種群數(shù)量的變化 教學設(shè)計

教學設(shè)計方案課程第四章種群和群落第二節(jié)種群的數(shù)量變化課程標準本節(jié)，在新課標中具體內(nèi)容標準是：嘗試建立數(shù)學模型解釋種群的數(shù)量變動。通過實例來說明如何建構(gòu)種群增長模型，通過建構(gòu)的數(shù)學模型來解釋種群數(shù)量的增長，這是本節(jié)教學的重點。并且詳細討論了種群增長的兩種方式的產(chǎn)生條件及特點等：在理想環(huán)境中，種群增長呈“J”型曲線；在存在環(huán)境阻力的情況下，種群增長呈“S”型曲線。種群數(shù)量變化除了增長以外，還存在波動、下降等其他形式。本節(jié)最后分析了影響種群數(shù)量變化的各種因素，意在培養(yǎng)學生的環(huán)境保護及正確的資源利用意識。因此，《種群的數(shù)量變化》所授內(nèi)容可以分為三部分：第一部分是建構(gòu)種群增長模型的方法；第二部分是種群數(shù)量的變化情況，包括種群增長的“J”型曲線、種群增長的“S”型曲線、種群數(shù)量的波動和下降；第三部分是“探究”──“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”。建立數(shù)學模型的方法是該教材穩(wěn)態(tài)與環(huán)境模塊科學方法教育的側(cè)重點?！秶腋咧猩茖W學科課程標準》對本節(jié)內(nèi)容的說明包含兩層涵義：其一，“嘗試建立數(shù)學模型”屬模仿性技能目標，旨在通過原形示范（微生物的數(shù)量增長）和具體指導，學生能完成建立數(shù)學模型；其二，“解釋種群的數(shù)量變動”屬理解水平的知識目標，旨在把握數(shù)學模型（抽象）與種群的數(shù)量變動（具體）之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。教學內(nèi)容分析《種群數(shù)量的變化》屬于人教版必修3第4章第2節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容是前面種群和群落相關(guān)知識的進一步深入，通過“J”型和“S”型曲線的構(gòu)建和應(yīng)用，不僅把數(shù)學知識和生物知識相聯(lián)系，幫助學生理解自然界事物的數(shù)量特征和數(shù)量變化規(guī)律。更是把具體實驗升華為抽象內(nèi)容，進而又指導具體應(yīng)用，使知識延伸至生活，堪稱新課標精神體現(xiàn)之典范?！皣L試建立數(shù)學模型解釋種群的數(shù)量變動”，屬于能力層面的“模仿”水平和知識層面的“理解”水平。在活動建議里則提出“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化”。模型構(gòu)建法是新課程、新教材中提出的新的科學方法，而數(shù)學模型又是是高中階段模型構(gòu)建法的難點。本節(jié)課遵循建構(gòu)主義的理論，在學生已有的數(shù)學基礎(chǔ)上，重新建構(gòu)新的知識──建構(gòu)揭示生物學規(guī)律的數(shù)學模型。教學目標知識與技能（1）說明建構(gòu)種群增長模型的方法。（2）了解種群數(shù)量變化的兩種增長模型（3）會用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化。（4）掌握種群S型增長曲線的應(yīng)用過程與方法（1）通過對實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，學習建立數(shù)學模型的方法，提高從內(nèi)因和外因相互作用的角度分析事物發(fā)展變化的能力。（2）通過對數(shù)學模型的分析運用，掌握種群增長曲線的應(yīng)用，理解生命活動的本質(zhì)，提高對生命系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的認識。情感態(tài)度與價值觀（1）體會生命科學的研究對象是一個具有“開放性”和“涌現(xiàn)性”的復雜系統(tǒng)，它需要借助于包括數(shù)學等眾多工具學科來進行研究。學科間的相互融合滲透有助于學科的研究和發(fā)展。