高中生物-《種群數(shù)量的變化》教學設(shè)計學情分析教材分析課后反思

教學設(shè)計

教學階段教師活動提問層次及意圖

導入1．復習提問1：

影響種群密度的種群數(shù)量特征有哪些？2．講述：

由于諸多因素的影響，種群密度在不斷變化，我們這節(jié)課來學習種群數(shù)量的變化。首先請同學們明確本節(jié)的學習目標。多媒體展示。

板書：第二節(jié)

種群數(shù)量的變化1.認知性問題，激發(fā)學生的學習動機，引出課題

構(gòu)建

種群

增長

的數(shù)

學模

型（一）

“J”

型

曲

線

的

構(gòu)

建

1．提問2：

科學家做了一個這樣的實驗，把細菌放在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下進行培養(yǎng)，隨著時間的推移，觀察分裂得到的數(shù)據(jù)。請結(jié)合課本P65頁內(nèi)容，完成學案第一部分。時間（min）細菌數(shù)量（個）204060801001201401601802．提問3：

根據(jù)細菌數(shù)量和繁殖代數(shù)的關(guān)系，寫出相應(yīng)的方程式，并在坐標系上描出細菌種群數(shù)量增長的曲線。（展示利用展臺學生種群增長坐標圖）3．提問4：

從圖中我們可以看到種群數(shù)量呈現(xiàn)出什么變化趨勢？4．講述：

我們運用坐標圖這種數(shù)學方法描述了種群數(shù)量變化這樣一個生物學問題，所以就把這種坐標圖稱為一種數(shù)學模型。什么是數(shù)學模型，數(shù)學模型建構(gòu)的方法和步驟。5.

提問5：利用坐標圖這種數(shù)學模型有什么優(yōu)點？6．講述：

我們剛才構(gòu)建的這個表達式還必須符合一個前提：即種群增長不受種群密度的制約。而咱們構(gòu)建的表達式是否正確還需要經(jīng)過實驗的驗證，請同學們根據(jù)課本P66頁實例完成學案第二部分。7．提問6：

我們知道自然界許多種群起始數(shù)量不一定是1，下一代不一定是上一代的2倍，而且繁殖速率要慢得多。那么怎么建構(gòu)它們的種群數(shù)量增長模型呢？

在食物、空間充足的前提下，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的λ倍。已知該種群的起始數(shù)量為N0，t為時間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量。請大家嘗試建構(gòu)這個種群的增長模型，使用表達式的形式。利用展臺展示學生答案。8．講述：

我們也可以嘗試建構(gòu)坐標圖這種數(shù)學模型，當λ＞1，根據(jù)表達式可以想象得到它也應(yīng)該呈現(xiàn)出指數(shù)增長的趨勢。只是注意將起始數(shù)量變?yōu)镹0就行。

2.分析性問題，從科學研究的角度出發(fā)，引導學生分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

4、5．應(yīng)用性問題，通過不同形式的數(shù)學模型轉(zhuǎn)換，幫助學生認識各種數(shù)學模型的優(yōu)缺點，同時體會數(shù)學建模的一般過程。

6．綜合性問題，通過訓練，鞏固對數(shù)學模型的理解。

9.提問7：大家設(shè)想一下，我們現(xiàn)實生活中有沒有哪種生物會一直呈現(xiàn)“J”型增長呢？J型曲線的使用范圍是什么呢？

事實上，最簡單的起始數(shù)量為1的細菌種群如果一直按照指數(shù)增長下去，只需3天就足夠鋪滿我們整個地球。所以在現(xiàn)實條件下“J”型增長絕對不會是常態(tài)，那又會是怎樣的變化趨勢呢？7．綜合性問題，通過知識遷移，進一步加深對數(shù)學模型的理解。

為后面分析高斯實驗做好鋪墊。

（二）

“S”

型

曲

線

的

構(gòu)

建

1．介紹：

這是生態(tài)學家高斯利用草履蟲完成的實驗。他在0.5mL培養(yǎng)液中放入5只草履蟲開始進行培養(yǎng)、計數(shù)，最終得到這樣一幅圖像。2．講述：

我們觀察到種群數(shù)量沒有呈現(xiàn)一直增長下去的趨勢，而是達到了一個最大值并穩(wěn)定下來。當然前提必須是環(huán)境條件不破壞。高斯通過數(shù)據(jù)分析，得出這個最大值是375只。也就是在這種條件下，0．5mL培養(yǎng)液最多能夠容納375只草履蟲。推而廣之，在現(xiàn)實條件下，其他生物種群數(shù)量是不是也會出現(xiàn)這樣一個最大值呢？科學家陸陸續(xù)續(xù)做了許多實驗，充分證明許多種群在實驗培養(yǎng)條件下，都呈現(xiàn)出這種變化趨勢。生物學上就把這種在環(huán)境條件不破壞的情況下，一定空間所能維持的種群最大數(shù)量稱為K值，也叫環(huán)境容納量。3．提問8：大家觀察這種曲線像什么英文字母呢？這種曲線形成的原因是什么呢？

