人教版必修2 隔离与物种的形成 第1课时 教案1Word文档格式.docx
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重点以一种生物(地雀)为例,提供材料供学生分析、讨论,旨在培养学生运用概念分析问题的能力,以及将具体问题抽象化的能力。
在问题讨论后通过引导学生解释和建构模型,来把握物种形成的关键过程,以培养学生将抽象的模型重新具体化的能力。
整个过程通过设问层层深入,启发学生思考。
3.知识的梳理和迁移课程最后通过学生建构概念图的形式梳理知识点,让学生把握知识点之间的内在关联。
让学生主动运用所学知识分析其他生物(普通小麦)物种形成的案例,做到知识迁移,举一反三。
四、教学过程
活动1【导入】物种和隔离的概念
在以前的学习中我们了解到,英国曼彻斯特地区有深浅不同颜色的桦尺蠖。
工业革命前树干上长满浅色的地衣,所以深色的桦尺蠖容易被天敌发现而死亡,它的数量比较少。
而工业革命后树干上浅色地衣被污染物杀死,树干被熏成黑色,深色的桦尺蠖这个时候不容易被天敌发现,所以它的数量就增多了。
那么大家再观察这幅曲线图(投射1950-2000年深浅桦尺蠖数量比例变化的曲线图),到了1950年以后,深色桦尺蠖的数量比例又不断下降了。
我们分析一下发生这样变化的原因是什么呢?
生1:
因为1950年前后,环境得到治理,浅色地衣重新回到森林中,所以深色桦尺蠖容易被天敌发现而数量减少,浅色的桦尺蠖不易被发现,数量逐渐增多。
师:
同学们解释的很好。
那么在这个过程中,桦尺蠖的基因频率变化没有?
生(齐):
变化了!
既然基因频率发生了变化那么桦尺蠖进化了没有呢?
进化了!
而无论桦尺蠖向哪个方向进化,都没有形成新的物种!
那么,什么是物种,物种又是如何形成的呢?
这就是我们这节课要讨论的课题——物种的形成。
活动2【讲授】物种和隔离的概念
这样的一群生物相信大家非常熟悉。
(投射马群的图片)。
那么大家能说说这群马的个体之间有什么样的共同点吗?
生:
体表被毛,有蹄,四肢善于奔跑,尾毛长,颈中线有长鬃毛,外形是一样的。
除此之外就大家对马的了解,还能说出马有什么特点呢?
哺乳动物,食草,胎生)
从大家的分析可以看出,这群马有共同的形态结构和生理功能。
除此之外,马的寿命都是有限的。
那么它们的基因如何才能延续下去呢?
生2:
相互交配和繁殖
很好。
马之间能相互交配生出小马(投射马生育小马的图片),小马长大后也具有生殖能力。
刚才我们对马的特点进行分析的过程中提到了一些词语,那么大家能不能利用这些词语构建一个“物种”的概念呢?
生3:
物种指分布在一定的自然区域内,具有一定的形态结构和生理功能,而且在自然状态下能够相互交配和繁殖,并能够产生可育后代的一群生物个体。
这就是物种的概念。
那么大家根据这个概念判断一下这两个生物是不是同一物种的生物呢(投射马和驴生出骡子的图片)?
生4:
这两种生物是马和驴,尽管马和驴长得很像,而且也能够相互交配和繁殖,但是它们产生的后代骡子是不育的,所以是不同的物种。
很好,这说明了不同物种的生物之间要么根本不能交配,要么像驴和马一样即使交配成功,也不能产生可育的后代,我们把这样的现象称为生殖隔离。
不同种群之间的生物一旦产生生殖隔离,还是不是同一物种呢?
不是。
那么我们根据生殖隔离的概念,再来做一个判断。
东北虎和华南虎生活在我国的不同地理区域,自然条件下很难相遇,但如果偶尔相遇并交配,能够产下可育的虎崽。
大家判断一下东北虎和华南虎是同一个物种吗?
