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高中生物《生物科学的学习过程》的教案

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高中生物《生物科学的学习过程》的教案

一、感悟课标新理念

课标学习目标

课标重点

1．通过对进化理论不断完善的发展历程的了解来建构科学研究的基本过程。

2．概述科学思维的基本过程。

课标难点

通过对进化理论不断完善的发展历程的了解来建构科学研究的基本过程。

教材脉络梳理

学习背景探索

生物进化论形成的历史背景

中世纪的西方，各种学术思想都受宗教束缚，哲学也偏离了古希腊的唯物主义传统，唯心主义占统治地位，表现在自然观上就是宗教的“创世说”。“ 创世说”把世界万物描绘成创世主上帝的特殊创造物。从创世论的基本思想延伸出两个教条，即自然界中生物对环境适应的“ 目的论”和“ 物种不变论”。恩格斯曾这样刻画目的论：“根据这种理论，猫被创造出来是为了吃老鼠，老鼠被创造出来是为了给猫吃，而整个自然界被创造出来是为了证明造物主的智慧”（《自然辩证法》导言）。与古代中国及古希腊哲人的世界万物从某种混沌状态中产生的“演变论”的自然观相反，创世说认为世界是一下子创造出来的，而且一旦被创造出来就永远不变了，这种思想从中世纪一直到18 世纪都占据着统治地位。

从15 世纪后期的文艺复兴到!4 世纪是西方近代自然科学产生与发展的时期，自然科学各学科逐渐建立起来，涌现出许多伟大的科学家。但这个时期的自然科学仍然没有摆脱宗教神学的束缚，自然科学家与神学家的差别只不过是以不同的方式解释和颂扬创世主（上帝）的智慧。那时的自然科学也是一种神学，即所谓的自然神学，正如迈尔所描写的：“自然科学既是科学又是神学，神学与科学分不开直到科学与神学离婚之前，实际上不存在真正客观的、不受约束的自然科学。”

自然科学的神学观一直到19世纪中期才逐渐被科学界抛弃。

———根据互联网资料整理

二、研习教材重难点

【温故知新】

我们知道，大约400多万年前地球上还没有人类。人类的原始祖先———森林古猿，还在莽莽森林中风餐露宿，与兽共舞。几亿年前乃至几十亿年前，地球上的生物又是怎样的呢？最原始的生命又是怎样出现的呢？生物的进化问题很久以来就吸引着人们去探求，也不断有各种各样的争论。随着科学技术的发展，人们对这个问题的认识也越来越深入。

