高中生物《生物科學的學習過程》的教案

時間：2021-06-10 15:17:26 教案我要投稿

高中生物《生物科學的學習過程》的教案

　　一、感悟課標新理念

高中生物《生物科學的學習過程》的教案

　　課標學習目標

　　課標重點

　　1．通過對進化理論不斷完善的發展歷程的了解來建構科學研究的基本過程。

　　2．概述科學思維的基本過程。

　　課標難點

　　通過對進化理論不斷完善的發展歷程的了解來建構科學研究的基本過程。

　　教材脈絡梳理

　　學習背景探索

　　生物進化論形成的歷史背景

　　中世紀的西方，各種學術思想都受宗教束縛，哲學也偏離了古希臘的唯物主義傳統，唯心主義占統治地位，表現在自然觀上就是宗教的“創世說”。“ 創世說”把世界萬物描繪成創世主上帝的特殊創造物。從創世論的基本思想延伸出兩個教條，即自然界中生物對環境適應的“ 目的論”和“ 物種不變論”。恩格斯曾這樣刻畫目的論：“根據這種理論，貓被創造出來是為了吃老鼠，老鼠被創造出來是為了給貓吃，而整個自然界被創造出來是為了證明造物主的智慧”（《自然辯證法》導言）。與古代中國及古希臘哲人的世界萬物從某種混沌狀態中產生的“演變論”的自然觀相反，創世說認為世界是一下子創造出來的，而且一旦被創造出來就永遠不變了，這種思想從中世紀一直到18 世紀都占據著統治地位。

　　從15 世紀后期的文藝復興到!4 世紀是西方近代自然科學產生與發展的時期，自然科學各學科逐漸建立起來，涌現出許多偉大的科學家。但這個時期的自然科學仍然沒有擺脫宗教神學的束縛，自然科學家與神學家的差別只不過是以不同的方式解釋和頌揚創世主（上帝）的智慧。那時的自然科學也是一種神學，即所謂的自然神學，正如邁爾所描寫的：“自然科學既是科學又是神學，神學與科學分不開直到科學與神學離婚之前，實際上不存在真正客觀的、不受約束的自然科學。”

　　自然科學的神學觀一直到19世紀中期才逐漸被科學界拋棄。

　　———根據互聯網資料整理

　　二、研習教材重難點

　　【溫故知新】

　　我們知道，大約400多萬年前地球上還沒有人類。人類的原始祖先———森林古猿，還在莽莽森林中風餐露宿，與獸共舞。幾億年前乃至幾十億年前，地球上的生物又是怎樣的呢？最原始的生命又是怎樣出現的呢？生物的進化問題很久以來就吸引著人們去探求，也不斷有各種各樣的爭論。隨著科學技術的發展，人們對這個問題的認識也越來越深入。

