，同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离，长期发展下去可成为不同亚种，进而可能形成多个新种。
（三）总结
物种的概念，地理隔离、生殖隔离的概念及隔离在物种形成中的作用。
（四）作业布置
教材P121练习，P122技能训练
（五）板书设计
二、隔离与物种的形成
一、物种的概念
1、物种的概念
地理隔离
2、隔离
生殖隔离
二、隔离在物种形成中的作用
三、种群与物种的区别与联系
种群
物种
概念
生活在一定区域的同种生物的全部个体
能够在自然状况下相互交配并且产生可育后代的一群生物
范围
较小范围内的同种生物的个体
分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成
判断标准
种群必须具备“三同”；即同一时间、同一地点、同一物种
主要是形态特征和能否自由交配并产生可育后代
联系
一个物种可以包括许多种群，同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离，长期发展下去可成为不同亚种，进而可能形成多个新种。
“现代电子系统设计”课程教学大纲
课程编号：
31120B0（四号宋体）
学时：
40学分：
2
适用对象：
高等院校信息工程专业、通信专业、电子信息专业、计算机专业、自动化专业本科高年级学生。
先修课程：
数字电路、C语言
考核要求：
考核，理论成绩50％，实验成绩50％
使用教材及主要参考书：
谭会生主编，《EDA技术及应用》（第二版），西安电子科技大学出版社，2004
谭会生主编，《EDA技术综合应用实例与分析》，西安电子科技大学出版社，2004
黄任主编，《VHDL入门·解惑·经典实例·经验总结》，北京航空航天大学出版社，2005
西安唐都科教仪器开发有限责任公司主编，《TD-EDA实验系统SOPC技术实验教程》，2005
一、课程的性质和任务
本课程是电子信息和通信类专业的专业技术选修课程，要求学生通过该课程的学习，初步掌握基于EDA技术的电子线路设计方法、数字系统设计方法以及FPGA和CPLD的设计方法；了解常用硬件描述语言的使用特点、编程方法和仿真测试技术，掌握一种常用EDA工具软件QuartusⅡ和一种主流硬件描述语言：
VHDL，能使用QuartusⅡ和VHDL进行复杂数字系统的设计。
EDA技术与VHDL作为一门技术基础课和现代电子设计技术的先修课程，与许多的后继专业课有紧密的联系，如大规模集成电路设计、ASIC设计、单片系统（SOC）设计、IP核设计技术、微电机系统（MEMS）设计以及DNA生物芯片设计等。
对学生而言，不论今后是继续通讯类研究生学习，还是从事芯片设计工作，都是一门非常必要的课程。
二、教学目的与要求
教学目的：
使学生了解现代电子设计技术、可编程技术，培养运用硬件描述语言VHDL和EDA工具设计实现复杂数字系统的技能。
教学要求：
1．掌握主流硬件描述语言：
VHDL语言
2．掌握一种主流EDA工具软件：
QuartusII
3．掌握TD-EAD实验系统的使用
4．能独立完成基本电子系统的设计
三、学时分配
章节
课程内容
学时
实验内容
学时
1
绪论
2
2
QuartusⅡ与VHDL语言
10
门电路实验、译码器实验、
编码器实验、寄存器实验
12
3
系统层次化设计
4
时钟选择器实验
4
4
状态机在VHDL中的实现
4
交通灯控制器实验
4
四、教学中应注意的问题
本课程是实践性很强的课程，要特别注意理论与实践的结合，多进行上机实践，才能学好这么课程。
在教学中要注意抓住一个重点：
VHDL的编程；掌握两个工具：
QuartusII和TD-EAD实验系统；通过案例分析、应用设计和上机实践，实现理论与实践相结合，边学边用，边用边学，只有这样才能学好这门课程。
五、教学内容
第一章：
绪论
1．基本内容：