研习点#$ 科学家不断思考———进化理论的创立和完善

（一）拉马克和进化理论

（1）理论———用进废退学说

物种不是不变的，更不是上帝创造的；环境条件的改变能引起生物的变异；环境的多样性是生物多样性的原因。

（2）两个法则：一个是用进废退；一个是获得性遗传。并认为这两者既是变异产生的

原因，又是适应形成的过程。

（3）意义：开辟了进化理论的先河，为科学进化论的发展铺平了道路。

（4）不足：典型的唯心主义观点，认为生物的本质本身的意志是推动其进化的动力；

后天获得的遗传可遗传；缺乏必要的实验证据。

【领悟整合】

（1）拉马克的两条法则

①用进废退。不超过发育限度的任何动物，其所有使用的器官都得到加强、发展、增

大，加强的程度与使用的时间长短呈正比。反之某些不经常使用的器官就削弱、退化，以

至丧失机能，甚至完全消失。这就是所谓的“器官使用法则”或“用进废退法则”。

②获得性遗传。某种动物在环境长期影响下，甲器官频繁使用，而乙器官不使用，结

果使一部分器官发达，而另一部分器官退化，由此产生的变异如果是能生育的雌、雄双亲

所共有，则这个变异能够通过遗传而保存。这就是被后人称为“获得性遗传”的法则。

（二）达尔文和进化理论

（1）理论———自然选择学说

过度繁殖：生物的繁殖能力很强，能产生大量后代（基础）。

生存斗争：大部分个体被淘汰（动力）。

遗传变异：生物个体既有亲本的遗传性状，又会出现变异（内因）。

适者生存：在生存斗争中，有利变异的个体适者生存，不利变异的不适者被淘汰（结果）。（2）意义：科学地解释了生物进化的原因以及生物的多样性和适应性。

（3）不足：对遗传和变异的本质以及自然选择如何对可遗传的变异起作用等问题不能做出科学的解释。

【领悟整合】

（1）自然选择学说知识的拓展

①选择的对象。从表面看自然选择是对一个个生物个体的选择，而实际上自然选择是对个体包含的变异进行的选择。从现代分子遗传水平看，自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择，从而改变种群不同基因的频率。

②选择的因素。对生物的变异起选择作用的不是生物自身，而是个体所处的自然环境。环境因素很多，有一种或几种起主导的选择作用。如用农药喷洒害虫，害虫大量死亡（无抗药性），少数害虫生存且繁殖后代（抗药性）。农药是这一变化中主导的选择因素，它把群体中早已存在的抗药性个体与不抗药个体区分开来。如果不喷洒农药，害虫无论抗药与否都能生存。农药起到了选择作用，把抗药性选择保留下来，并通过繁殖传给后代，使抗药性状在下一代某些个体中得以积累和加强。可见环境对生物变异的选择是定向的，朝着适应环境的方向进化。

③选择的手段。生存斗争是选择的手段。生物的过度繁殖与有限生活条件之间的矛盾，必然引起并加剧生存斗争。通过生存斗争，使少数具有适应环境的有利变异的个体生存下来，从而完成一次自然对生物的选择。生存下来的少数生物个体充分利用现有的丰富的生活条件，迅速生长、发育，并繁殖产生大量的后代，又引起新一轮的生存斗争，生物又面临着再一次的选择。所以说自然选择是通过生存斗争实现的。

④选择的结果。自然选择的结果是适者生存、不适者被大自然淘汰。生物产生不定向变异，由自然选择决定这些变异的生存或淘汰。自然选择只选择与环境相适应的变异类型，淘汰不适应环境的变异个体，即自然选择是定向的，自然选择决定着生物进化的方向。

（2）以长颈鹿的进化过程为例比较拉马克和达尔文进化观点的区别。

①拉马克观点：长颈鹿的祖先由于生活在缺乏青草的环境里，不得不经常努力地伸长颈和前肢去吃树上高处的叶子，由于经常使用，颈和前肢逐渐地变得长了一些，而且这些获得的性状能够遗传给后代。这样，经过许多代，终于进化成为现在所看到的长颈鹿。

②达尔文观点：

（三）木村资生和进化理论

（1）提出根据：根据分子生物学的'研究，主要是根据核酸、蛋白质中的核苷酸及氨基

酸的置换速率，以及这些置换所造成的核酸及蛋白质分子的改变并不影响生物大分子的

功能等事实。

（2）理论———中性突变进化理论

生物进化的主导因素不是自然选择，而是中性突变的随机固定。每种生物信息大分

子都有一定的进化速率。

（3）意义：揭示了分子水平的进化规律

【领悟整合】

（1）中性突变

中性突变是指这种突变对生物体的生存既没有好处，也没有害处，也就是说，对生物的生殖力和生活力，即适合度没有影响，因而自然选择对它们不起作用。

（2）遗传漂变是分子进化的基本动力

大的种群如果发生了隔离与迁移而形成小种群时，遗传漂变就可能发生。综合进化论认为遗传漂变对生物进化是有作用的，但是比起选择来，它的作用要小得多。中性学说则认为，中性突变不引起生物表型的改变，对于生物的生殖力和生活力没有影响，因而自然选择对中性突变不可能起作用，真正起作用的是随机的遗传漂变。遗传漂变不只限于小种群，任何一个种群都能发生遗传漂变，遗传漂变是分子进化的基本动力。换言之，中性学说认为，突变大多在种群中随机地被固定或消失，而不是通过选择才被保留或淘汰的。

