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設計者
教學基本信息
課題
生物進化的原因
學科
生物
學段
初中
年級
七年級
相關領域
生物的多樣性—生命的起源和生物進化
教材
書名：
生物
出版社：北京出版
出版日期：2014年
1.教學背景分析
教材情況分析：本節課是北京版教材第十二章，第二節生物的進化中的內容，第三課時。在《課程標準》中的要求屬于“認同”級別。是幫助學生接受并認同“自然選擇學說”，建構“生物的遺傳變異和環境因素的共同作用，導致了生物的進化”這一重要概念的重要章節。
2、學生情況分析七年級學生以形象化思維為主，自然選擇學說具有抽象性和復雜性，對于七年級學生來說，接受起來比較困難。學生對生物進化的觀點有所了解。另外，他們對大自然中弱肉強食的現象也有一定的認識，但不能完整的描述達爾文的自然選擇學說的主要內容，對“生物進化的原因”沒有形成科學的概念。教學方法：從自然界有趣的現象入手，通過實際案例分析與虛擬實驗相結合，通過虛擬實驗探究明確自然選擇的主要內容。教學手段：虛擬實驗室模擬實驗
多媒體教學手段輔助
2.教學目標(含重、難點)
知識目標：通過分析并模擬實驗，描述達爾文的自然選擇學說的主要內容。能力目標：通過虛擬實驗模擬保護色的形成過程，通過分析實驗步驟和數據，提高學生的數據分析能力。情感、態度目標：通過對模擬樺尺蛾保護色形成過程的討論、分析，認同生物進化的基本觀點教學重點：自然選擇學說教學難點：自然選擇學說
3.教學過程
教學環節教師活動學生活動設計意圖
一、鱗翅目昆蟲的多樣性引入二、提出問題三、熟悉虛擬實驗界面，嘗試自己完成實驗四、分析模擬實驗，分析實驗結果，得出實驗結論分析數據與實際故事相結合印證模擬實驗的真實性應用，用知識解釋現象擴展，不局限于自然選擇學說提問：同學們見過蝶或者蛾嗎？都見過什么樣的？老師這里有一些（出示圖片），請大家看看，它們最明顯的差異是什么？最明顯的是，它們的體色多種多樣。它們都屬于鱗翅目昆蟲，而且只是其中的一小部分。鱗翅目昆蟲是多種多樣的，全世界已知約20萬種，中國已知約8000余種。其中蛾類6000種，蝶類2000種。分布范圍極廣。有什么感覺？設問：鱗翅目昆蟲種類如此之多，而且分布在世界各地，這種多樣性和分布格局是怎樣形成的呢？有人說生物是上帝創造的，創造出來就這樣，對嗎？設問：那生物進化的原因是什么呢？鱗翅目昆蟲體色多種多樣，如果我們知道了一種蛾子的不同體色是如何演變的，我們就能更好的理解地球上這豐富的生物多樣性是怎樣形成的了。今天就讓我們一起來學習生物進化的原因板書：生物進化的原因大家看，這是一種蛾子，在自然界中它存在多種體色的個體，在英國各地分布著多種這樣的蛾子，分布情況如圖，每一個餅圖表示當地淺灰色蛾與黑色蛾數量的比例關系。從整張圖來看，你發現它們的分布什么特點？
不同地區分布的蛾子的優勢群體體色也不同，設問：這可能是由于什么的不同引起的？是不是環境的差異導致了這種結果？要想了解蛾子體色在不同環境中的演變過程，我們需要到當地去一代一代的追蹤調查，但是今天我們不能到現場，所以我們借助虛擬實驗室把這個過程濃縮到一個探究實驗中來。首先，我們通過虛擬實驗室模擬這種蛾子的生存環境。在樹干上有三種不同體色的蛾子，用來模擬自然界中不同體色的蛾子，左上角實時顯示它們的數量。樺尺蛾棲息在樹干上，不同地區的蛾子生存環境的差異用不同顏色的樹干表示。淺色樹干模擬淺色生存環境，深色樹干模擬深色生存環境。選擇一種顏色的樹干。我們來模擬捕食者—小鳥，點擊捕食，開始計時，用鼠標點擊樹干上的蛾子，模擬捕食過程。