種群數(shù)量的變化教學(xué)設(shè)計(jì)

1、種群數(shù)量的變化教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目標(biāo)1 知識(shí)目標(biāo)：說(shuō)出建構(gòu)種群數(shù)量增長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型的方法步驟。解釋種群數(shù)量增長(zhǎng)（“J”型曲線、“S”型曲線）的一般規(guī)律。2 能力目標(biāo)：通過(guò)細(xì)菌的種群數(shù)量的推導(dǎo)公式活動(dòng)，嘗試建構(gòu)種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)： 認(rèn)同數(shù)學(xué)模型在科學(xué)研究中的應(yīng)用。二、教材分析在課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)本節(jié)內(nèi)容有如下說(shuō)明：嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動(dòng)。高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這節(jié)的描述出現(xiàn)在必修三穩(wěn)態(tài)與環(huán)境模塊、第四部分種群和群落的第二項(xiàng)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，即“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”，屬于能力層面的“模仿”水平和知識(shí)層面的“理解”水平。在活動(dòng)建議里則提出“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的

2、動(dòng)態(tài)變化”。人教版教材中這節(jié)的內(nèi)容包括三方面：一是建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法；二是種群數(shù)量的變化情況；三是探究活動(dòng)培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化。三、學(xué)生情況學(xué)生們?cè)诒菊碌牡谝还?jié)已經(jīng)習(xí)得了種群的概念，了解了種群的特征，尤其是各種數(shù)量特征，在此基礎(chǔ)上過(guò)渡到種群數(shù)量變化的學(xué)習(xí)。學(xué)生們?cè)跀?shù)學(xué)課上學(xué)習(xí)過(guò)指數(shù)函數(shù)的表達(dá)式和坐標(biāo)圖的繪制，這為本節(jié)課數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。 四、教學(xué)指導(dǎo)思想及理論依據(jù)模型構(gòu)建法是新課程、新教材中提出的新的科學(xué)方法，而數(shù)學(xué)模型又是高中階段模型構(gòu)建法的難點(diǎn)。本節(jié)課遵循建構(gòu)主義的理論，在學(xué)生已有的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，重新建構(gòu)新的知識(shí)建構(gòu)揭示生物學(xué)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。五、設(shè)計(jì)思路

3、60;本節(jié)內(nèi)容用2課時(shí)教授，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，先對(duì)課時(shí)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，將探究實(shí)驗(yàn)放在第1課時(shí)，并組織實(shí)驗(yàn)小組開(kāi)展進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果用于第2課時(shí)。設(shè)計(jì)的線索是：按“觀察、提問(wèn)作出假設(shè)數(shù)學(xué)表達(dá)檢驗(yàn)、修正”的建立數(shù)學(xué)模型的方法。整體教學(xué)思路是：1、在建構(gòu)細(xì)菌種群增長(zhǎng)“J”型曲線模型后，歸納建立數(shù)學(xué)模型的方法。將兩種數(shù)學(xué)表達(dá)方式（方程式和曲線）整合在步驟三中，提高課堂效率。2、學(xué)會(huì)建立數(shù)學(xué)模型的方法后，做鞏固練習(xí)。并運(yùn)用此方法嘗試構(gòu)建“S”型曲線模型的方程式。3、將兩種曲線進(jìn)行對(duì)比。提高生物的理科思維。六、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1、嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型；  2、根據(jù)建構(gòu)的數(shù)學(xué)模型解釋種群

4、數(shù)量的變化。七、具體實(shí)施流程 （一）通過(guò)建構(gòu)細(xì)菌種群增長(zhǎng)“J”型曲線模型，歸納建立數(shù)學(xué)模型的方法教師行為學(xué)生活動(dòng)從種群的特征出生率、死亡率影響種群數(shù)量的變化和必修一學(xué)過(guò)的物理等模型的建構(gòu)引入。講述：細(xì)菌繁殖與種群數(shù)量的變化。觀察：細(xì)菌每20分鐘就通過(guò)分裂繁殖一代。提問(wèn)：180分鐘后，由1個(gè)（起始數(shù)量）細(xì)菌分裂形成多少個(gè)細(xì)菌？細(xì)菌種群數(shù)量的計(jì)算公式如何？假設(shè)：營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制；種群增長(zhǎng)倍數(shù)保持不變。介紹：兩種數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)形式：數(shù)學(xué)方程式、曲線圖。讓學(xué)生完成種群的增長(zhǎng)曲線時(shí)間（min）20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量（個(gè)）248163264128256512提問(wèn)：曲線圖

