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1、教学设计个人信息 姓名单位联系方式设计者教学基本信息课题生物进化的原因学科生物学段初中年级七年级相关领域生物的多样性生命的起源和生物进化教材书名： 生物 出版社：北京出版 出版日期：2014年1.教学背景分析1、 教材情况分析：本节课是北京版教材第十二章，第二节生物的进化中的内容，第三课时。在课程标准中的要求属于“认同”级别。是帮助学生接受并认同“自然选择学说”，建构“生物的遗传变异和环境因素的共同作用，导致了生物的进化”这一重要概念的重要章节。 2、学生情况分析七年级学生以形象化思维为主，自然选择学说具有抽象性和复杂性，对于七年级学生来说，接受起来比较困难。学生对生物进化的观点有所了解。另外
2、，他们对大自然中弱肉强食的现象也有一定的认识，但不能完整的描述达尔文的自然选择学说的主要内容，对“生物进化的原因”没有形成科学的概念。教学方法：从自然界有趣的现象入手，通过实际案例分析与虚拟实验相结合，通过虚拟实验探究明确自然选择的主要内容。教学手段：虚拟实验室模拟实验 多媒体教学手段辅助 2.教学目标(含重、难点)知识目标：通过分析并模拟实验，描述达尔文的自然选择学说的主要内容。能力目标：通过虚拟实验模拟保护色的形成过程，通过分析实验步骤和数据，提高学生的数据分析能力。情感、态度目标：通过对模拟桦尺蛾保护色形成过程的讨论、分析，认同生物进化的基本观点教学重点：自然选择学说教学难点：自然选择学
3、说3.教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图 一、鳞翅目昆虫的多样性引入二、提出问题三、熟悉虚拟实验界面，尝试自己完成实验四、分析模拟实验，分析实验结果，得出实验结论分析数据与实际故事相结合印证模拟实验的真实性应用，用知识解释现象扩展，不局限于自然选择学说提问：同学们见过蝶或者蛾吗？都见过什么样的？老师这里有一些（出示图片），请大家看看，它们最明显的差异是什么？最明显的是，它们的体色多种多样。它们都属于鳞翅目昆虫，而且只是其中的一小部分。鳞翅目昆虫是多种多样的，全世界已知约20万种，中国已知约8000余种。其中蛾类6000种，蝶类2000种。分布范围极广。有什么感觉？设问：鳞翅目昆虫种类如此
4、之多，而且分布在世界各地，这种多样性和分布格局是怎样形成的呢？有人说生物是上帝创造的，创造出来就这样，对吗？设问：那生物进化的原因是什么呢？鳞翅目昆虫体色多种多样，如果我们知道了一种蛾子的不同体色是如何演变的，我们就能更好的理解地球上这丰富的生物多样性是怎样形成的了。今天就让我们一起来学习生物进化的原因板书：生物进化的原因大家看，这是一种蛾子，在自然界中它存在多种体色的个体，在英国各地分布着多种这样的蛾子，分布情况如图，每一个饼图表示当地浅灰色蛾与黑色蛾数量的比例关系。从整张图来看，你发现它们的分布什么特点？ 不同地区分布的蛾子的优势群体体色也不同，设问：这可能是由于什么的不同引起的？是不是环
5、境的差异导致了这种结果？要想了解蛾子体色在不同环境中的演变过程，我们需要到当地去一代一代的追踪调查，但是今天我们不能到现场，所以我们借助虚拟实验室把这个过程浓缩到一个探究实验中来。首先，我们通过虚拟实验室模拟这种蛾子的生存环境。1. 在树干上有三种不同体色的蛾子，用来模拟自然界中不同体色的蛾子，左上角实时显示它们的数量。2. 桦尺蛾栖息在树干上，不同地区的蛾子生存环境的差异用不同颜色的树干表示。浅色树干模拟浅色生存环境，深色树干模拟深色生存环境。选择一种颜色的树干。3. 我们来模拟捕食者小鸟，点击捕食，开始计时，用鼠标点击树干上的蛾子，模拟捕食过程。注意，在自然界中是存在激烈竞争的，小鸟在捕食
6、时也要躲避天敌，所以小鸟在捕食时，是仔细看看，精挑细选呢还是从远处锁定目标，迅速捕食呢？一会儿捕食的时候动作要迅速。捕食过程限时8秒，时间到停止捕食，点击增殖按钮进行增殖。不增殖可能会出现什么情况？4. 重复捕食-增殖的过程，共进行三次增殖四次捕食过程，完成实验部分。完成一种树皮颜色的模拟实验后，将左上角的数据，抄写到学案上，举手示意，老师来收。再进行另一种树皮颜色的模拟实验。两中环境完成后，记录下两次的数据。5. 同学们来预测一下，你觉的在浅色树上哪种体色的蛾子能生存下来？是这样吗？6. 下面就让我们一起来亲自体验这个过程：左侧几组扮演深色树区域的捕食者，右侧几组扮演浅色树区域的捕食者。学生
7、登陆系统点击开始实验学生进行模拟实验，统计数据。以栖息在浅色树上的蛾子为例：提问：在捕食的过程中哪种蛾子最容易被发现？通过筛选你发现哪种蛾子剩余最多？如果长期这样下去会怎样？请按照你的实验结果说一说其他同学趋势与她一致吗？让我们一起来分析多组同学的数据统计结果：在最开始，有三种不同体色的蛾子，三种蛾子的数量是一致的。同一种蛾子，却有多种不同的体色，这种现象叫什么？ 也就是说，蛾子通过变异产生了多种类型的个体。变异是在什么过程中发生的？ 有繁殖就会有遗传。某种体色的蛾子在繁殖的过程中，通过遗传和变异产生了多种变异类型个体，如白色，黄色，褐色。在统计表中，曲线有下降，有上升，下降的部分体现的是什么