8．認知性問題，通過繪制坐標圖，考察學生對“S”型曲線的理解情況，使學生認識K值并明確其定義。

4.提問9：大致呈現(xiàn)出什么樣的變化趨勢呢？有沒有K值？一直維持K值嗎？同一種群的K值會一直維持不變嗎？9.理解性問題為后面分析實際應(yīng)用做準備種群數(shù)量增長模型的應(yīng)用拯救瀕危生物，防治有害生物1．講述并提問10：事實上許多自然種群數(shù)量也都呈現(xiàn)出“S”型變化規(guī)律。根據(jù)這個規(guī)律我們能不能討論一下如何控制家鼠的數(shù)量，對于比如人見人愛的國寶大熊貓。我們?nèi)绾伪Ｗo防止數(shù)量下降呢？

對于老鼠那就是增大環(huán)境阻力，降低K值，對大熊貓降低環(huán)境阻力，提高K值。5．講述：

所以我們可以利用今天學習的種群數(shù)量增長知識，來進行瀕危生物的保護和有害生物的防治。10．評價性問題通過背景信息介紹，豐富教材資源，引導學生關(guān)注瀕危生物保護。訓練知識遷移能力。

自然種群

的數(shù)量變化1．講述：

我們運用種群數(shù)量增長模型解釋了一些生產(chǎn)生活中的實際問題。事實上，大部分自然種群的數(shù)量不會是單純的增加或減少。請大家觀察這幅圖片。科學家從1928～1977年長達52年間對一個歐洲灰鷺種群數(shù)量進行追蹤調(diào)查，最終繪制出這樣的變化曲線。

我們看到有些階段種群數(shù)量增加，有些則減少，也就是呈現(xiàn)出一種什么狀態(tài)？2．提問11：

什么因素會造成種群數(shù)量的波動呢？3．介紹：

科學家研究發(fā)現(xiàn)灰鷺數(shù)量減少的年份大多經(jīng)歷了寒冬；而數(shù)量持續(xù)增加的年份則是持續(xù)暖冬。可見氣候的確對種群數(shù)量起到了很大的影響。除此以外，食物的多少、天敵的多少還有就是像禽流感這樣的傳染病使很多鳥都死去，勢必引起種群數(shù)量的變動。像食物、天敵這樣，就要涉及到不同種生物之間的關(guān)系，這將是什么水平研究的問題呢？那我們下節(jié)課在“群落”中再繼續(xù)去探討它們對種群數(shù)量的影響。