注意，在自然界中是存在激烈競爭的，小鳥在捕食時也要躲避天敵，所以小鳥在捕食時，是仔細看看，精挑細選呢還是從遠處鎖定目標，迅速捕食呢？一會兒捕食的時候動作要迅速。捕食過程限時8秒，時間到停止捕食，點擊增殖按鈕進行增殖。不增殖可能會出現什么情況？重復捕食-增殖的過程，共進行三次增殖四次捕食過程，完成實驗部分。完成一種樹皮顏色的模擬實驗后，將左上角的數據，抄寫到學案上，舉手示意，老師來收。再進行另一種樹皮顏色的模擬實驗。兩中環境完成后，記錄下兩次的數據。同學們來預測一下，你覺的在淺色樹上哪種體色的蛾子能生存下來？是這樣嗎？下面就讓我們一起來親自體驗這個過程：左側幾組扮演深色樹區域的捕食者，右側幾組扮演淺色樹區域的捕食者。學生登陸系統點擊開始實驗學生進行模擬實驗，統計數據。以棲息在淺色樹上的蛾子為例：提問：在捕食的過程中哪種蛾子最容易被發現？通過篩選你發現哪種蛾子剩余最多？如果長期這樣下去會怎樣？請按照你的實驗結果說一說其他同學趨勢與她一致嗎？讓我們一起來分析多組同學的數據統計結果：在最開始，有三種不同體色的蛾子，三種蛾子的數量是一致的。同一種蛾子，卻有多種不同的體色，這種現象叫什么？
也就是說，蛾子通過變異產生了多種類型的個體。變異是在什么過程中發生的？
有繁殖就會有遺傳。某種體色的蛾子在繁殖的過程中，通過遺傳和變異產生了多種變異類型個體，如白色，黃色，褐色。在統計表中，曲線有下降，有上升，下降的部分體現的是什么過程？上升的部分呢？增殖過程，有什么規律？在模擬實驗中只有一個捕食者，蛾子增值時數量翻倍才能不被捕食完，但是在實際的自然界中，有許多捕食者存在，蛾子也沒有被捕食完，這是為什么呢？(說明他們的繁殖有什么特點？)我們來看一組數據：蛾子的種類、生存環境不同生殖能力也有差異，我們選取一種為例出示數據：在沒有任何壓力的情況下，一只蛾子一生只產1次卵，每次產卵100~200粒，2代是10000~40000只蛾子，三代是1×106
~8×106只。四代是1×108
~1.6×109只五代就會過億。在自然界中，生物普遍存在產生大量后代的能力和傾向，這就是過度繁殖。但是在我們周圍，蛾子的數量并沒有逐年劇增，而是保持在相對穩定的范圍內，這又是為什么呢？這么多的蛾子要生存和繁殖，除了面臨捕食者，還面臨什么問題呢？在面對食物短缺的時候它們會出現什么行為呢？面對空間不足、競爭配偶、捕食者等這些生存問題時，它們還會出現哪些的行為？這些行為都是為了確保個體生存和種族繁衍而進行的斗爭，叫做生存斗爭。有斗爭就會有優勝略汰，在激烈的生存斗爭過程中，什么樣的個體能夠存活下來呢？讓我們回到模擬實驗中來。設問：在模擬實驗中面對捕食者，哪種蛾子能夠幸存下來呢？請同學們觀察，這是淺色樹上蛾子數量的變化趨勢，誰能試著描述一下實驗結果？我們先看第一代的數據和曲線,曲線下降表示捕食，為什么出現了分離？其他顏色的呢？為什么會出現這種情況？在這個過程中，白色蛾子與環境顏色一致也就是適應環境而獲得了更多生存下來的機會；褐色蛾子黃色蛾子由于體色與環境顏色不一致，不能適應環境，容易被天敵發現，則被淘汰，這個過程就是自然選擇，其中適應環境個體的變異類型--白色，對于蛾子來說有利于它生存下來，所以屬于有利變異還是有害變異？另外兩種體色對于蛾子的生存是不利的，所以是不利變異。這種有利變異能傳遞給下一代嗎？怎么看出來的？白色蛾子產生的后代是白色的，褐色蛾子產生的后代是褐色的，這就叫做遺傳。通過遺傳可以將有利變異傳遞給后代，讓后代也能更好的適應環境，生存下來。如果一只白色蛾子一次產生100個后代，其中會不會有其他體色的個體？