8、过程？上升的部分呢？增殖过程，有什么规律？在模拟实验中只有一个捕食者，蛾子增值时数量翻倍才能不被捕食完，但是在实际的自然界中，有许多捕食者存在，蛾子也没有被捕食完，这是为什么呢？(说明他们的繁殖有什么特点？)我们来看一组数据：蛾子的种类、生存环境不同生殖能力也有差异，我们选取一种为例出示数据：在没有任何压力的情况下，一只蛾子一生只产1次卵，每次产卵100200粒，2代是1000040000只蛾子，三代是1106 8106只。四代是1108 1.6109只五代就会过亿。在自然界中，生物普遍存在产生大量后代的能力和倾向，这就是过度繁殖。但是在我们周围，蛾子的数量并没有逐年剧增，而是保持在相对稳定的
9、范围内，这又是为什么呢？这么多的蛾子要生存和繁殖，除了面临捕食者，还面临什么问题呢？在面对食物短缺的时候它们会出现什么行为呢？面对空间不足、竞争配偶、捕食者等这些生存问题时，它们还会出现哪些的行为？这些行为都是为了确保个体生存和种族繁衍而进行的斗争，叫做生存斗争。有斗争就会有优胜略汰，在激烈的生存斗争过程中，什么样的个体能够存活下来呢？让我们回到模拟实验中来。设问：在模拟实验中面对捕食者，哪种蛾子能够幸存下来呢？请同学们观察，这是浅色树上蛾子数量的变化趋势，谁能试着描述一下实验结果？我们先看第一代的数据和曲线,曲线下降表示捕食，为什么出现了分离？其他颜色的呢？为什么会出现这种情况？在这个过程中
10、，白色蛾子与环境颜色一致也就是适应环境而获得了更多生存下来的机会；褐色蛾子黄色蛾子由于体色与环境颜色不一致，不能适应环境，容易被天敌发现，则被淘汰，这个过程就是自然选择，其中适应环境个体的变异类型-白色，对于蛾子来说有利于它生存下来，所以属于有利变异还是有害变异？另外两种体色对于蛾子的生存是不利的，所以是不利变异。这种有利变异能传递给下一代吗？怎么看出来的？白色蛾子产生的后代是白色的，褐色蛾子产生的后代是褐色的，这就叫做遗传。通过遗传可以将有利变异传递给后代，让后代也能更好的适应环境，生存下来。如果一只白色蛾子一次产生100个后代，其中会不会有其他体色的个体？这种现象就是变异。如果出现了变异这
11、些变异类型一定是黄色或褐色吗？说明变异的方向怎么样？变异后代可能是其他体色，变异是不定向的。但是如果一只蛾子只产生一个后代，出现变异的机会就很小，变异是普遍存在的，在大量繁殖的条件下，才会出现多种变异类型。那这些新出现的变异个体一定能生存下来吗？为什么？所以我们看，第二代经历的过程和第一代是一致的，只不过什么发生了变化？每一代都经过遗传变异选择的过程，每一次选择后，具有有利变异的个体幸存下来的更多，经过逐代积累后才出现了白色蛾子占优势的结果。在整个过程中，谁决定了白色变异类型是有利变异？环境确定是浅色树干后，白色变异就成为了有利变异，整个过程就会沿着白色变异生存的方向进行。在模拟实验中，我们只
12、模拟了四代，就出现了如此明显的差异，在实际的自然环境中，这个过程可能要经历很多代，可能是100年，几万年甚至几百万年，才能呈现出进化的结果。这就是达尔文的自然选择学说的内容，它解释了生物进化的原因。刚才，我们用自然选择学说的内容分析了模拟实验中白色蛾子从少量逐渐演化成优势群体的过程，哪位同学尝试根据自然选择学说的内容解释褐色蛾子优势群体的演化过程？注意学生表述过程中出现的问题：变异的来源，在大量繁殖过程中产生的变异才能是多种多样的变异是本来就有的，不是环境变化后才开始出现的环境的变化决定了谁是有利变异在生存斗争中进行选择有利变异可以通过繁殖遗传给后代每一代中都要经历遗传、变异、选择的过程，每一
13、次选择之后具有有利变异的个体获得更多生存繁殖的机会，逐代积累，出现了新的优势群体。无论是白色蛾子还是褐色蛾子，最终留下的都是适应环境的类型。所以自然选择的结果是什么样的生存下来并发展称为优势群体？自然选择的结果是适者生存。我们来看一看，生物的进化需要哪些因素的共同作用？环境，生物的遗传和变异共同作用导致了生物的进化。其中，大量繁殖是条件，遗传和变异是基础，生存竞争是动力，适者生存是结果。虽然我们做的只是模拟实验，其实这是一个真实的故事，就发生在19世纪中期到二十世纪中期的英国曼彻色特地区：请同学们阅读资料1：在19世纪中前的英国，曼彻斯特地区，山清水秀，绿树成荫，那里的树林里生活着一种桦尺蛾，所有的桦尺蛾都是带有黑斑的灰白色，它们夜间活动，白天栖息在长满地衣的树干上，绝妙地模仿了桦树皮和地衣的材质。树林里的小鸟以桦尺蛾为食。但随着工业革命推进，这里变成了工业城市，工厂林立烟雾弥漫，煤烟杀死了地衣，使树皮裸露，并被熏成黑褐色。桦尺蛾原本的伪装不再有效，直到1848年，人们首次记录到纯黑色桦尺蛾，于是在接下来的不到1个世纪，这种黑色桦尺蛾就成了优势群体，重新避开了鸟类的法眼。附数量变化图表这是从19世纪中期到20世纪中期不同体色桦尺蛾数量的变化趋势图，同学们有没有看出来，它跟我们