介绍EDA技术的涵义、发展历程和应用领域；介绍EDA技术的主要内容；说明EDA的工程设计流程。
说明本课程的特点与学习方法。
2．教学基本要求：
1）理解EDA技术的涵义。
2）了解EDA技术的发展背景，理解EDA技术的三个发展阶段以及各阶段的特点。
3）理解EDA技术进行电子系统设计的特点，在此基础上理解EDA的定义和EDA技术的主要内容。
4）了解常用的硬件描述语言：
VHDL和Verilog
5）了解两种常用的大规模可编程逻辑器件FPGA和CPLD以及它们各自的特点
6）了解主流EDA工具软件
7）了解本课程使用的西安唐都公司的TD-EAD实验系统
8）理解EDA的工程设计流程。
9）理解本课程的特点与学习方法。
3．教学重点难点：
EDA技术的三个发展阶段以及各阶段的特点，EDA的定义和EDA技术的主要内容，EDA的工程设计流程。
4．教学建议：
根据EDA技术发展的历程，指出各阶段解决了哪些问题，还存在哪些问题，这样学生能清楚的了解三个发展阶段特点。
在此基础上说明使用EDA技术进行电子系统设计的特点，学生就很容易理解了，对这些特点进行总结，就是EDA的定义和EDA技术的主要内容。
通过画流程图说明EDA的工程设计流程，同时在下一章讲解使用QuartusⅡ进行FPGA设计的基本流程时，进一步巩固该知识点，并通过实验加深学生的理解。
第二章：
QuartusⅡ与VHDL语言
1.基本内容：
主流EDA工具QuartusⅡ的安装和使用。
VHDL语言程序的基本结构、语言要素、VHDL并行信号赋值语句和进程语句、VHDL顺序语句。
使用VHDL语言完成基本数字电路的设计、编译、仿真和下载。
2.教学基本要求：
a）理解VHDL语言的特点。
b）了解主流EDA工具QuartusⅡ，掌握其安装方法。
c）掌握使用QuartusⅡ进行FPGA设计的基本流程。
d）掌握VHDL语言程序的基本结构，特别是实体和结构体。
e）掌握VHDL语言的语言要素，包括VHDL语言的基本数据类型、数据对象和VHDL运算符，理解信号和变量的区别。
f）掌握VHDL语言的并行信号赋值语句，特别是选择信号赋值语句和条件信号赋值语句，理解条件信号赋值语句的各赋值子句的优先级差别。
g）掌握进程语句，掌握进程的工作原理和特点，理解进程与时钟的关系。
h）掌握VHDL语言的顺序语句，特别是IF语句和CASE语句，理解IF、CASE语句和选择信号赋值语句、条件信号赋值语句的区别。
i）掌握VHDL程序设计方法，能在QuartusⅡ环境下，使用VHDL语言进行门电路、编码器和译码器、寄存器等常用数字电路的设计、编译、仿真和下载。
3．教学重点难点：
QuartusⅡ是进行FPGA/CPLD设计最常用的EDA工具，掌握使用QuartusⅡ进行FPGA/CPLD设计的流程是后面教学和实验的基础，是本章的重点。
另外进行FPGA/CPLD的设计涉及硬件，与学生熟悉的软件开发平台不同，特别是器件选择和配置、仿真和下载，这些是学生首次接触的，这也是本章的教学难点。
VHDL语言程序的基本结构、基本语言要素、基本语句是学习VHDL语言的基础，是本章重点。
特别时进程语句是最具VHDL语言特色的语句，它提供了一种用算法描述硬件行为的方法，是使用最多的VHDL语句之一。
掌握进程语句的特点，熟练运用进程语句和其它基本语句进行组合和时序逻辑电路设计是本章的重点，也是本章的难点。
学生此时是初次使用VHDL语言和EDA工具，而它们与学生熟悉的VC等程序语言和开发环境有很大不同，因此掌握VHDL程序设计方法，在QuartusⅡ环境下，使用VHDL进行数字电路的设计、编译和下载是本章的一个难点。
4．教学建议：
理论教学要紧密结合实验教学，通过在实验课上指导学生一步步完成一个简单的QuartusⅡ工程的建立、编译、仿真和下载，掌握使用QuartusⅡ进行FPGA/CPLD设计的流程，同时学习TD-EDA实验系统。