5、有什么局限性？呈現(xiàn)表格：時(shí)間（小時(shí)）01234細(xì)菌數(shù)量（個(gè)）21612810248192提問(wèn)：如果進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)數(shù)量如下表，問(wèn)t小時(shí)后，細(xì)菌的數(shù)量是多少？該公式應(yīng)如何修正？啟發(fā)學(xué)生歸納方法。設(shè)N0為起始數(shù)量, l為倍數(shù)，推導(dǎo)：N1 N0·lN2 N1·l N0 ·l·l檢驗(yàn)、修正：Nt N0·lt（N02，l8）補(bǔ)充“J”型曲線的實(shí)例a：實(shí)驗(yàn)室。b：種群剛遷入適宜的新環(huán)境時(shí)。特點(diǎn)：增長(zhǎng)倍數(shù)保持不變。補(bǔ)充說(shuō)明： “J”型曲線是平滑的，實(shí)際的種群數(shù)量會(huì)有一些偏差。曲線只能反映種群大致的變化。補(bǔ)充練習(xí)題。東方田鼠喜野外環(huán)境。2007年以來(lái)，在洞庭湖區(qū)

6、400多萬(wàn)畝湖洲地中的已經(jīng)生活著約20億只東方田鼠。鼠繁殖能力很強(qiáng)，在最初的一個(gè)月內(nèi)，種群數(shù)量每天增加1.47。假設(shè)東方田鼠種群遷入初期為3000只，則第30天該種群的數(shù)量為：_ 只（用公式表示，不必計(jì)算具體結(jié)果）。過(guò)渡：能一起持續(xù)下去嗎？增長(zhǎng)倍數(shù)能保持不變嗎？酵母菌與細(xì)菌都是單細(xì)胞的個(gè)體，有類(lèi)似的增長(zhǎng)。同學(xué)聆聽(tīng)、觀察與思考。建立公式：Nnn（n為代數(shù)）完成學(xué)案直角坐標(biāo)曲線。 思考回答：不夠精確。修正為：Nt N0·lt（N02, l8）構(gòu)建了種群增長(zhǎng)的“J”型增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型，也總結(jié)歸納了建立數(shù)學(xué)模型的方法。觀察、問(wèn)題作出假設(shè)數(shù)學(xué)表達(dá)檢驗(yàn)、修正（二）按數(shù)學(xué)模型的方法步驟，構(gòu)

7、建“S”型曲線的方程式教師行為學(xué)生活動(dòng)介紹：葡萄糖液體培養(yǎng)基，28、180 r/min條件下震蕩培養(yǎng)的酵母菌種群數(shù)量變化曲線科學(xué)家的酵母菌計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)：培養(yǎng)空間：100mL。起始數(shù)量： N0 =0.1X107個(gè)/mL時(shí)間(h)0481216202428統(tǒng)計(jì)值0.10.30.91.83.64.96.66.6增長(zhǎng)倍數(shù)33221.31.31按數(shù)學(xué)模型的方法步驟，構(gòu)建“S”型曲線的方程式：觀察對(duì)象，提出問(wèn)題：作出假設(shè)：假設(shè)開(kāi)始時(shí)，種群以倍數(shù)2增加。假設(shè)種群增長(zhǎng)倍數(shù)隨著種群密度上升而逐漸地按比例地下降。個(gè)體數(shù)增加時(shí)（1，2，3，4K）增長(zhǎng)倍數(shù)遞減（21/K，2-2/K，2-3/K 2-K/K.）。數(shù)學(xué)表達(dá)用

8、Excel電子表格的形式，呈現(xiàn)構(gòu)建的數(shù)學(xué)方程式。檢驗(yàn)、修正。邏輯斯諦方程： 呈現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的酵母菌種群數(shù)量變化曲線。讓學(xué)生對(duì)比與科學(xué)家所做的曲線的送差別。引出N0對(duì)“S”型曲線的影響。引出兩條曲線的對(duì)比。思考并回答  觀察對(duì)象：在1mL空間中，酵母菌每天增長(zhǎng)倍數(shù)下降。當(dāng)數(shù)量達(dá)到6.6時(shí)，種群則趨于穩(wěn)定。提出問(wèn)題： 為什么它的增長(zhǎng)倍數(shù)不斷下降？作出假設(shè)：假設(shè)開(kāi)始時(shí)，種群以指數(shù)形式增加。嘗試數(shù)學(xué)表達(dá)學(xué)生匯報(bào)。思考差別。（三）“J”型曲線和“S”型曲線的比較教師行為學(xué)生活動(dòng)利用表格，從產(chǎn)生的條件、增長(zhǎng)倍數(shù)、增長(zhǎng)率增長(zhǎng)速率（增長(zhǎng)速度，即斜率），有無(wú)環(huán)境容納量（K值）等方面比較兩種曲線。同學(xué)聆聽(tīng)、觀察與思考，最后填充學(xué)案。明確“S”型曲線與“J”型曲線的差異。  （四）研究種群數(shù)量變化的意義教師行為學(xué)生活動(dòng)歸納：防治有害動(dòng)物；保護(hù)野生生物資源等。種群的數(shù)量控制在環(huán)境容納量的一半，即K/2值時(shí)，種群增長(zhǎng)速度最快，可提供的資源數(shù)量也最多，且又不影響資源的再生。同學(xué)聆聽(tīng)、最后填充學(xué)案。結(jié)束語(yǔ)：沒(méi)有任何一種曲