　　研習點#$ 科學家不斷思考———進化理論的創立和完善

　　（一）拉馬克和進化理論

　　（1）理論———用進廢退學說

　　物種不是不變的，更不是上帝創造的；環境條件的改變能引起生物的變異；環境的多樣性是生物多樣性的原因。

　　（2）兩個法則：一個是用進廢退；一個是獲得性遺傳。并認為這兩者既是變異產生的

　　原因，又是適應形成的過程。

　　（3）意義：開辟了進化理論的先河，為科學進化論的發展鋪平了道路。

　　（4）不足：典型的唯心主義觀點，認為生物的本質本身的意志是推動其進化的動力；

　　后天獲得的遺傳可遺傳；缺乏必要的實驗證據。

　　【領悟整合】

　　（1）拉馬克的兩條法則

　　①用進廢退。不超過發育限度的任何動物，其所有使用的器官都得到加強、發展、增

　　大，加強的程度與使用的時間長短呈正比。反之某些不經常使用的器官就削弱、退化，以

　　至喪失機能，甚至完全消失。這就是所謂的“器官使用法則”或“用進廢退法則”。

　　②獲得性遺傳。某種動物在環境長期影響下，甲器官頻繁使用，而乙器官不使用，結

　　果使一部分器官發達，而另一部分器官退化，由此產生的變異如果是能生育的雌、雄雙親

　　所共有，則這個變異能夠通過遺傳而保存。這就是被后人稱為“獲得性遺傳”的法則。

　　（二）達爾文和進化理論

　　（1）理論———自然選擇學說

　　過度繁殖：生物的繁殖能力很強，能產生大量后代（基礎）。

　　生存斗爭：大部分個體被淘汰（動力）。

　　遺傳變異：生物個體既有親本的遺傳性狀，又會出現變異（內因）。

　　適者生存：在生存斗爭中，有利變異的個體適者生存，不利變異的不適者被淘汰（結果）。（2）意義：科學地解釋了生物進化的原因以及生物的多樣性和適應性。

　　（3）不足：對遺傳和變異的本質以及自然選擇如何對可遺傳的變異起作用等問題不能做出科學的解釋。

　　【領悟整合】

　　（1）自然選擇學說知識的拓展

　　①選擇的對象。從表面看自然選擇是對一個個生物個體的選擇，而實際上自然選擇是對個體包含的變異進行的選擇。從現代分子遺傳水平看，自然選擇實質上是對變異所對應的基因的選擇，從而改變種群不同基因的頻率。

　　②選擇的因素。對生物的變異起選擇作用的不是生物自身，而是個體所處的自然環境。環境因素很多，有一種或幾種起主導的選擇作用。如用農藥噴灑害蟲，害蟲大量死亡（無抗藥性），少數害蟲生存且繁殖后代（抗藥性）。農藥是這一變化中主導的選擇因素，它把群體中早已存在的抗藥性個體與不抗藥個體區分開來。如果不噴灑農藥，害蟲無論抗藥與否都能生存。農藥起到了選擇作用，把抗藥性選擇保留下來，并通過繁殖傳給后代，使抗藥性狀在下一代某些個體中得以積累和加強。可見環境對生物變異的選擇是定向的，朝著適應環境的方向進化。

　　③選擇的手段。生存斗爭是選擇的手段。生物的過度繁殖與有限生活條件之間的矛盾，必然引起并加劇生存斗爭。通過生存斗爭，使少數具有適應環境的有利變異的個體生存下來，從而完成一次自然對生物的選擇。生存下來的少數生物個體充分利用現有的豐富的生活條件，迅速生長、發育，并繁殖產生大量的后代，又引起新一輪的生存斗爭，生物又面臨著再一次的選擇。所以說自然選擇是通過生存斗爭實現的。

　　④選擇的結果。自然選擇的結果是適者生存、不適者被大自然淘汰。生物產生不定向變異，由自然選擇決定這些變異的生存或淘汰。自然選擇只選擇與環境相適應的變異類型，淘汰不適應環境的變異個體，即自然選擇是定向的，自然選擇決定著生物進化的方向。

　　（2）以長頸鹿的進化過程為例比較拉馬克和達爾文進化觀點的區別。

　　①拉馬克觀點：長頸鹿的祖先由于生活在缺乏青草的環境里，不得不經常努力地伸長頸和前肢去吃樹上高處的葉子，由于經常使用，頸和前肢逐漸地變得長了一些，而且這些獲得的性狀能夠遺傳給后代。這樣，經過許多代，終于進化成為現在所看到的長頸鹿。

　　②達爾文觀點：

　　（三）木村資生和進化理論

　　（1）提出根據：根據分子生物學的'研究，主要是根據核酸、蛋白質中的核苷酸及氨基

　　酸的置換速率，以及這些置換所造成的核酸及蛋白質分子的改變并不影響生物大分子的

　　功能等事實。

　　（2）理論———中性突變進化理論

　　生物進化的主導因素不是自然選擇，而是中性突變的隨機固定。每種生物信息大分

　　子都有一定的進化速率。

　　（3）意義：揭示了分子水平的進化規律

　　【領悟整合】

　　（1）中性突變

　　中性突變是指這種突變對生物體的生存既沒有好處，也沒有害處，也就是說，對生物的生殖力和生活力，即適合度沒有影響，因而自然選擇對它們不起作用。

　　（2）遺傳漂變是分子進化的基本動力

　　大的種群如果發生了隔離與遷移而形成小種群時，遺傳漂變就可能發生。綜合進化論認為遺傳漂變對生物進化是有作用的，但是比起選擇來，它的作用要小得多。中性學說則認為，中性突變不引起生物表型的改變，對于生物的生殖力和生活力沒有影響，因而自然選擇對中性突變不可能起作用，真正起作用的是隨機的遺傳漂變。遺傳漂變不只限于小種群，任何一個種群都能發生遺傳漂變，遺傳漂變是分子進化的基本動力。換言之，中性學說認為，突變大多在種群中隨機地被固定或消失，而不是通過選擇才被保留或淘汰的。

