資源簡介

教 案
教學基本信息
課題
生物進化的原因
學科
生物
學段： 八年級 下冊
年級
八年級
教材
書名： 生物學 出版社：人民教育出版社
教學目標及教學重點、難點
教學目標：
1.模擬保護色的形成過程，分析生物進化的原因。
2.概述自然選擇學說的主要內容，認同生物進化的基本觀點。
教學重點：
概述自然選擇學說的主要內容。
教學難點：
模擬保護色的形成過程。
教學過程(表格描述)
教學環節
主要教學活動
設置意圖
導入
示影片《侏羅紀世界》、《冰河世紀》插圖，設問：恐龍、劍齒虎、猛犸象，這些動物現在只能在電影中看到，為什么這些曾在地球上稱霸一時的動物們現在銷聲匿跡了呢？在生物進化的漫長歷史中，有些生物種類絕滅了，而新的生物種類又不斷產生？那么，推動生物進化的原因是什么呢？我們今天就來學習《生物進化的原因》
通過學生喜愛的影片激發學生的興趣與探索欲望
1.探索樺尺蛾的體色變化之謎
現象：示1850-1950年間英國曼徹斯特地區樺尺蛾工業黑化的圖文資料
問題：樺尺蛾體色變化的原因是什么？
引導學生猜測，作出假設。
示科學家的假設1：樺尺蛾的黑化是在污染物的刺激下產生的。
引導學生使用“現象-假設-證據-驗證”的方法進行科學研究。
示科學家用以驗證假設1的實驗：“煤渣喂養”實驗、“有毒氣體處理”實驗。基于多個實驗證據，這一假設最終被證明是錯誤的。
引導學生再一次觀察與比較這兩張照片，發現在被煤煙熏黑的樹干上，深色樺尺蛾更不容易被發現。
示科學家（塔特）的假設2： “黑化”是隨機產生的變異類型，由于鳥類不容易發現和捕食停在被煤煙熏黑的樹干上的黑蛾，因此黑蛾數量逐漸增加。
分別介紹用以驗證假設2的凱特威爾蛾的樺尺蛾標記重捕實驗與麥克·馬杰魯斯的自然觀察結果。凱特威爾的實驗結果說明與環境顏色相似的蛾的生存機會更高，不過凱特威爾的實驗并沒有直接觀察到鳥類在野外有選擇性地捕食深黑色蛾或灰白色蛾，而是間接的推論。麥克·馬杰魯斯觀察記錄的結果則直接顯示鳥類有選擇的捕食是2002-2007年劍橋的深色蛾比例下降的一個主要因素。
問題解決：通過諸多科學家們的實驗與觀察，塔特的假設得到了驗證，與環境顏色相似的樺尺蛾確實更具有生存優勢。
引出保護色的定義——像樺尺蛾進化出的這種與周圍環境相似的體色叫做“保護色”。引導學生使用線下、線上模擬實驗模擬動物保護色的形成。
播放線上虛擬實驗室中的模擬實驗視頻
引導學生思考實驗過程中的細節與實驗結果：
（1）一種青蛙有不同的體色，在生物學中被稱為什么現象？
（2）淺綠色蛙的后代還是淺綠色，深綠色蛙的后代還是深綠色，這是什么現象？
（3）兩種體色蛙的幸存者數量有什么變化規律？這與環境有什么關系？
通過對模擬實驗過程與結果的分析，小結動物保護色的形成（生物進化）過程：
遺傳與變異是生物進化的基礎與前提，自然環境對有利變異進行選擇，動物保護色的形成是經過一代又一代自然環境選擇的結果。
第一部分總結：通過眾多科學家的努力以及我們的模擬實驗，通過“觀察-假設-驗證”的研究方法，樺尺蛾的保護色形成之謎終于得到了合理的解釋。
采用樺尺蛾的體色變化之謎揭開過程這一科學史學習，將生物進化原因的研究具體化、直觀化，并以“現象-假設-證據-驗證”為主線組織素材，凸顯科學方法的培養。并在科學史教學中讓學生體會科學研究不是一帆風順的，尋找答案的過程往往很曲折，需要堅持不懈的科學精神做支撐。
引入線上、線下的模擬實驗，采用游戲化的教學方式，讓學生進行體驗式的學習，加深對自然選擇過程的理解。