VHDL的基本语句，常用语句如选择信号赋值语句和条件信号赋值语句、进程语句、IF语句和CASE语句等都是通过实验课来加强学生对它们的理解，只有通过上机练习才能使学生尽快掌握VHDL语言。
如果条件允许，可以改为小班上课，在实验室中进行实例讲解部分的理论教学，由学生跟随老师的实例讲解在台下一步步完成一个个VHDL设计实例，从而加深印象，加强动手能力。
第三章：
系统层次化设计
1．基本内容：
层次化设计概念，在QuartusII中实现层次化设计，元件例化、程序包和类属映射。
2.教学基本要求：
1）理解层次化设计的优点。
2）理解层次化设计的核心思想：
模块化、元件重用。
3）掌握在QuartusII中采用图形法与文本法结合的混合输入方法实现元件重用和系统的层次化设计。
4）理解元件例化、程序包和类属映射。
3．教学重点难点：
在QuartusII中实现层次化设计
4．教学建议：
结合实验五时钟选择器实验来学习如何在QuartusII中实现层次化设计。
通过在实验课上指导学生完成模块划分、元件设计文件的建立、元件符号的生成、元件调用、LPM宏模块的调用与参数配置、顶层电路原理图的建立，最终在QuartusII完成一个复杂数字系统的层次化设计。
通过实验课，使学生掌握在QuartusII中采用图形法与文本法结合的混合输入方法实现元件重用和系统的层次化设计。
第四章：
状态机在VHDL中的实现
1．基本内容：
Moore状态机的VHDL描述，Mealy状态机的VHDL描述，用状态机实现交通灯控制器
2.教学基本要求：
1）掌握Moore状态机的VHDL描述。
2）掌握Mealy状态机的VHDL描述。
3）掌握使用状态机实现数字系统设计的方法。
3．教学重点难点：
状态机是一类很重要的时序电路，是许多数字电路的核心部件，同时有限状态机是一种复杂的数字系统，因此有限状态机的设计是本章的重点和难点。
4．教学建议：
结合实验六：
使用状态机实现交通灯控制实验，来加深对有限状态机设计的理解。
执笔人：
任峻
审核人：
分管教学院长：
2007年2月20日
湖南农业大学课程教学周历
2007－2007学年度第二学期计算机与信息工程院信息工程专业三年级60人
课程名称《现代电子系统设计》学时分配：
总学时44其中：
讲授24实验20实习
课堂讨论课程论文作业考试（考查）考查
周次
讲授
实验、作业或其他环节
章节和内容
学时
内容
学时
1
§1绪论
2
1
§2QuartusⅡ与VHDL语言
2.2安装QuartusⅡ
2.3VHDL与QuartusⅡ初体验
2
2
§2QuartusⅡ与VHDL语言
2.4VHDL程序基本结构
2.5VHDL基本数据类型
2.6VHDL数据对象
2
基本门电路实验
4
2
§2QuartusⅡ与VHDL语言
2.7VHDL运算符
VHDL并行信号赋值语句
2
3
§2QuartusⅡ与VHDL语言
2.8.2进程语句
2.9VHDL顺序语句
2
译码器实验
编码器实验
4
3
§3系统层次化设计
3.1层次化设计概念
3.2在QuartusII中实现层次化设计
2
4
§3系统层次化设计
3.3系统层次化设计进阶
2
寄存器实验
4
4
§4状态机在VHDL中的实现
4.1Moore状态机的VHDL描述
4.2Mealy状态机的VHDL描述
2
5
§4状态机在VHDL中的实现
4.3用状态机实现交通灯控制器
2
时钟选择器实验
4
5
机动
2
交通灯控制器实验
4
主讲教师任峻实验课教师任峻辅导教师任峻
教研室主任张红燕院系负责人张林峰日期2007-3-10
注：
本表由主讲教师在开学后第一周内填写好一式三份，第二周分存于任课教师、系（教研室）、教务处（以院、系为单位）
“现代电子系统设计”教案
第一次课
内容：
1）介绍EDA技术的涵义、发展历程和应用领域；
2）介绍EDA技术的主要内容；
3）介绍EDA的工程设计流程；
4）说明本课程的特点与学习方法。
教学目的：
1）通过介绍EDA技术的涵义、发展历程和应用领域，使学生了解本课程的实际应用很大，调动学生学习这门课程的积极性