　　（3）分子進化速率

　　中性學說認為，分子進化速率取決于蛋白質或核酸等大分子中的氨基酸或核苷酸在一定時間內的替換率。生物大分子進化的特點之一是，每一種大分子在不同生物中的進化速度都是一樣的。以血紅蛋白的α鏈為例，鯉、馬和人的α 鏈都是由141個氨基酸所構成，其中鯉和馬有66個氨基酸不同，馬和人有18個氨基酸不同。據此，中性學說指出，分子進化的速率與種群的大小、物種的生殖力和壽命都沒有關系，也不受環境因素的影響，也就是說，分子進化是隨機發生的，而不是選擇的結果。

　　【發散探討】

　　問題一：為什么說日本學者木村資生的“中性學說”揭示了分子水平的進化規律，而且和達爾文的進化理論是相互補充的？

　　解答：達爾文創立“自然選擇”進化理論，隨著分子進化的研究的發展。一些科學家積極思考，認為生物進化是以生物大分子為基礎的，只有從分子水平上研究生物的進化才能觸及生物進化的本質。木村資生認為，分子水平上的進化是由選擇中性或近中性突變基因的隨機固定而實現的。而只有當分子進化導致形態和生理上發生差異后，自然選擇才能發揮作用。這一進化理論揭示了分子水平的進化規律，和達爾文的理論相互補充，更好地揭示了生物進化的本質。

　　問題二：1984 年在云南澄江發現了聞名于世的澄江動物化石群。澄江動物化石群向人們展示了各種各樣的生物在寒武紀呈大爆發地出現，動物的進化要比今天快得多，動物新的構造模式或許能在“一夜間”產生。現在生活在地球上的各個動物門類當時幾乎都已存在，只是處于非常原始的狀態。此現象支持達爾文的自然選擇學說嗎？

　　解答：達爾文認為，物種是通過生存斗爭，經逐代選擇與積累而形成的，需要經過漫長的年代。澄江化石說明，許多新的物種的產生不是微小變異漫長的積累，而是呈大爆發地出現。因此不支持達爾文的自然選擇學說。

　　【教考動向演練】!

　　1.第一位提出進化觀點與神創論和物種不變論相抗衡的是

　　A.達爾文 B.拉馬克 C.孟德爾 D.沃森和克里克

　　2.下列哪項不屬于達爾文的進化觀點

　　A.過度繁殖產生大量個體 B.生活條件有限引起生存斗爭

　　C.適者生存是自然選擇的動力 D.可遺傳的變異使個體之間產生變異

　　3.下列敘述中，符合達爾文自然選擇學說觀點的是

　　A.北極狐因體色與周圍環境相似而生存下來

　　B.長頸鹿因經常伸長脖子吃高處的樹葉，故脖子越來越長

　　C.鳥類因不斷將翅膀展開撲動，故翅膀變得發達且適于空中飛翔

　　D.鼴鼠因掘洞穴居，眼睛經常不使用，故視覺退化

　　4.“中性學說”是從水平上研究生物的進化，該理論認為生物進化的主導因素是，和達爾文的進化理論是的關系。

　　研習點2 像科學家一樣思考———科學思維

　　（一）觀察：人們通過感覺器官感受周圍事物的一種方法

　　（1）分類

　　a.定性觀察：用文字或術語而不是用數字進行描述，包括對顏色、形態、氣味等變量

　　的客觀性描述。

　　b.定量觀察：通過對變量的計數或測量而得到的數值，通常需要使用一

　　些儀器。

　　(2)基本要求

　　a.學會帶著問題進行觀察。

　　b.直接觀察與問題相關的對象。

　　c.既要觀察局部，也要觀察整體；

　　d.既要觀察物體，也要觀察環境。

　　e.觀察要細致、準確。

　　f.盡可能將觀察到的現象或事物描述（或繪制）出來。

　　（3）基本方法

　　a.順序觀察：一般來說，生物學中的觀察要遵循由表及里、由上到下、從前到后、從整體到局部的原則。

　　b.對比觀察：通過對比觀察來發現事物之間的區別和聯系，從而達到同中求異、異中求同。

　　【領悟整合】

　　（1）觀察方法主要應用于以下幾個方面：

　　a.在無法對生物體進行改變和控制的情況下，要獲得這類生物所反映的真實現象必須用觀察法，例如：野生動植物的考察、古生物研究、生物分類和生態學研究等。

　　b.在不允許對生物體加以干擾破壞或改變的情況下進行的研究，必須運用生物學觀察法，如：病理學中動物、植物、人類病理現象的研究。

　　c.在某些以直接記錄和描述生物現象為基本前提的生物學分支學科中，必須用觀察法，例如：動植物形態學、昆蟲和微生物分類學、仿生學等，均需對研究對象的形態、特征進行描述、記錄，因而也離不開觀察。