2.達爾文和他的進化思想
過渡：現在被人們普遍接受的進化理論是達爾文在1859年提出的自然選擇學說，而對1850到1950年間曼徹斯特地區樺尺蛾工業黑化原因的解釋正符合達爾文的自然選擇學說。
引導學生進入第二部分的學習：達爾文和他的進化思想
介紹達爾文的生平，尤其是貝格爾號上長達五年的環球考察過程中的所見所聞對達爾文思想的改變。
事實1：在南美洲，達爾文發現了古犰狳的化石，它們與現代生活著的犰狳十分相似，但又有所不同。
觀點1：這是否說明現代的動物是由古代的動物進化而來的呢？
事實2：加拉帕戈斯群島上棲息著13種地雀，這些小鳥的共同祖先是從南美洲遷來的，但不同島上的地雀各有其特點，其喙形和大小都與它們所吃的食物相適應。
觀點2：物種可能是在不斷朝著適應環境的方向變化著的。
事實3：人們飼養的動物和栽培的植物，都是從野生原種經過代代的精心選擇和培育形成的。達爾文自己曾選擇一些尾羽豐滿的鴿子，通過雜交選育出尾羽呈巨大扇形的鴿子。
觀點3：從人工選擇的過程及結果中得到啟發，達爾文深信，自然界中也一定存在著與人工選擇相似的過程，即自然選擇。
來自其他理論的啟示：馬爾薩斯的《人口論》中“為生存而斗爭”的觀點讓達爾文想到自然界的生存斗爭。
綜合整理觀點，形成理論：經過大量的觀察和研究，達爾文提出了自然選擇學說，并于1859年發表了《物種起源》這部巨著，提出了以自然選擇學說為核心的生物進化理論。
達爾文的自然選擇學說的主要內容：
過度繁殖。在自然界，生物普遍具有很強的繁殖能力，都具有過度繁殖的傾向，理想條件下能夠產生大量的后代。
這種強大的繁殖能力顯然超過了環境的承載力，任何生物要生存下去，就必然要為獲取足夠的食物和空間而進行生存斗爭。
遺傳與變異。生物群體中普遍存在著相當大的變異性，其中有些變異是可以遺傳給后代的。
適者生存。只有那些具有有利變異的個體，在生存斗爭中才容易生存下來，并將這些變異遺傳給下一代，而具有不利變異的個體則容易被淘汰。
（示概念圖）有利變異通過逐代積累，具有這些有利變異的個體越來越多，形成具有新的適應特征的生物新類型，因此生物發生進化。概括的說，自然界中的生物，通過激烈的生存斗爭，適應者生存，不適應者被淘汰，這就是自然選擇。
介紹達爾文的生平與自然選擇學說提出的過程。凸顯“事實”、“觀點”之間的區別于聯系，強調科學研究要事實求是，從客觀事實出發，通過推理形成觀點。
暗示學生應博聞強記、廣泛涉獵，因為不同學科、領域往往有共通的思想，可以互相啟示。
通過圖片實例闡釋自然選擇學說的內涵。
通過概念圖梳理自然選擇學說各內涵之間的關聯。
3.根據“自然選擇學說”解釋有關實例
實例1：長頸鹿的長頸是怎么形成的？
古代的長頸鹿群體中，有頸長一些的和頸短一些的，頸的長短這種變異是可以遺傳的。在環境條件發生變化，缺乏青草的時候，長頸鹿之間就會發生激烈的生存斗爭，其中，頸長的可以吃到高處的樹葉，就容易生存下來，并且繁殖后代。頸短的長頸鹿吃不到足夠的樹葉，活下來的可能性就很小，留下來的后代也更少。經過許多代以后，長頸鹿中頸短的就被淘汰，頸長的特征則越來越顯著。因此，我們現在看到的長頸鹿都是頸長的。
實例2：某種昆蟲為什么變成了無翅或殘翅？
資料分析：
（1）在某個刮大風的島上，有許多無翅或殘翅的昆蟲。
（2）1950年之后，英國政府大力治理環境污染，英國空氣質量大幅度提升，淺色蛾再次成為該地區的常見類型.