這種現象就是變異。如果出現了變異這些變異類型一定是黃色或褐色嗎？說明變異的方向怎么樣？變異后代可能是其他體色，變異是不定向的。但是如果一只蛾子只產生一個后代，出現變異的機會就很小，變異是普遍存在的，在大量繁殖的條件下，才會出現多種變異類型。那這些新出現的變異個體一定能生存下來嗎？為什么？所以我們看，第二代經歷的過程和第一代是一致的，只不過什么發生了變化？每一代都經過遺傳變異選擇的過程，每一次選擇后，具有有利變異的個體幸存下來的更多，經過逐代積累后才出現了白色蛾子占優勢的結果。在整個過程中，誰決定了白色變異類型是有利變異？環境確定是淺色樹干后，白色變異就成為了有利變異，整個過程就會沿著白色變異生存的方向進行。在模擬實驗中，我們只模擬了四代，就出現了如此明顯的差異，在實際的自然環境中，這個過程可能要經歷很多代，可能是100年，幾萬年甚至幾百萬年，才能呈現出進化的結果。這就是達爾文的自然選擇學說的內容，它解釋了生物進化的原因。剛才，我們用自然選擇學說的內容分析了模擬實驗中白色蛾子從少量逐漸演化成優勢群體的過程，哪位同學嘗試根據自然選擇學說的內容解釋褐色蛾子優勢群體的演化過程？注意學生表述過程中出現的問題：變異的來源，在大量繁殖過程中產生的變異才能是多種多樣的變異是本來就有的，不是環境變化后才開始出現的環境的變化決定了誰是有利變異在生存斗爭中進行選擇有利變異可以通過繁殖遺傳給后代每一代中都要經歷遺傳、變異、選擇的過程，每一次選擇之后具有有利變異的個體獲得更多生存繁殖的機會，逐代積累，出現了新的優勢群體。無論是白色蛾子還是褐色蛾子，最終留下的都是適應環境的類型。所以自然選擇的結果是什么樣的生存下來并發展稱為優勢群體？自然選擇的結果是適者生存。我們來看一看，生物的進化需要哪些因素的共同作用？環境，生物的遺傳和變異共同作用導致了生物的進化。其中，大量繁殖是條件，遺傳和變異是基礎，生存競爭是動力，適者生存是結果。雖然我們做的只是模擬實驗，其實這是一個真實的故事，就發生在19世紀中期到二十世紀中期的英國曼徹色特地區：請同學們閱讀資料1：在19世紀中前的英國，曼徹斯特地區，山清水秀，綠樹成蔭，那里的樹林里生活著一種樺尺蛾，所有的樺尺蛾都是帶有黑斑的灰白色，它們夜間活動，白天棲息在長滿地衣的樹干上，絕妙地模仿了樺樹皮和地衣的材質。樹林里的小鳥以樺尺蛾為食。但隨著工業革命推進，這里變成了工業城市，工廠林立煙霧彌漫，煤煙殺死了地衣，使樹皮裸露，并被熏成黑褐色。樺尺蛾原本的偽裝不再有效，直到1848年，人們首次記錄到純黑色樺尺蛾，于是在接下來的不到1個世紀，這種黑色樺尺蛾就成了優勢群體，重新避開了鳥類的法眼。附數量變化圖表這是從19世紀中期到20世紀中期不同體色樺尺蛾數量的變化趨勢圖，同學們有沒有看出來，它跟我們剛才模擬的哪個過程的變化趨勢一致？這也用事實驗證了自然選擇學說的內容。根據英國工業區與樺尺蛾分布情況圖，你認為這兩種樺尺蛾體色的演變與什么有關？這再次用事實告訴我們，誰決定了進化的方向？一旦環境確定，進化的方向就是確定的，說明選擇是定向的。這也是形態各異的鱗翅目昆蟲具有多樣性的原因。在地球上，除了鱗翅目，包括我們自己在內各種生物都具有多樣性，這些多樣性也是經過自然選擇的過程形成的，下面我們一起來看一看長頸鹿的進化過程。哪位同學能試著用自然選擇學說的內容分析一下，長頸鹿的長脖子是如何進化來的？提示，在古代，長頸鹿的脖子有長有短，它們以樹上的葉子為食，在漫長的時間里長頸鹿的大量繁殖導致食物短缺，逐漸的長頸鹿就成為了優勢群體。