生5:
东北虎和华南虎之间没有产生生殖隔离,它们还是同一个物种。
它们还是同一个物种,不过分属两个不同的亚种。
然而这两个虎亚种分布在不同自然区域,由于高山,河流,沙漠等地理上的障碍,使彼此间无法相遇而不能交配,我们把这种的现象称为地理隔离。
无论是这里的地理隔离还是刚才学到的生殖隔离,它们都有个共同的特点,那就是使得不同种群间的个体,在自然条件下基因不能自由交流了,我们把这种现象统称为“隔离”。
活动3【活动】加拉帕戈斯群岛上十多种地雀的形成过程
那么究竟隔离与物种形成之间有什么内在关系呢?
就让我们追随达尔文的脚步一同来探索物种形成的过程(投影达尔文环球考察的资料)。
在1831-1836年,年仅22岁的达尔文随贝格尔号进行了历时5年的环球考察。
他们从大不列颠出发,沿大西洋南下,绕过南美洲北上到达加拉帕戈斯群岛,而后一路西进,横渡太平洋,穿过大洋洲、印度洋,绕过非洲好望角,沿大西洋北上回到英国。
沿途达尔文采集到了各种生物的标本。
尤其是在加拉帕戈斯群岛上的所见对达尔文进化思想的形成起到了重要作用。
加拉帕戈斯群岛位于南美大陆以西1000公里。
它是如何形成的呢(放映加拉帕戈斯群岛火山喷发的影片)?
火山喷发形成的。
对!
500万年前海底火山喷发的熔岩逐渐形成了加拉帕戈斯群岛。
达尔文在群岛上捕捉到了很多种类的地雀。
我们不禁思索,群岛上的地雀是从哪里来的呢?
板书:
为什么群岛上有地雀?
生6:
群岛上的地雀应该是从南美大陆迁飞而来的。
有些同学认为地雀是在岛上从无到有从低等生物到高等生物逐渐进化而来,你认为合理吗?
不合理,因为群岛形成只有500万年,要逐渐进化出地雀这种高等生物时间太短了。
很好,所以岛上的地雀只可能是由临近的南美大陆迁徙而来的。
那么达尔文在岛上究竟看到了哪些种类的地雀?
它们之间又有哪些差异呢?
大家想不想看一看(投影群岛上各种地雀的图片):
大地雀、中地雀、小地雀——写在名称右侧的是该地雀的拉丁文学名——还有大仙人掌地雀、仙人掌地雀、尖喙地雀、小树雀、中树雀、大树雀、啄木鸟雀、红树林雀、食芽雀、和刺嘴雀。
一共有多少种呢?
有十三种。
(投射不同地雀的采食图片)大家再观察一下,它们除了在外形上有差异之外,还有什么习性有差异呢?
生7:
这些地雀的食性有差异,有的捕食虫子,有的果实,有的吃树芽。
(投射不同地雀栖息环境的图片)那么观察这几幅图片,又表现出了地雀哪方面的差异呢?
生8:
它们栖息环境有差异,有的栖息在红树林里,有的直接在地上筑巢,有的栖息在仙人掌树中。
达尔文把这些不同的地雀带回英国,给当时的鸟类分类学家JohnGould鉴定。
JohnGould却告诉他:
1、这些地雀分属燕雀科的十几个不同的物种
2、它们不同于南美大陆上任何地雀物种
3、南美大陆上没有这么多种类的地雀
这就奇怪了!
我们知道加拉帕戈斯群岛上的地雀是从南美大陆迁徙而来的。
那么它们应该与南美大陆的一样呀?
可是为什么它们不但与大陆的地雀不同,而且种类比南美大陆的多得多呢?
在这里我们先相互讨论一下,试着解释这一个问题:
加拉帕戈斯群岛上的地雀为什么与南美大陆的不同呢?
我们先分组讨论一下这个问题。
加拉帕戈斯群岛上的地雀物种为什么与南美大陆的不同?
生9:
长期的地理隔离最终产生生殖隔离。
生10:
群岛和南美大陆的环境不同,自然选择的方向不同,使地雀向不同方向进化,很长时间之后差异大到形成生殖隔离,就形成了不同物种的地雀。
生11:
迁飞到群岛后形成不同种群,它们的基因频率就不同了。
突变和基因重组产生变异,为进化提供原材料。
大家分析得很不错。
然而这个过程是在很漫长的时间内发生的,如果我们要在短时间感受整个过程,就用模型的方法呈现出来。
(逐步投影表示产生不同物种过程的模型)
这个可以表示在南美大陆上形成的原始的地雀祖先,它们的颜色深浅不同,表示什么意义呢?