　　（2）觀察與實驗的聯系與區別

　　（二）推理：從一件事推出另一件事的方法

　　（1）因果推斷：就是要判斷兩個事件之間是否存在因果關系。

　　（2）歸納：是指從個別事物的性質、特點和關系中概括出一類事物的性質、特點和關

　　系的推理形式。

　　（3）演繹法：從一般原理推導出特殊事例的過程

　　【領悟整合】

　　（1）不能光憑兩個事件一起發生，就判斷它們之間存在因果關系，應通過實驗或者根

　　據以往的經驗，來判斷因果關系是否存在。

　　（2）要做出正確的歸納，從總體中選出的樣本就必須足夠大而且具有代表性。

　　求同法：把研究對象的共同之處歸納起來。

　　差異法：這種歸納推理方法與求同法正好相反，是找出研究對象的差異因素。

　　求同差異法：“求同法”和“差異法”的綜合應用。

　　剩余法：剩余法也叫排除法，首先排除不相關的因素，剩余的就是問題的答案{ 。

　　（3）歸納與演繹法的關系

　　歸納側重于對經驗事實的概括，從經驗升華為結論，從個別的、表面化的、缺乏普遍

　　性的經驗中抽象出一般原理，把握個性中的共性。這是一種必然性推理；演繹則是對一

　　般性原理的應用，前提和結論之間存在必然聯系，是一種必然性推理。這兩種推理的思

　　維方向是相反的。人們的認識總是運用歸納和演繹兩種思維方法，從個別事實引出一般

　　結論、概念，又從一般原理引出個別結論而使認識不斷深化。

　　（三）分類：把某些特征相似的物體歸類到一起的方法

　　對自然界多樣的生物進行分類主要有三類方法：

　　第一類為形態學方法，即僅根據生物主要形態特征的異同對生物進行歸類，它不考慮這些具有相似特征的生物是否具有共同的祖先或是否具有同源性，單純形態學的分類方法現今已經很少被認可。

　　第二類只強調生物之間遺傳進化的關系，注重研究一類生物多久以前從另一類生物中分支出來。

　　第三類為經典的進化分類法，是第一種方法和第二種方法的綜合應用，它既考慮生物進化分支的時間，又注重生物形態特征的異同。這種以生物的進化為線索，比較生物最重要的形態特征和親緣關系建立起來的分類系統，目前已被人們廣泛接受。

　　（四）建立模型：用來顯示事物的或者過程的表現手段，如畫圖、表等

　　模型舍去了原型的一些次要的細節、非本質的聯系，以簡化和理想化的形式去再現原型的各種復雜結構、功能和聯系，是連接理論和應用的橋梁。

　　根據模型所代表和反映的方式可以分為三大類：

　　（1）物質模型方法用實物代替原物進行研究的方法叫做物質模型方法。例如細胞

　　的結構模型、被子植物花的結構模型、蛋白質的結構模型、DNA 分子的雙螺旋結構模型、

　　細胞膜的結構模型等。

　　（2）想象模型方法用想象的抽象物代替原型進行研究的方法叫做想象模型方法。

　　這種方法是人們抽象出生物原型某些方面的本質屬性而構思出來的，使對象簡化便于研究。例如，物質出入細胞的模型、細胞分裂過程模型、光合作用過程模型、呼吸作用過程模型、動物的個體發育過程模型等。

　　（3）數學模型方法用符號、公式、圖象等數學語言表現生物學現象、特征和狀況的

　　方法稱為生物學數學模型方法。如：課本中的細胞分裂過程中#$% 含量，染色體數量的變化曲線，酶的活性受溫度、酸堿度影響的曲線等數學模型，通過計算機的數據模擬，結合相應的生理過程，建立模型，以形成同學們對問題的解釋、判斷和預測。