（3）分子进化速率

中性学说认为，分子进化速率取决于蛋白质或核酸等大分子中的氨基酸或核苷酸在一定时间内的替换率。生物大分子进化的特点之一是，每一种大分子在不同生物中的进化速度都是一样的。以血红蛋白的α链为例，鲤、马和人的α 链都是由141个氨基酸所构成，其中鲤和马有66个氨基酸不同，马和人有18个氨基酸不同。据此，中性学说指出，分子进化的速率与种群的大小、物种的生殖力和寿命都没有关系，也不受环境因素的影响，也就是说，分子进化是随机发生的，而不是选择的结果。

【发散探讨】

问题一：为什么说日本学者木村资生的“中性学说”揭示了分子水平的进化规律，而且和达尔文的进化理论是相互补充的？

解答：达尔文创立“自然选择”进化理论，随着分子进化的研究的发展。一些科学家积极思考，认为生物进化是以生物大分子为基础的，只有从分子水平上研究生物的进化才能触及生物进化的本质。木村资生认为，分子水平上的进化是由选择中性或近中性突变基因的随机固定而实现的。而只有当分子进化导致形态和生理上发生差异后，自然选择才能发挥作用。这一进化理论揭示了分子水平的进化规律，和达尔文的理论相互补充，更好地揭示了生物进化的本质。

问题二：1984 年在云南澄江发现了闻名于世的澄江动物化石群。澄江动物化石群向人们展示了各种各样的生物在寒武纪呈大爆发地出现，动物的进化要比今天快得多，动物新的构造模式或许能在“一夜间”产生。现在生活在地球上的各个动物门类当时几乎都已存在，只是处于非常原始的状态。此现象支持达尔文的自然选择学说吗？

解答：达尔文认为，物种是通过生存斗争，经逐代选择与积累而形成的，需要经过漫长的年代。澄江化石说明，许多新的物种的产生不是微小变异漫长的积累，而是呈大爆发地出现。因此不支持达尔文的自然选择学说。

【教考动向演练】!

1.第一位提出进化观点与神创论和物种不变论相抗衡的是

A.达尔文 B.拉马克 C.孟德尔 D.沃森和克里克

2.下列哪项不属于达尔文的进化观点

A.过度繁殖产生大量个体 B.生活条件有限引起生存斗争

C.适者生存是自然选择的动力 D.可遗传的变异使个体之间产生变异

3.下列叙述中，符合达尔文自然选择学说观点的是

A.北极狐因体色与周围环境相似而生存下来

B.长颈鹿因经常伸长脖子吃高处的树叶，故脖子越来越长

C.鸟类因不断将翅膀展开扑动，故翅膀变得发达且适于空中飞翔

D.鼹鼠因掘洞穴居，眼睛经常不使用，故视觉退化

4.“中性学说”是从水平上研究生物的进化，该理论认为生物进化的主导因素是，和达尔文的进化理论是的关系。

研习点2 像科学家一样思考———科学思维

（一）观察：人们通过感觉器官感受周围事物的一种方法

（1）分类

a.定性观察：用文字或术语而不是用数字进行描述，包括对颜色、形态、气味等变量

的客观性描述。

b.定量观察：通过对变量的计数或测量而得到的数值，通常需要使用一

些仪器。

(2)基本要求

a.学会带着问题进行观察。

b.直接观察与问题相关的对象。

c.既要观察局部，也要观察整体；

d.既要观察物体，也要观察环境。

e.观察要细致、准确。

f.尽可能将观察到的现象或事物描述（或绘制）出来。

（3）基本方法

a.顺序观察：一般来说，生物学中的观察要遵循由表及里、由上到下、从前到后、从整体到局部的原则。

b.对比观察：通过对比观察来发现事物之间的区别和联系，从而达到同中求异、异中求同。

【领悟整合】

（1）观察方法主要应用于以下几个方面：

a.在无法对生物体进行改变和控制的情况下，要获得这类生物所反映的真实现象必须用观察法，例如：野生动植物的考察、古生物研究、生物分类和生态学研究等。

b.在不允许对生物体加以干扰破坏或改变的情况下进行的研究，必须运用生物学观察法，如：病理学中动物、植物、人类病理现象的研究。

c.在某些以直接记录和描述生物现象为基本前提的生物学分支学科中，必须用观察法，例如：动植物形态学、昆虫和微生物分类学、仿生学等，均需对研究对象的形态、特征进行描述、记录，因而也离不开观察。