生12:
同种地雀之间有差异。
(继续投影)由于大陆上发生了某些特殊事件(可能是火山喷发、行星撞击、食物匮乏、森林大火、天敌肆虐等因素造成,具体是什么原因学生说,存疑:
到底是什么原因造成的呢?
我们在课下可以试着查阅一下那段时间南美大陆的相关地质考古研究再下结论),使一部分地雀迁飞到了加拉帕戈斯群岛,于是就有了加拉帕戈斯群岛和南美大陆上的两个地雀种群1和2。
在自然条件下两个种群的地雀被海域相隔,不能进行基因交流了。
海域起到什么作用呢?
地理隔离。
(继续投影)这样过了若干代,大家观察到这两个种群发生了什么变化呢?
生13:
颜色变化了,说明突变和基因重组使它们发生了变异。
(继续投影)又过了很漫长的时间大家又观察到它们发生了什么变化呢?
生14:
种群1中红色的增多,种群2中蓝色的增多。
因为它们更加适应当地环境。
(提醒)有没有减少的呢?
种群1中,黑色和紫色的消失了,因为它们不适应环境
达尔文把这种适者生存,不适者被淘汰的过程称为什么呢?
自然选择。
而种群1中红色个体增多,种群2中蓝色个体增多又说明了什么问题呢?
由于大陆和群岛的环境不同,自然选择的方向不同,两个种群向不同的方向进化,所以自然选择的作用是决定了生物进化的方向
这个时候如果人为打破它们之间的地理隔离,让它们重新相遇它们还能相互交配繁殖吗?
生15:
两个种群之间还可以交配繁殖,因为从模型中可以看出其中都有黄色的,说明它们之间的差异还没有大到生殖隔离。
那么如果维持它们之间的地理隔离,任其继续发展,大家推测长时间后它们又会发生什么变化呢?
生16:
种群1中红色的越来越多,最终都变红了。
种群2都变蓝了。
这时如果人为打破它们之间的地理隔离,它们还能自由交配吗?
不能了。
我们把这种现象称为什么呢?
生殖隔离。
不同的种群间一旦发生生殖隔离,还是不是同一物种呢?
不是!
这个时候它们就由原来的“种群1”和“种群2”成为了现在的“物种1”和“物种2”。
这也就是“为什么加拉帕戈斯群岛上的地雀为什么与南美大陆不同”的原因。
在这个模型中我们是用圆片的不同颜色表示地雀之间的差异,大家课下可以试着用其他方式表示它们之间的差异(还可以用不同性状等方式表示差异),然后完成学案上的相关内容。
大陆与群岛的地雀物种虽然不同,地雀种类数应该是一样多的啊!
然而事实却是,加拉帕戈斯群岛上有十多种地雀,而南美大陆只有少数几种。
那么是不是因为群岛的面积比大陆大呢(投影群岛与南美大陆图片)?
大家也看到了。
加拉帕戈斯群岛相对于南美大陆而言,弹丸之地。
那么群岛面积如此之小,而地雀种类数却多于大陆,大家认为这两者矛盾吗?
生17:
不矛盾。
因为群岛由海域隔开,分隔成了很多小岛。
各岛上环境差异很大,所以自然选择的方向不同,长期选择最终形成很多不同种类的地雀。
那么除了环境的差异有没有其他因素的影响呢?
你可以思考这样的一个问题:
如果换作总面积和群岛相同的一个大岛会不会产生这么多种类的地雀呢?
不会。
那么这里什么因素还起到了重要作用呢?
地理隔离,造成不同岛屿上的地雀种群无法进行基因交流。
很好,这些海域将小岛隔开,岛上环境是不是像同学们说的那样存在差异呢?
让我们一起去看看。
这是群岛中面积最大的一个主岛Isabela岛,这是岛上的景观;
这是SantaCruz岛,这是岛上的景观;
这是SanCristobal岛。
大家观察岛上的环境是不是有差异啊?
是的。
各岛上的地形、地貌、植被种类和覆盖率都有差异。
那么海域造成的地理隔离和各岛环境的差异究竟如何相互作用产生种类多样的地雀呢?