2）通过介绍EDA技术的主要内容，使学生了解这门课程要学习什么。
在此基础上说明本课程的特点与学习方法。
3）说明各种通信系统的组成，了解它们的优缺点，出现背景。
重点说明数字通信系统的特定和优点。
4）介绍EDA的工程设计流程，说明当前EDA设计的特点，用软件方式设计硬件，用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关开发软件自动完成的，因此类似软件编程，不需太多的低层硬件知识，使学生克服畏难情绪。
教学重点、难点：
1）EDA技术的三个发展阶段以及各阶段的特点；
2）EDA的定义和EDA技术的主要内容；
3）EDA的工程设计流程。
教学方法：
比较、举例、图解。
参考书目与资料：
略
教学过程：
（一）自我介绍，说明课时安排、成绩评定方法、课程定位、教学网站的进入。
（二）讲授新课
课堂教学实施过程共分六步。
1）介绍EDA技术的涵义。
2）说明EDA技术的发展背景，说明EDA技术的三个发展阶段，比较三个阶段的各解决了什么问题，在此基础上理解各阶段的特点。
3）在第二步理解EDA技术进行电子系统设计的特点的基础上引出并详细说明EDA的定义，加深对EDA技术的涵义的理解。
4）在第三步详细说明EDA的定义的基础上，引出EDA技术的4个主要内容：
硬件描述语言：
设计的主要表达手段；大规模可编程逻辑器件：
设计的载体；软件开发工具：
设计的工具；实验开发系统：
下载工具及硬件验证工具。
再分别介绍EDA技术的4个主要内容：
了解常用的硬件描述语言VHDL和Verilog；了解两种常用的大规模可编程逻辑器件FPGA和CPLD以及它们各自的特点；了解主流EDA工具软件；了解本课程使用的西安唐都公司的TD-EAD实验系统
5）说明课程要求：
通过学习这门课程要掌握运用EDA开发工具设计开发电子系统，引出这门课程的特点：
实践性强，说明我们的学习方法：
抓住一个重点：
VHDL的编程；掌握两个工具：
QuartusII和TD-EAD实验系统；运用三种手段：
通过案例分析、应用设计和上机实践，实现理论与实践相结合，边学边用，边用边学。
6）用设计一个简单电子系统为例，引出EDA的工程设计流程。
说明当前EDA技术发展的特点：
用软件方式设计硬件；用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关开发软件自动完成的；设计过程中可用有关软件进行各种仿真；系统可现场编程，在线升级；整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。
现代EDA设计类似软件编程，不需太多的低层硬件知识，使学生克服畏难情绪。
同时这里又回顾复习了使用EDA技术进行电子系统设计的特点。
最后图解说明EDA的工程设计流程。
教学后记：
课程的第一堂课至关重要，一定要让学生对整门课的学习有个系统的了解。
学生需要了解为什么要上这门课，这门课到底要学什么，学了有什么用以及如何学习这门课。
学生要对这门课有整体的了解，掌握这门课的难度，使学生既有学习的动力，又不会产生畏难情绪。
特别是这门课比较难，因此学生容易产生畏难情绪，因此一定要提高他们的学习兴趣、克服他们的畏难情绪。
在第一次课不能讲太快，语速要适中，不要讲太深，特别是不能提太多的专业词汇（提了一定要解释）。
要多用图解，而不是文字说明，这使学生有更直观的印象。
通过课后交流，学生反映这堂课听得很轻松，他们欢迎这些方式。
第二次课
内容：
安装QuartusⅡ，VHDL与QuartusⅡ初体验
教学目的：
1）理解VHDL语言的特点。
2）了解主流EDA工具QuartusⅡ，掌握其安装方法。
3）掌握使用QuartusⅡ进行FPGA设计的基本流程。
教学重点、难点：
使用QuartusⅡ进行FPGA设计的基本流程。
教学方法：
升级会员 