（2）了解系統(tǒng)分析的思想和方法，逐步形成整體性思維的習慣，樹立人與自然和諧發(fā)展的觀念，為形成生態(tài)意識和環(huán)境保護意識奠定基礎(chǔ)。學習目標嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。學情分析本節(jié)課授課對象為高二學生，總體思維較為活躍，通過教師的引導可以對話題進行深入探究和討論。加強與生活實際的結(jié)合，能夠引起共鳴。本節(jié)課授課前需要作如下鋪墊：對于高中生而言，由于數(shù)學知識還不夠健全，所以建立數(shù)學模型，以及運用數(shù)學模型進行實例分析有較大難度。教師可以根據(jù)學生已有的函數(shù)知識，通過分析問題→探究數(shù)學規(guī)律→解決實際問題→建構(gòu)數(shù)學模型的方法，讓學生體驗由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過程。重點、難點1、重點嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。2、難點建構(gòu)種群增長的數(shù)學模型。教與學的媒體選擇1、現(xiàn)代多媒體技術(shù)：目的是直觀教學，便于學生理解。（1）教學PPT：作為整個教學過程的輔助，主要用于實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，數(shù)學模型建立的過程呈現(xiàn)。（2）圖片信息：主要用于生活實例的呈現(xiàn)。2、傳統(tǒng)教學手段：目的是通過加強教師的引導，提升學生的互動空間，以突出教學重點和解決教學難點。（1）講授：作為本節(jié)課的主要教學手段，主要用于教學環(huán)節(jié)的逐步落實。（2）板書：主要用于教學流程和教學內(nèi)容的呈現(xiàn)（3）學生討論：主要用于數(shù)學模型建立的過程和生活實例的分析課程實施類型偏教師課堂講授類√偏自主、合作、探究學習類備注教學活動步驟序號1一、材料認知：1．《中國水利網(wǎng)》寧波、昆明、武漢等地，人躺在鋪滿水葫蘆(也叫水浮蓮)的湖面上，可以不沉；上海去年3萬噸的水葫蘆打撈量，今年已翻了3倍有余，上升至10萬噸；水葫蘆所帶來的水體富營養(yǎng)化，讓越來越多的水中生物痛失“家園”。.2．《國家地理》在幾百年前，黔金絲猴在許多地區(qū)廣泛分布，人口的增加和山林的破壞使其的分布區(qū)越來越小。現(xiàn)在，黔金絲猴的數(shù)量只有500～600只，處于瀕危狀態(tài)，只在貴州省的梵凈山區(qū)生存。3．我國自1393－1990年以來人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：年份1393157817641849192819821990億0.60.62.04.14.710.311.6設(shè)問：這些種群的數(shù)量在發(fā)生著變化，它們有沒有一定的規(guī)律可尋呢？2細菌種群的數(shù)量變化時間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)（n）

細菌數(shù)量（N）

學生自主進行計算，填充表格；叫三個學生同時上臺在黑板上畫細菌種群的增長曲線，剩下的同學自主思考繪圖；教師針對學生在畫曲線圖的過程中出現(xiàn)的問題進行講解，由具體上升到一般情況，跟學生強調(diào)畫圖需要注意的幾個先后步驟：定坐標；定變量；連曲線；最后標圖題名稱。通過對圖表的數(shù)據(jù)分析，引導學生推出：N=2n3三、種群增長的“J”型曲線1．引用實例說明自然界中存在著類似細菌增長的曲線圖例1：例2：在20世紀30年代時，人們將環(huán)頸雉引入到美國的一個島嶼。在1937—1942年期間，這個環(huán)頸雉種群的增長大致符合“J”型曲線2、“J”型曲線增長的數(shù)學模型：給定學生幾個參數(shù)，并告知參數(shù)的具體意義如下：No為起始數(shù)量，t為時間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ為該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。N1/No=λ,N2/N1=λ，N3/N2=λ……Nt/Nt-1=λ。