我们可以再构建一个模型来感受这个过程(逐渐投影群岛上多种地雀的形成过程模型)。
模型中的罗马数字I、II、III、IV表示群岛中的几个主要的大岛。
大写字母A表示在I岛上的地雀物种A,这个过程可以表示地雀A由I岛迁飞到了II岛。
那么接下来会发生哪些变化呢?
大家现在可以通过讨论试着在学案上共同完成这个模型。
待会我们会分成两组。
我们看看哪组同学答得对、分析得好。
好了,南边,北边各派出一名最勇敢的队员做代表。
话筒递给他们。
好,北队队长,注意:
II岛上的A地雀会如何变化?
北队队员们,你们同意吗?
(不改了?
好,我们就写上B,加10分)
南队队长请解释发生这一变化的原因:
(好,南队也加10分)
南队队长注意:
II岛上的B地雀现在迁飞到了III岛和IV岛,你推测它们又会发生什么变化呢?
大家同意吗?
(好,我们就写上C、D,南队加10分)
北队队长请解释,为什么形成了不同的C和D呢?
(好,北队也加10分)
两队请注意,现在III岛上的C地雀迁飞到了II岛和IV岛,请把你推测的结果马上写在教案上交给我。
在II岛上形成了地雀E,IV岛上形成了地雀F。
大家都同意。
那么我们写上E和F。
这时,我们看到,仅仅经过几次迁飞这个群岛上就形成了ABCDEF六种不同的地雀。
那么经过百万年的演化,出现十多种地雀也就可想而知了。
这也就是“加拉帕戈斯群岛上地雀的种类为何如此多”的原因了。
学到这里我们就已成功的解释了三个问题:
1、群岛上的地雀从何而来;
2、为什么与南美大陆的不同;
3、为何种类如此多样。
活动4【练习】物种形成的三个基本环节
形成新的物种一定要经过突变和基因重组、自然选择和生殖隔离等几个环节。
刚才我们看到地雀形成的例子也确实是通过长期的地理隔离最终形成了生殖隔离。
但是地理隔离是不是物种形成所必须的基本环节,形成新的物种是不是一定要经过地理隔离呢?
下面我们来分析一下这个研究实例。
大地雀、中地雀和小地雀是在同一个岛屿上形成的三种不同种类的地雀。
这里存在地理隔离吗?
研究结果说明了什么问题呢?
以上的实例是普林斯顿大学的生物学家格兰特夫妇从1973年开始到现在历时30余年对地雀进行跟踪研究的结果。
他们的研究确实显示,地理隔离并不是物种形成过程中必不可少的基本环节。
所以物种形成的基本环节应该是:
突变和基因重组、自然选择和隔离。
这里的隔离主要是指生殖隔离。
那么这些基本环节各有什么作用呢?
三者综合作用,最后形成了新的物种。
多数的物种形成过程都像地雀那样需要经过漫长的历史年代。
而有的物种的形成只需要短短几代时间。
比如异源六倍体小麦的形成过程。
图中一粒小麦、山羊草和麦草是不同物种的植物,我们用A、B、D分别表示它们的染色体组。
它们都是二倍体。
自然条件下一粒小麦和山羊草如果发生杂交会产生异源二倍体植株,该生物是不育的,不过自然条件下其中的极少数发生染色体数目加倍则会产生出异源四倍体拟二粒小麦,它则是可育的;
拟二粒小麦能和麦草发生杂交,结果产生出的异源三倍体又是不可育的,在自然条件下其中的极少数发生了染色体数目的加倍,就产生了可育的异源六倍体普通小麦。
也就是世界各地普遍种植粮食作物——小麦。
异源六倍体普通小麦的形成只经过了短短几代的杂交和染色体加倍。
它的形成过程符合我们刚才归纳的三个基本环节吗?
参照学案,符合的环节请写出具体表现。
符合物种形成的三个基本环节的。
《回顾全课内容》:
学到这里,我们已经明确了物种和隔离的概念,并运用概念对群岛上地雀的形成过程进行了分析,并在分析中归纳了物种形成的基本环节。
为了检测我们学习的情况大家可以联系这些词语,试着在学案上构建一个概念图。
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