（2）观察与实验的联系与区别

（二）推理：从一件事推出另一件事的方法

（1）因果推断：就是要判断两个事件之间是否存在因果关系。

（2）归纳：是指从个别事物的性质、特点和关系中概括出一类事物的性质、特点和关

系的推理形式。

（3）演绎法：从一般原理推导出特殊事例的过程

【领悟整合】

（1）不能光凭两个事件一起发生，就判断它们之间存在因果关系，应通过实验或者根

据以往的经验，来判断因果关系是否存在。

（2）要做出正确的归纳，从总体中选出的样本就必须足够大而且具有代表性。

求同法：把研究对象的共同之处归纳起来。

差异法：这种归纳推理方法与求同法正好相反，是找出研究对象的差异因素。

求同差异法：“求同法”和“差异法”的综合应用。

剩余法：剩余法也叫排除法，首先排除不相关的因素，剩余的就是问题的答案{ 。

（3）归纳与演绎法的关系

归纳侧重于对经验事实的概括，从经验升华为结论，从个别的、表面化的、缺乏普遍

性的经验中抽象出一般原理，把握个性中的共性。这是一种必然性推理；演绎则是对一

般性原理的应用，前提和结论之间存在必然联系，是一种必然性推理。这两种推理的思

维方向是相反的。人们的认识总是运用归纳和演绎两种思维方法，从个别事实引出一般

结论、概念，又从一般原理引出个别结论而使认识不断深化。

（三）分类：把某些特征相似的物体归类到一起的方法

对自然界多样的生物进行分类主要有三类方法：

第一类为形态学方法，即仅根据生物主要形态特征的异同对生物进行归类，它不考虑这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，单纯形态学的分类方法现今已经很少被认可。

第二类只强调生物之间遗传进化的关系，注重研究一类生物多久以前从另一类生物中分支出来。

第三类为经典的进化分类法，是第一种方法和第二种方法的综合应用，它既考虑生物进化分支的时间，又注重生物形态特征的异同。这种以生物的进化为线索，比较生物最重要的形态特征和亲缘关系建立起来的分类系统，目前已被人们广泛接受。

（四）建立模型：用来显示事物的或者过程的表现手段，如画图、表等

模型舍去了原型的一些次要的细节、非本质的联系，以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系，是连接理论和应用的桥梁。

根据模型所代表和反映的方式可以分为三大类：

（1）物质模型方法用实物代替原物进行研究的方法叫做物质模型方法。例如细胞

的结构模型、被子植物花的结构模型、蛋白质的结构模型、DNA 分子的双螺旋结构模型、

细胞膜的结构模型等。

（2）想象模型方法用想象的抽象物代替原型进行研究的方法叫做想象模型方法。

这种方法是人们抽象出生物原型某些方面的本质属性而构思出来的，使对象简化便于研究。例如，物质出入细胞的模型、细胞分裂过程模型、光合作用过程模型、呼吸作用过程模型、动物的个体发育过程模型等。

（3）数学模型方法用符号、公式、图象等数学语言表现生物学现象、特征和状况的

方法称为生物学数学模型方法。如：课本中的细胞分裂过程中#$% 含量，染色体数量的变化曲线，酶的活性受温度、酸碱度影响的曲线等数学模型，通过计算机的数据模拟，结合相应的生理过程，建立模型，以形成同学们对问题的解释、判断和预测。