我們看無論是鱗翅目昆蟲的體色，還是大型的長頸鹿的長脖子，自然選擇的結果就是讓生物朝著適應環境的方向進化，最后形成一定的適應性。我們知道地球上不同地區環境存在差異，決定了生物類型不同，豐富多樣的環境造就了地球上生物的多樣性。這就是本節課的內容。關于生物進化的原因，人們進行了長期的探索，提出了各種解釋，其中被人們普遍接受的是達爾文的自然選擇學說，對于其他解釋感興趣的同學可以在課后進行查閱學習。見過，坐答顏色種類很多不對，生物是進化來的在不同的地區，分布的蛾子體色有差異，在一些地區淺灰色蛾子數量多，在另一些地區黑色蛾子數量多。環境從遠處鎖定目標，迅速捕食被捕食者吃完預測在淺色樹干上生活的蛾子白色個體更容易生存下來褐色的，與樹皮顏色差距最大在淺色樹上，淺色/白色蛾子剩余最多。長期如此，白色蛾子越來越多，成為這個區域的優勢群體。變異繁殖捕食的過程增殖的過程后代數量翻倍它們能夠大量繁殖（產生大量后代）繁殖能力很強有捕食者競爭食物、空間、配偶、攝食食者、受無機環境的影響生老病死等攻擊行為，攝食行為，領域行為，防御行為，繁殖行為等在淺色樹上，開始時三種體色蛾子數量一致，經過第一輪捕食后，蛾子數量都減少，但是淺色蛾子剩余最多，其他顏色蛾子剩余較少。白色蛾子與淺色樹皮顏色一致，不容易被天敵發現，就會幸存下來。而其他顏色的蛾子與淺色樹皮顏色不一致，容易被天敵發現，而被吃掉。被淘汰了有利變異能繁殖的過程中，白色樺尺蛾產生的后代都是白。可能會有不一定不確定的不一定，還會經過自然選擇數量樹干的顏色/環境、自然選擇生物都具有大量繁殖的現象，在大量繁殖的過程中經過變異會產生多種類型的個體，當環境發生變化時，如在深色樹皮的環境中，褐色蛾子的體色與樹皮顏色一致，能更好的適應環境，就成為了有利變異類型，在與天敵進行生存斗爭的過程中，具有有利變異的個體能更好的適應環境會獲得更多生存下來的機會，生存下來的個體大都具有有利變異，它們生存下來就獲得了繁殖的機會，在繁殖的過程中把這種有利變異遺傳給后代，讓后代也能更好的適應環境，經過多次遺傳、變異、選擇的過程，逐代積累，具有有利變異的個體越來越多，逐漸成為群體中的優勢群體。環境
生物的遺傳和變異閱讀資料，分析數據適應環境的與深色樹干中褐色蛾子的數量變化趨勢一致。這與工業區及環境的變化有關系。環境在古代，長頸鹿經過大量繁殖，在群體中存在多種變異類型，有的長頸鹿頸長，有的長頸鹿頸短，這種變異類型是可以遺傳的。當環境發生變化時，食物缺乏的情況下，長頸鹿要從樹上取食樹葉，這時長頸成為了能夠適應環境的有利變異類型，在生存斗爭的過程中，長頸鹿就能夠取食樹上更高處的樹葉，從而存活下來，并通過繁殖將這種有利變異遺傳給后代，而短頸個體則因取食不夠而被淘汰，留下的后代也更少，經過許多代的選擇后，頸短的就被淘汰，頸長的越來越多。就是自然選擇了長頸鹿，淘汰了短頸的。激起學生對生物多樣性的好奇，及對進化原因渴求
了解了一種蛾子體色的演化過程，就能了解整個生物多樣性中各種特征是如何進化而來的用現實問題引入虛擬實驗簡單介紹操作界面
用虛擬實驗模擬樺尺蛾體色逐漸演變的過程帶領學生分析數據得出結論：自然選擇學說的主要內容有：過度繁殖，生存斗爭，遺傳變異，適者生存學生自己分析，老師及時糾正其中的錯誤知識應用，解釋新情景中的進化過程。通過虛擬實驗探究問題，并將虛擬實驗與真實的故事相結合，實現虛實結合。應用，用知識解釋現象總結提升，自然選擇解釋了生物的進化原因，進化的結果是使生物獲得了適應性并形成了生物多樣性擴展
4.板書
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