種群數量的變化教學設計 一、課程分析1.課標分析： 課程標準對本節的要求是“嘗試建立數學模型解釋種群數量的變化”。該內容標準有兩個方面的涵義:一方面，“嘗試構建數學模型”屬于模仿性技能目標，目的是通過原形示范(細菌的數量增長)和相應指導，學生能構建解釋原型的數學模型；另一方面，“解釋種群數量的變化”屬于知識目標中的理解層次，目的是建立起抽象(數學模型)與具體(種群數量變化)之間的內在邏輯聯系。2.教材分析： 相應內容出現在人教版高中生物學必修3穩態與環境第4章種群和群落第2節。教材從以下3個方面組織學習內容：第一部分是建構種群增長模型的方法；第二部分是種群數量的變化情況；第三部分是“探究”-“培養液中酵母菌種群數量的變化”。其中，建立數學模型的方法是必修3模塊乃至整個高中生物學中科學方法訓練的重點之一。二、學情分析1. 學習對象： 本節課主要針對高中二年級的學生。2.學生已有的知識結構：1）學生在必修一第1章學習生命系統的結構層次時已經習得了種群的概念，通過本章第1節的學習進一步明確其概念，并認識了種群密度等數量特征。這為本節課分析影響種群數量變化的因素奠定了知識基礎。2）在高中數學課上學生學習過指數函數和坐標圖的繪制， 這為數學模型的建構奠定了能力基礎。3）通過必修2遺傳與進化模塊孟德爾豌豆雜交實驗的學習,學生已經具備運用數學方法解決生物學問題的能力,對數學模型有一定認識。在教師的正確引導下,學生能建立合理的數學模型解釋種群數量的變化。三、學習目標1. 知識目標：1）能根據種群數量與時間之間的內在邏輯聯系,構建合理的數學模型 2）運用構建的數學模型解釋種群數量的增長。2. 能力目標：1）通過構建種群數量增長的數學模型,概括總結出數學模型構建的基本過程。2）運用種群數量變化規律解決生產生活中的實際問題。3. 情感態度與價值觀：1）認同數學模型在科學研究中的應用。 2）參與瀕危生物保護措施與有害生物防治措施的討論，關注人類活動對種群數量變化的影響。 四、教學重點、難點：嘗試建構種群增長的數學模型并據此解釋種群數量的變化。運用所建構的數學模型來解決生活中的實際問題。五、教學流程1、導入新課溫故知新，創設情境1）引出本節課的標題。引導學生回顧上節課學習的種群數量特征以及出生率死亡率、遷入、遷出、年齡結構、性別比例這些因素對種群密度的影響，使學生明確種群密度不是一成不變的。然后提問，變化中是否蘊藏著規律呢？從而引出本節課的標題：種群數量的變化。2）繼續引出“問題探討”。一直以來，手機極大的豐富著我們的日常生活，尤其隨著智能手機的普及，“機不離手”也成為一種極普遍的社會現象。但是你知道手機有多臟嗎?英國研究人員研究發現一部手機攜帶的細菌量是男廁沖水柄細菌數量的18倍，有1/4的手機細菌總數超過可接受水平的10倍。展示圖片。提問，由一個細菌如何成為一個細菌的種群呢？明確細菌以分裂的方式進行繁殖。3）進入學習情境。學生了解到與我們生活息息相關的手機上也是“藏污納垢”，對此產生學習興趣并進行初步猜想。2、模型建構分析實驗結果，主動建構模型本部分通過2個大的討論來組織教學。如圖“問題探討”，在營養和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。（模型準備）1）討論一：如果在資源和空間無限多的環境中，細菌種群增長不受種群密度制約的情況下，細菌會增殖為多少？學生討論并完成下列表格。時間（min）20406080100120140160180細菌數量（個）繼續討論（模型建立）如果我們用n表示細菌數量，n表示繁殖產生細菌的代數，請寫出計算細菌種群數量的公式。（建構數學模型1：表達式）利用表格中的數據在坐標系中畫出細菌增長曲線，以時間為橫軸，細菌數量為縱軸。（建構數學模型2：坐標圖）引導學生根據表格中數據推測細菌種群數量變化的表達式并繪制坐標圖。注意此處僅給學生提供橫縱坐標，余下的確定標度、描點、連線等工作均由學生獨立完成。請某一小組推薦1位學生在黑板上書寫表達式并在投影儀前展示小組繪制的坐標圖，師生同對其進行評價，分析并達成共識。教師指出表達式和坐標曲線圖均是用數學形式來表述該細菌種群數量變化趨勢這一生物學問題，所以稱之為建立了該菌種群數量增長的數學模型。相比之下，表達式方便去計算，而坐標曲線圖更直觀地表現出整個變化趨勢。再聯系航模、dna雙螺旋結構模型等物理模型幫助學生進一步明確模型的概念。提問，以上細菌種群只是個例，其他生物種群的起始數量不一定是1。下一代也不一定是上一代的2倍。而且繁殖周期通常要長。如何建構適用于更多種群的一般表達式？