（五）交流：与他人交换看法、分享信息的过程有效的交流需要许多技能，包括听说读写与建立模型能力。

（1）科学探究的交流

（2）反思是不断自我完善的过程。反思的态度如下：

a.倾听和尊重他人质疑；b.承认不同的观点；c.解释或帮助；d.吸纳中肯意见；f.修

正自己观点或结论。

【发散探讨】

问题一：观察一朵花的基本结构时，观察的顺序应该是什么？

解答：首先观察花的外形；然后从外到内依次数清花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊的数目，并

观察它们的形态；接着观察花药及花粉；最后观察子房及胚珠。

问题二：假设你是一个生物分类学家，对青蛙、壁虎、蜘蛛、虎、蟾蜍、蚯蚓、蜥蜴、蜜蜂、鸟、猫、鱼怎样进行分类？

解答：略

【教考动向演练】

5．我们在学习生物科学的理论和知识的同时，更要学习如何像科学家那样进行的过程。

6．有效的交流需要许多技能，包括与能力。

7．判断蚯蚓是不是环节动物？这一问题的回答是这样的：所有的环节动物都有分节；所

有的蚯蚓身体也是分节的；所以，所有的蚯蚓都是环节动物。这样的结论是经过下列

科学思维哪一过程得出的

A．观察 B.建立模型 C.分类 D.推理

8.在生物探究学习中，下列不属于常用的观察仪器的是

A．放大镜 B.显微镜 C.天平 D.离心机

9.沃森和克里克制作的著名DNA双螺旋结构模型是属于

A.物理模型 B.概念模型 C.数学模型 D.实物模型

三、探究解题新思路

基础拓展型

题型-. 进化理论的理解和运用

例1. 下列对“用进废退”、“自然选择”、“中性学说”三种进化理论的描述中，错误的是

A.用进废退理论开辟了进化理论的先河

B.自然选择学说是达尔文在很多事实的基础上思考得出的

C.中性学说是对自然学说的否定

D.对科学的热爱和兴趣是达尔文等开展研究、思考的动力

［研析］用进废退理论由拉马克提出，开辟了进化理论的先河，为科学进化论的发展铺平了道路；“中性学说”揭示了分子水平的进化规律，和达尔文的进化理论是相互补充的，而不是否定。

［答案］C

点评很多所谓的“永恒”、“定律”并不是绝对不变的，要勇于探索，敢于创新。.

题型2. 科学思维的基本过程的应用

例2. 在你做把一草履虫分别放在肉汁和盐水中，了解其生活状况并总结得出相应结论的实验过程中，你应该如何进行你的工作？你认为最难的是哪一步？为什么？

［研析］生物科学研究中经常用到的推理方法主要有归纳推理和演绎推理。在研究过程中，通过观察获得大量具体的、形象直观的感性材料，对这些材料经过推理，抽象和概括出各种生命现象的本质属性和必然联系，再以概念、判断、推理的形式表达出来或贮存起来。生物学中的各种基本概念、规律、原理等都是概念、判断、推理的具体体现。这些就构成了生物学的知识体系。

［答案］按照科学思维的观察、推理、分类、建立模型及交流过程进行实验研究，总结得出相关结论。其中最难的一步应该是推理，要对观察到的实验现象进行多种可能的解释、判断，要求推理过程依据事实，科学合理，思路严密，考虑全面。

点评生物科学研究离不开科学思维，其基本过程包括观察、推理、分类、建立模型、

交流等步骤。

【教考动向应用】!

1. 下列哪项不属于拉马克的进化观点

A.用进废退 B.获得性遗传

C.环境改变引起生物变异 D.自然选择决定进化方向

2.在下面的叙述中，不属于达尔文对长颈鹿进化过程的理论解释的是

A.长颈鹿祖先的遗传物质发生改变

B.祖先产生的后代中存在着变异个体

C.在摄食的生存斗争中，颈和前肢较长的个体得到生存

D.微小有利的变异通过遗传而世代积累

3. 是对理论的支持；对此做出解释则是过程。拉马克发现古代生物与现代生物既相似又相异所采用的方法是，并在此基础上得出的科学结论。

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