高中生物｜演化與自然選擇備課指引（導師用）｜四條件、等位基因頻率與種化三步

2026-11-05

「長頸鹿食到高葉所以頸變長」——這個答案年年出現。這一堂用四條件與數字，把「用進廢退」與「自然選擇」分開，再算一次等位基因頻率。

本堂目標　學生能夠：① 用變異、遺傳、過度繁殖、差異存活四條件完整描述自然選擇；② 用哈代-溫伯格方程由等位基因頻率算基因型數目；③ 用抗藥性細菌解釋種化前期的定向選擇，並講出三個演化證據。

01　先備知識（開課前 3 分鐘快檢）

以下任何一項未過關，本堂就會卡住，先補該項：

技能	快檢題	過關標準
等位基因	同一位點的兩種版本叫甚麼	等位基因
基因型	AA、Aa、aa 分別叫甚麼	同型合子、異型合子、同型合子
概率	0.8 乘 0.8 是多少	0.64

02　課堂流程（60 分鐘）

時間	環節	導師做什麼	學生做什麼
0–8 分	開場迷思	問長頸鹿頸長的成因，收集答案	舉手答，等對照
8–22 分	自然選擇四條件	變異、遺傳、過度繁殖、差異存活與繁殖	用四條件重講長頸鹿
22–36 分	哈代-溫伯格	p = 0.8、q = 0.2；AA 0.64、Aa 0.32、aa 0.04	自己平方一次
36–46 分	族群換算	1000 隻中 AA 640、Aa 320、aa 40	用比例乘總數
46–56 分	抗藥性與種化	1e+09 細菌、突變率 1e-06 → 1000 個抗藥；存活 1% 仍有 10 個	講出定向選擇
56–60 分	離場檢查	三題收回即批	獨立完成

03　講解腳本（照著說就可以）

第一幕：四條件缺一不可

自然選擇不是「想要就變」，而是：個體間有可遺傳的變異、繁殖數目超過環境能養的、不同變異的存活與繁殖率不同，於是下一代該性狀的比例上升。
用長頸鹿對照：不是食高葉令頸變長，而是本來有長短頸變異，長頸在食物短缺時生存率較高，於是把長頸基因傳下去。
教法：要學生用四條件逐句重講一次，缺一句就打回。

要學生講：用四條件講一次長頸鹿，不准講「所以頸變長」。

第二幕：哈代-溫伯格：一代就乘得出來

設顯性等位基因頻率 p = 0.8，隱性 q = 0.2，兩者相加為 1。隨機交配下基因型頻率是 (p+q)²：AA = 0.64、Aa = 0.32、aa = 0.04，三者相加剛好 1。
族群 1000 隻，就分別是 640、320、40 隻。
若選擇壓力令 q 由 0.2 跌到 0.1，隱性純合子比例由 0.04 跌到 0.010，跌幅比 q 本身更大，因為它是平方。

要學生做：把 q 改成 0.3，重算三個基因型比例，並講出哪一個跌得最快。

第三幕：抗藥性是最快的演化實驗

一個 1e+09 的細菌族群，突變率每代 1e-06，就已存在約 1000 個抗藥個體——用藥之前就有，不是用藥後才突變。
用藥殺死 99%，剩下 10 個抗藥菌繼續繁殖，下一代幾乎全部抗藥。
這就是定向選擇：環境（藥物）不是製造變異，而是篩選已有的變異。種化需要隔離與足夠時間，抗藥性只是種化的第一步。

要學生講：為甚麼「用藥後細菌才學會抗藥」這個講法錯？要提到突變在用藥前已存在。

04　必教題型與步驟

題型	例子	步驟	答案
四條件	用自然選擇解釋長頸鹿	逐條對應變異、遺傳、過度繁殖、差異存活	四句齊全
頻率計算	p = 0.8、q = 0.2 求三種基因型	平方展開再乘族群	640／320／40
抗藥性	1e+09 細胞、突變率 1e-06	先乘出抗藥數，再乘存活率	1000 → 10
證據	舉三個演化證據	化石、同源結構、分子序列	三類各一句

合理性檢查（一定要教）：合理性檢查：0.8 + 0.2 = 1；0.64 + 0.32 + 0.04 = 1；640 + 320 + 40 = 1000；1e+09 乘 1e-06 = 1000，數量級正確；q 由 0.2 跌到 0.1 時 q² 由 0.04 跌到 0.010，跌幅較大符合平方關係。

05　獨立練習三題

題目	答案	想觀察什麼
四條件兩題	解釋工業黑化蛾	四條件是否齊
頻率三題	不同 p、q 求基因型	有無平方漏項
族群換算兩題	比例乘總數	三數相加是否等於總數
抗藥性一題	解釋用藥後抗藥比例上升	有無講出用藥前已存在變異

06　學生常見錯誤與糾正句

錯誤	學生通常這樣寫	導師這樣說
用進廢退	長頸鹿食高葉所以頸變長	「牠不是變長，是本來有長短；短頸的留下較少後代。」
把 q 當基因型頻率	說 aa 的比例是 0.2	q 是等位基因頻率；基因型要平方，aa 是 q²。
忽略 2pq	只寫 0.64 與 0.04	異型合子佔 2pq，這一項最大，漏了就加不到 1。
抗藥性當突變發生在用藥後	「藥物令細菌突變」	突變隨機、用藥前已存在；藥物只是篩選。

07　家課建議（直接指到練習卷題號）

中學生物章節索引　全科章節一覽
備課指引總索引　同類章節對照
本章重做　四條件一題＋頻率兩題＋抗藥性一題

08　離場檢查（最後 5 分鐘）

題目	答案	判定
自然選擇四條件	變異、遺傳、過度繁殖、差異存活	漏一項即回到第一幕
p＝0.8，aa 的比例	0.04	答 0.2 即重講第二幕
抗藥菌何時出現	用藥前已存在	答用藥後即重講第三幕

09　導師常問

哈代-溫伯格要背假設嗎？

要知五個條件（無突變、無遷移、隨機交配、族群大、無選擇）；題目多數問「為甚麼現實不符」，答假設被違反即可。

種化一定要地理隔離嗎？

不一定，同域種化也有，但 DSE 多考異域種化；重點是基因交流中斷。

演化證據要記幾多？

三類就夠：化石（時間序列）、比較解剖（同源結構）、分子（DNA 與蛋白序列相似度）。

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