　　（五）交流：與他人交換看法、分享信息的過程有效的交流需要許多技能，包括聽說讀寫與建立模型能力。

　　（1）科學探究的交流

　　（2）反思是不斷自我完善的過程。反思的態度如下：

　　a.傾聽和尊重他人質疑；b.承認不同的觀點；c.解釋或幫助；d.吸納中肯意見；f.修

　　正自己觀點或結論。

　　【發散探討】

　　問題一：觀察一朵花的基本結構時，觀察的順序應該是什么？

　　解答：首先觀察花的外形；然后從外到內依次數清花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊的數目，并

　　觀察它們的形態；接著觀察花藥及花粉；最后觀察子房及胚珠。

　　問題二：假設你是一個生物分類學家，對青蛙、壁虎、蜘蛛、虎、蟾蜍、蚯蚓、蜥蜴、蜜蜂、鳥、貓、魚怎樣進行分類？

　　解答：略

　　【教考動向演練】

　　5．我們在學習生物科學的理論和知識的同時，更要學習如何像科學家那樣進行的過程。

　　6．有效的交流需要許多技能，包括與能力。

　　7．判斷蚯蚓是不是環節動物？這一問題的回答是這樣的：所有的環節動物都有分節；所

　　有的蚯蚓身體也是分節的；所以，所有的蚯蚓都是環節動物。這樣的結論是經過下列

　　科學思維哪一過程得出的

　　A．觀察 B.建立模型 C.分類 D.推理

　　8.在生物探究學習中，下列不屬于常用的觀察儀器的是

　　A．放大鏡 B.顯微鏡 C.天平 D.離心機

　　9.沃森和克里克制作的著名DNA雙螺旋結構模型是屬于

　　A.物理模型 B.概念模型 C.數學模型 D.實物模型

　　三、探究解題新思路

　　基礎拓展型

　　題型-. 進化理論的理解和運用

　　例1. 下列對“用進廢退”、“自然選擇”、“中性學說”三種進化理論的描述中，錯誤的是

　　A.用進廢退理論開辟了進化理論的先河

　　B.自然選擇學說是達爾文在很多事實的基礎上思考得出的

　　C.中性學說是對自然學說的否定

　　D.對科學的熱愛和興趣是達爾文等開展研究、思考的動力

　　［研析］用進廢退理論由拉馬克提出，開辟了進化理論的先河，為科學進化論的發展鋪平了道路；“中性學說”揭示了分子水平的進化規律，和達爾文的進化理論是相互補充的，而不是否定。

　　［答案］C

　　點評很多所謂的“永恒”、“定律”并不是絕對不變的，要勇于探索，敢于創新。.

　　題型2. 科學思維的基本過程的應用

　　例2. 在你做把一草履蟲分別放在肉汁和鹽水中，了解其生活狀況并總結得出相應結論的實驗過程中，你應該如何進行你的工作？你認為最難的是哪一步？為什么？

　　［研析］生物科學研究中經常用到的推理方法主要有歸納推理和演繹推理。在研究過程中，通過觀察獲得大量具體的、形象直觀的感性材料，對這些材料經過推理，抽象和概括出各種生命現象的本質屬性和必然聯系，再以概念、判斷、推理的形式表達出來或貯存起來。生物學中的各種基本概念、規律、原理等都是概念、判斷、推理的具體體現。這些就構成了生物學的知識體系。

　　［答案］按照科學思維的觀察、推理、分類、建立模型及交流過程進行實驗研究，總結得出相關結論。其中最難的一步應該是推理，要對觀察到的實驗現象進行多種可能的解釋、判斷，要求推理過程依據事實，科學合理，思路嚴密，考慮全面。

　　點評生物科學研究離不開科學思維，其基本過程包括觀察、推理、分類、建立模型、

　　交流等步驟。

　　【教考動向應用】!

　　1. 下列哪項不屬于拉馬克的進化觀點

　　A.用進廢退 B.獲得性遺傳

　　C.環境改變引起生物變異 D.自然選擇決定進化方向

　　2.在下面的敘述中，不屬于達爾文對長頸鹿進化過程的理論解釋的是

　　A.長頸鹿祖先的遺傳物質發生改變

　　B.祖先產生的后代中存在著變異個體

　　C.在攝食的生存斗爭中，頸和前肢較長的個體得到生存

　　D.微小有利的變異通過遺傳而世代積累