小結：變異隨機發生，沒有方向，只是給自然選擇提供了豐富的原材料，變異是有利還是有害取決于這種變異是否適應環境，環境的定向選擇決定了進化的方向。
實例3：獵豹與羚羊為什么都跑得這么快？
可見環境對生物的進化有非常關鍵的影響。通過之前的學習，我們知道環境對生物的影響包括非生物因素與生物因素，那么，生物與生物之間的相互影響也會推動生物的進化嗎？
示獵豹與羚羊的奔跑速度，引導學生分析這兩種動物為什么都跑得這么快。
在捕食與反捕食中，這兩種生物的進化過程宛如一場漫長的“軍備競賽”。
小結：生物之間的相互選擇也是自然選擇的一種形式。
實例4：子非魚，為何類魚？
示魚龍、座頭鯨、鯊魚照片。
設問：魚龍、座頭鯨不是魚，但長得特別像魚，它們為什么都會進化成魚的樣子呢？
示杯龍、食蟲類的進化圖譜。
設問1：為什么爬行類、哺乳類的先祖都往不同方向進化出了形態結構及生活方式差異很大的后代呢？——這是由于他們的后代生活環境發生了差異，因此接受了不同方向的選擇壓力，進而向多個方向進化出了形態結構及生活方式差異很大的物種。
設問2：親緣關系很遠的兩種生物為什么有很多相似特征？——這是因為棲息于同一類型的環境之中的生物，由于具有相似的生活方式，接受著相似的自然選擇壓力，整體或部分形態結構就會向著同一方向改變。
小結：生物進化的結果是生物的多樣性與適應性。
實例5：抗生素的耐藥性是怎樣形成的？
示細菌耐藥性形成的模式圖，細菌耐藥性的形成也是長期環境選擇的結果，而這種富含抗生素的環境正是人類不合理使用抗生素的結果。
引導學生合理使用抗生素：抗生素的選擇要有針對性，且要足量、按時使用抗生素，用法也要正確。
教師：不光是超級細菌的產生，人類的很多活動會影響到包括人類自身在內的很多生物的進化方向，再如我們之前提到的工業污染導致樺尺蛾黑化的例子，其實有文獻報道顯示，當時英國很多生物都出現了不同程度黑化的現象；近年來，由于棲息地的破壞，許多種群數量稀少的生物還未來得及產生新的適應性特征，就已經滅絕。
在進化論研究的歷史上，長頸鹿長頸的形成曾經是人們爭論的焦點。本實例通過提示，引導學生根據自然選擇學說的內容，一步一步分析長頸鹿長頸的形成原因。
本實例旨在引導學生思考變異是有利還是有害是否是絕對的？并通過進一步補充樺尺蛾后來白化的實例，讓學生理解自然選擇學說中的難點：變異隨機發生，沒有方向，只是給自然選擇提供了豐富的原材料，而環境的定向選擇才決定了進化的方向。
實例3是對生存斗爭內涵的進一步補充：生存斗爭既包含生物與無機環境之間的斗爭，也包括生物與生物之間的斗爭，生物之間的相互選擇也是自然選擇的一種形式。
實例4包含趨異進化、趨同進化的實例，強調環境決定進化的方向，引導學生發現生物的適應性與多樣性是長期自然選擇、生物不斷進化的結果。
實例5試圖喚起學生對人類在生物進化過程中所起作用的反思，同時補充一例生物進化中無性繁殖生物的代表。同時，細菌的耐藥性是日益嚴峻的真實社會問題，此處引導學生在理解細菌耐藥性形成原理的基礎上，在生活中真正踐行“合理使用抗生素”。
總結與提升
總結：生物的遺傳和變異是生物進化的內在因素：其中，變異隨機發生，沒有方向；環境是生物進化的外在因素，環境的定向選擇決定了生物進化的方向。生物圈中生物的多樣性與適應性其實都是長期自然選擇、生物不斷進化的結果。
提升：人類要獲得持久的發展，就一定要保護好自然環境，保護包括人類在內的所有生物賴以生存的家園，避免瀕危物種陸續滅絕、感染性疾病重新威脅人類等悲劇的發生。希望同學們能夠用自己所學，主動向家人、親戚、朋友宣傳合理使用抗生素、保護環境等相關知識，擔負起一份社會責任。
對本節學習內容進行總結，并引導學生運用自己所學知識，主動宣傳合理使用抗生素、保護環境等相關知識，培養學生的社會責任意識。

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