《自然选择对种群基因频率变化的影响》的模拟活动

“自然选择对种群基因频率变化的影响”的模拟活动
“自然选择对种群基因频率变化的影响”是人教版高中生物教材《遗传与进化》模块中的一个探究实验。

自然选择的具体过程怎样?自然选择是如何影响种群基因频率的呢?教材中采用了构建数学模型的方法，步骤如下：
(1)创设数字化情况：1870年，桦尺蠖种群基因频率如下：
SS为10％、Ss为20％、ss为70％、S基因频率为__％。

在树干变黑的环境下，不利浅色桦尺蠖的生存，每年减少10％，黑桦尺蠖每年增加10％。

(2)计算2～10年间，SS、Ss、ss三种基因型个体的相对数量变化。

(3)将计算结果记录到表1。

建构主义学习理论认为：在学习过程中，获得知识的多少取决于学习者根据经验、体验去建构有关知识的能力，而不取决于学习者记忆教师讲授内容的能力。

教材编写人员在教材基础之上设计了一个模拟探究活动，力求让学生在直观的感受和计算中体会生物进化的具体过程，在活动中逐步培养学生分析解决问题与交流、合作的能力，以期提高学生的生物科学素养。

1活动简介
1.1过程简介
在该模拟实验中，用铺有黑纸的讲台代表被煤烟污染的环境，黑、白两种小卡片分别代表深、浅两种桦尺蠖，三名学生分别模仿桦尺蠖的天敌，如：各种鸟类。

教师用计时器控制时间，让3名学生在规定时间内比赛抓取(捕捉)卡片，然后组织学生统计实验前后各种卡片的数量和并计算s、s
的基因频率。

1.2活动器材
①背面写有ss的黑色卡片10张(代表10％的深色桦尺蠖)、背面写有Ss的黑色卡片20张(代表20％的深色桦尺蠖)、背面写有ss的白色纸卡片70张(代表70％的浅色桦尺蠖)；
②计时器一只；③铺有黑纸的讲台。

2活动过程
2.1导入新课
教师首先呈现多幅幻灯片，让学生找出“花丛中的蝴蝶”、“隐藏在丛林里身着迷彩服的战士”以及英国曼彻斯特地区不同时期的桦尺蠖，进而以问激疑：自然选择是生物进
化的原因，那么自然选择是如何推动生物的进化?生物进化的本质又是什么呢?今天我们将通过一个模拟实验来探究这两个问题。

教师请学生自主阅读课本116-117页实验的1、2两段，并观察讲台(铺有黑纸)和卡片，猜一猜这些卡片分别代表什么?
2.2提出问题
教师联系画面及卡片，让学生进入“模拟环境”，进而设问：
在被严重污染的曼彻斯特地区，什么颜色的桦尺蠖最容易被它们的天敌发现进而被捕食呢?
与桦尺蠖体色相关的s、s基因频率会如何变化呢?
这种基因频率变化与自然选择之间有必然的联系吗?
2.3作出假设
教师留出时间让学生充分讨论交流，待意见相对统一后请学生发表各自的看法，师生共同讨论后形成假设(自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变)。

2.4实施探究
2.4.1设计表格，处理数据
教师不断设疑以问题串的形式逐步呈现：
需要在实验前对数据进行处理吗?
怎么处理(算出桌面上这个“桦尺蠖的种群”的基因型频
率和基因频率，如表中“实验前”数据)?
每一次实验结果都要进行记录处理吗?可以以什么方式记录实验结果(设计表格吗)?
如何设计呢(表格如表2所示)?
2.4.2模拟“捕捉”，及时计算
教师选好“天敌”、布置好任务后，宣布“捕捉”开始，同时开始计时，“捕捉”结束后组织学生统计各种基因型的个体数。

然后教师继续设问导学：
刚才三位同学的实验过程模拟的是生物进化中的什么
过程?
经过“自然选择”之后，该模拟种群中相应的基因型频率和基因频率会发生什么变化?哪种桦尺蠖更适应环境呢?请大家通过计算说明(如表2中“第一次实验后”数据)。

如果继续实验，你能预测一下“第二次实验后”的大致数据吗?
2.4.3继续实验，及时释疑
教师重新选择“天敌”、布置任务，以验证上述预测进而得出结论。

但实际教学中学生会有疑问，如：在进行第二次实验前，是不是该对原来的种群适当补充一些新生的个体?因为这期间桦尺蠖还在不断地繁衍后代吗?
教师可以让学生讨论分析：
①确实应该少量补充!
②大致按照怎样的比例添加黑白卡片?
③如果不补充对以后的实验影响大吗?
借此机会可以培养学生发现问题和分析解决问题的能力。

在成功释疑之后再继续实验、获取数据(如表2中“第二次实验后”)。

2.4.4分析数据，得出结论
获得了表2中的两组数据之后，教师因势利导，让学生就s、s基因频率发生改变的趋势，生物进化与基因频率变化之间的关系展开讨论和交流，并让学生汇总后分别汇报。

最后师生共同小结得出结论：
生物的进化与基因频率的变化趋势是一致的，即：生物进化的实质是种群基因频率改变，自然选择决定了生物进化的方向。

2.4.5继续探究，升华情感
经过了两次模拟活动，学生已经进入了“自然选择”的情境，较为直观、深刻地了解了“自然选择”的过程和本质，此时，教师还应该在此基础上布置继续探究的任务，以唤起学生保护环境的社会责任感。

教师可继续以问题导学的方式引导学生思考：如果我们请6名同学同时完成该实验，你认为s、s基因频率的变化与
表中数据会有什么不同吗?
假如英国政府致力于对该地区环境污染的治理，若干年后曼彻斯特地区面貌一新，树干上又长满了浅色的地衣，深、浅两种桦尺蠖的命运又将如何呢?
s、s的基因频率又将如何变化呢?我们国家现在正处在日新月异的大发展之中，你对我国的工业化进程有什么建议吗?
同学们课后可以用这套材料，针对自己感兴趣的问题重新设计表格后进行研究，在下节课谈谈自己的看法。