2）討論二：（建構數學模型3：一般表達式）如果種群的起始數量不是1個，而是n0如果每經過一個繁殖期后子代種群的數量是原來的倍如果每繁殖一代的時間是確定的，表達式的變量用時間t代替n，繁殖t代后種群數量nt，請寫出計算種群數量的公式請1位學生在黑板上列出并分析自己建構的表達式，師生共同對其進行評價。分析并達成共識。我們現在得到的是一個可以描述一般種群數量增長的表達式，其實更準確的說得到的是一個可能的描述種群數量增長的數學形式，事實上的一個種群是否按照這樣的規律增長，我們還不知道，要回答這個問題，我們還需進入到這個研究方法的下一個關鍵環節：模型檢驗。學生活動：請學習小組派代表展示課前完成的我國人口數量增長情況。我們不難發現我國人口增長曲線的走勢與我們之前得到的曲線走勢是一致的。其次，我們再根據同學軟件求出函數表達式：y=0.0003e0.0051x引導學生討論回答這個具體的表達式與我們推出來的一般的表達式nt=not是否相符？3）小結：建構數學模型。通過具體的實例從數據得出曲線和表達式都證明我們剛才對種群數量增長的表達形式是有效的。小結建構數學模型的一般過程：模型準備模型假設模型建立模型檢驗。 4）引出高斯實驗。生態學家高斯在0.5ml培養液中放入5只大草履蟲開始進行培養、計數。根據之前我們的所得出的一般表達式，同學們可以預測這個草履蟲種群數量的變化趨勢，然后展示根據高斯的草履蟲實驗的實驗數據繪制的坐標圖。請學生觀察、比較我們的預測跟高斯草履蟲實驗結果的差異并對產生差異的原因進行分析。學生討論回答。 實際上，我們就像剛才的這樣一種反思一樣，在種群增長模型的構建過程中，如果遇到檢驗修正的時候，實際數據與我們的推測不符時，我們整個的研究就要回到之前對研究對象的觀察上，實際模型構建過程中更多時候需要反復觀察，重新提出假說，進而不斷去修正。同時展示“j”型和“s”型曲線。總結學生討論結果：我們所討論的實際上是在兩種不同的條件下進行的實驗，得到的應該是兩個不同的種群增長模型。指出在環境條件不破壞的前提下，高斯實驗中草履蟲種群數量達到375只這一最大值后趨于穩定，提問，你怎么理解這個值？學生討論回答。運用演繹法將其推廣為一般種群，引出k值并帶領學生明確k值生物學定義：在環境條件不破壞的情況下，一定空間所能維持的種群最大數量稱為k值，也叫做環境容納量。5）繪制“j”型曲線、 “s”型曲線。請學生在同一個坐標系中繪制同一個種群在理想條件和現實條件下的2種曲線.請1位學生在黑板上繪制，師生共同評價。提問，“j”型曲線與“s”型曲線的位置關系是怎樣的？使學生明確“j”型曲線應位于“s”型曲線之上。提問，2條曲線之間的差異是什么原因造成的？學生列舉可能的原因，從而提出環境阻力這一概念。3、除增長外的其他種群數量變化展示兩個具體的種群增長的實例，師生共同分析。1）討論三：引出自然種群數量動態變化趨勢穩定這組實際問題中種群數量的變化分別屬于哪種類型？決定這種變化的主要原因是什么？學生討論回答，前者屬于“j”型增長，在食物（養料）和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，種群的數量往往會連續快速增長。后者屬于“s”型增長，在食物（養料）和空間等有限的條件下，種群數量呈現“s”型增長趨勢。教師繼續追問這樣的“j”型增長，能否一直持續下去？再往后，種群數量將如何變化？引導學生思考在引入初期，綿羊數量連續增長。若干年后，綿羊的數量在一定的數值范圍內保持穩定，這時種群數量將保持在一個相對恒定的水平上。由圖中關系不難看出，綿羊的數量與環境有關，環境也影響綿羊的數量，它們之間要達到某種平衡狀態。2）圖片分析。展示東亞飛蝗種群數量的波動圖片，引出自然種群數量動態變化趨勢波動3）圖片分析。展示不同種鯨種群數量的變化圖片，引出自然種群數量動態變化趨勢下降4、模型應用1）瀕危生物保護與有害生物防治。指出許多自然種群的數量都呈現出“s”型變化規律，展示大熊貓化石分布范圍和現在分布范圍的對比圖，提問，為什么大熊貓的數量出現銳減？學生根據本節課所學知識和生活體驗作答，得出結論與k值急劇降低密切相關。從而引導學生說出保護瀕危生物的根本措施。展示鼠災的圖片，引導學生從k值角度分析防治有害生物的措施。討論四：可以采取哪些措施控制鼠害？這些措施實際實際上是在影響追求增長模型的什么參數？2）追求人與自然的和諧。展示美好的人與自然和諧的動畫,激發學生關注自然，追求人與自然和諧共存的美好情感。達到情感的共鳴。5、課堂檢測 下列關于環境容納量的敘述，正確的是（ ）a、環境容納量是指種群的最大數量b、建立大熊貓自然保護區的目的是提高大熊貓種群的環境容納量 c、在理想條件下，影響種群數量增長的因素主要是環境容納量d、植食動物在自然環境條件下，一年四季的環境容納量以冬季最大六、板書設計 第2節 種群數量的變化一、 建構數學模型模型準備模型假設模型建立模型檢驗二、 類型1、 增長“