老師提問：“從這些式子中能不能推出Nt和No的關(guān)系呢？”學生進行討論推導得出：Nt=Noλt3、通過例1和例2分析總結(jié)種群呈現(xiàn)“J”型曲線增長規(guī)律的條件：食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等條件下（理想條件）4、練習鞏固：在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力狀況下增長的是（B）4四、種群增長的“S”型曲線設(shè)問：當自然界的食物和空間條件有限、氣候不完全適宜、或者有敵害存在的時候呢？生物種群的數(shù)量還會不會以“J”型曲線增長呢？1、給出下列表格中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)進行分析并繪制曲線圖時間（天)123456789大草履蟲數(shù)量（個）

201203303703753803703753702、學生自己繪制表格：總結(jié)回憶曲線圖繪制需注意的幾個步驟。3、在圖中標出K值，并提問：“根據(jù)大家的理解，大家認為這個K值指的是什么呢？”學生作答，引出環(huán)境容納量的概念：在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量。4、進行提問：滿足“J”型曲線的條件我們已經(jīng)知道了，那么種群增長滿足“S”型曲線的條件應(yīng)該是什么？引導學生通過對比“J”型曲線，說出“S”型曲線的條件。5、練習鞏固：在一個相對封閉的小型牧場內(nèi)，遷入一小群綿羊，8年后發(fā)展到500只左右，這個羊群數(shù)量會（A）A、維持在一個水平上B、不斷下降C、緩慢上升D、迅速上升5五、構(gòu)建數(shù)學模型的方法在分析種群增長的模式的過程中通過適時的板書，已經(jīng)形成了以下的板書架構(gòu)：再次加以總結(jié)，從具體例子的分析得出一般的數(shù)學建構(gòu)模型的方法主要有以上步驟。幫助學生記憶和理解6六、種群數(shù)量的波動和下降設(shè)問：種群數(shù)量達到k值時，都能在K值保持穩(wěn)定嗎？1、實例1：東南亞飛蝗的種群數(shù)量變化實例2：鯨的數(shù)量變化通過提問引出影響種群數(shù)量的因素有氣候、食物、天敵和傳染病等等教學活動詳情教學活動1：探究種群增長的“J”型曲線活動目標1.感性認識自然界中存在的“J”型增長曲線；2.學會應(yīng)用數(shù)學計算推導方法，相互討論推導出“J”型曲線的數(shù)學模型解決問題運用數(shù)學計算方法，填充表格；應(yīng)用數(shù)學計算推導方法，相互討論推導出“J”型曲線的數(shù)學模型技術(shù)資源教學PPT、教學圖片、表格、曲線圖等的展示常規(guī)資源教學講解、板書、教學導學案活動概述1.運用數(shù)學計算方法，填充表格；2.學生討論，畫圖；3.聽講，理解一般繪圖規(guī)律。4.教師講解、提取重要步驟，幫助學生理解一般繪圖規(guī)律。教與學的策略1、學生自己動手，自主計算，進行討論，嘗試繪圖。2、鍛煉學生的自主思考和合作交流能力。3、通過數(shù)據(jù)分析，總結(jié)一般規(guī)律4、體現(xiàn)老師主導，學生主體的教學地位。學生自己動手總結(jié)出來的公式記憶較牢固。反饋評價理解難度不大，學生能夠較好地應(yīng)用基本的數(shù)學能力來幫助解決種群增長的曲線圖，但繪制圖表的能力有欠缺，一些重點要點沒有把握到位。教學活動2：探究種群增長的“S”型曲線活動目標1.感性認識自然界中存在的“S”型增長曲線；2.學生重歷圖表數(shù)據(jù)分析的方法、曲線圖繪制步驟，加深印象；3.加深對K值，K/2值的理解和應(yīng)用。解決問題1.學生掌握構(gòu)建種群數(shù)量的增長模型的一般方法及修正，即條件改變的時候，J型曲線會怎么變化，引發(fā)學生的思考；2.學生鞏固圖表數(shù)據(jù)分析的方法、曲線圖繪制步驟，掌握一般技巧；3.加深對K值，K/2值的理解，且能夠應(yīng)用在聯(lián)系生活的題目中。技術(shù)資源教學PPT、教學圖片、表格、曲線圖等的展示常規(guī)資源教學講解、板書、教學導學案活動概述學生討論交流，自主繪圖并加以展示；老師修正，提取一般規(guī)律，并聯(lián)系實際提出問題，引發(fā)學生