11．分析性問題，訓練圖形分析能力。

為下節(jié)課群落水平的研究做鋪墊，同時結(jié)束本課。小結(jié)總結(jié)：從具體的生物現(xiàn)象與規(guī)律建立抽象的數(shù)學模型，又用抽象的數(shù)學模型來解釋具體的生物學現(xiàn)象與規(guī)律，這是學習本節(jié)的要旨?；仡櫛竟?jié)課內(nèi)容把握學習方法要旨。理解K值，并比較兩種曲線，引出環(huán)境阻力的影響。學情分析學生對生物學已經(jīng)有了一定的認識，對數(shù)學模型的概念也并不陌生，在學習生物學的其他內(nèi)容的時候，學生已運用過數(shù)學方法解決生物學的問題，例如，酶活性的變化規(guī)律曲線圖等。另外，通過必修1的學習，學生已經(jīng)有了一定的完成探究試驗的能力，在此基礎(chǔ)上，掌握構(gòu)建數(shù)學模型的理論，揭示生物學規(guī)律符合認知規(guī)律。效果分析整節(jié)課時間把握的松緊有度，學生活動積極有序，完成了既定的教學目標，但是課上只是通過部分題目進行了訓練，需要課下進一步復習鞏固。教材分析本節(jié)《種群數(shù)量的變化》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”。這部分在完成本節(jié)前兩部分內(nèi)容后單獨安排。建立數(shù)學模型的方法是本節(jié)科學方法教育的側(cè)重點。教材將如何建立數(shù)學模型放在突出的位置：“問題探討”中讓學生嘗試根據(jù)細菌繁殖速率的假設(shè)，建立細菌種群的增長模型，并設(shè)法進行驗證；正文第一部分結(jié)合“問題探討”中的實例，引導學生分析建構(gòu)數(shù)學模型的方法，并嘗試進行模型形式的轉(zhuǎn)換；在第二部分講述“J”型增長曲線時，又讓學生進一步體會建構(gòu)數(shù)學模型的方法。關(guān)于種群的數(shù)量變化，教材介紹了四種情況：“J”型增長、”S”型增長、波動和下降。應(yīng)當注意的是，教材一問題串的形式揭示了這四種情況之間的內(nèi)在聯(lián)系：在理想的無限環(huán)境中，即資源和空間十分充足，沒有天敵和其它災害等，種群數(shù)量會呈“J”型增長；而在自然界，資源和空間總是有限的，因此，即使出現(xiàn)“J”型增長，也不可能持續(xù)很久，經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量會在“K”值左右趨于穩(wěn)定，這種增長模型為“S”型增長；在有限環(huán)境中，種群數(shù)量是否都能在“K”值維持穩(wěn)定呢？不是的，由于氣候、食物、天敵、傳染病等因素的影響，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動的，在不利條件下，甚至會出現(xiàn)持續(xù)的下降乃至消亡。本節(jié)內(nèi)容還十分重視聯(lián)系社會實際，對學生進行情感態(tài)度價值觀的教育。《種群數(shù)量的變化》教學設(shè)計一、教材分析自然界中的種群，數(shù)量不是固定不變的，而是會在外界各種環(huán)境因素的影響下發(fā)生各種變化。在“第2節(jié)種群數(shù)量的變化”中，通過實例來說明如何建構(gòu)種群增長模型。詳細討論了種群增長的兩種方式，在理想環(huán)境中，種群增長呈“J”型曲線；在環(huán)境資源有限的情況下，種群增長呈“S”型曲線。種群增長的兩種曲線各有產(chǎn)生的條件和特點，還可以通過建構(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。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。最后文中分析了影響種群數(shù)量變化的各種因素，特別指出了人類對種群數(shù)量變化的重要影響。在教學過程中要注意進行人文主義教育。二、教學目標知識目標：說明建構(gòu)種群增長模型的方法。能力目標：1、通過討論細菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學模型。2、用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化。情感態(tài)度價值觀：關(guān)注人類活動對種群數(shù)量變化的影響。三、教學重難點教學重點：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。教學難點：建構(gòu)種群增長的數(shù)學模型。四、教學方法：討論法、探究法五、教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動教學意圖課堂引入關(guān)注種群數(shù)量的變化PPT展示全國第六次人口普查，神農(nóng)架地區(qū)金絲猴種群調(diào)查引入種群數(shù)量變化識別人口普查標志從學生近期熟悉的問題入手，引入新課內(nèi)容細菌種群數(shù)量增長數(shù)學模型的建構(gòu)從受污染的針頭引入細菌種群增長模型的建構(gòu)過程（播放細菌分裂動畫）提問：細菌數(shù)目的增多是通過什么生理活動來實現(xiàn)的？細菌的繁殖是一種分裂生殖，有研究表明有的細菌大約每20min繁殖一代。那么我們現(xiàn)在就以這樣一種細菌作為觀察和研究的對象學生思考并回答繁殖通過創(chuàng)設(shè)具體的情境，讓學生感受活生生的生命現(xiàn)象。細菌特定種群增長模型的構(gòu)建教師巡班，與學生討論，并給予適當?shù)闹笇Вㄖ饕钱嬊€，需要一定的數(shù)學功底）傾聽學生匯報，點評簡單介紹曲線圖和方程式的優(yōu)點學習目標一：建構(gòu)理想條件下細菌種群增長模型。探究一：1、1個細菌，如果在營養(yǎng)和生存空間等條件都適宜的情況下，以每20分鐘繁殖一代計算，會增殖為多少？請完成學案上的表格。2、如果我們用N表示細菌數(shù)量，n表示細菌繁殖的代數(shù)，請嘗試寫出細菌種群增長的公式。3、利用表格中的數(shù)據(jù)，以繁殖代數(shù)為橫軸，細菌數(shù)量為縱軸，嘗試畫出細菌種群增長的曲線。學生討論，由小組代表在黑板上展示，并作出簡要說明。學生基于已有的數(shù)學知識進行演算。繪圖，并從中認識細菌種群數(shù)量增長的數(shù)學規(guī)律。一般種群增長實例那么在自然條件下能否找到類似于細菌種群增長的例子呢？學生觀看PPT澳大利亞野兔美國環(huán)頸雉判斷其增長曲線是否符合細菌種群增長曲線判斷其公式是否能用細菌種群增長公式代替質(zhì)疑上一環(huán)節(jié)中得到的細菌種群增長數(shù)學模型一般種群增長模型構(gòu)建那么我們能不能將細菌種群增長的公式推導成能夠反映普遍種群，類似于細菌種群增長的公式的數(shù)學公式呢？傾聽學生匯報，點評學習目標二：構(gòu)建種群“J”型增長的數(shù)學模型探究二：1、如果種群的起始數(shù)量不是1個，而是No如果每經(jīng)歷一個繁殖期后，子代種群數(shù)量是原來的λ倍.如果繁殖一代的時間是確定的，繁殖代數(shù)用t代替n學生討論，學生代表匯報成果構(gòu)建適用于普遍種群增長的數(shù)學公式數(shù)學模型構(gòu)建的一般方法實際上，我們剛才所做的是對已經(jīng)構(gòu)建的數(shù)學模型進行檢驗與修正。有條件的話，我們還要親自去觀察實驗，來證實我們得到的數(shù)學模型是可靠的。建構(gòu)數(shù)學模型對于我們總結(jié)規(guī)律，認識事物本質(zhì)有著非常重要的作用，很多偉大的科學家都是建構(gòu)數(shù)學模型的大師，比如孟德爾，牛頓，愛因斯坦，很高興各位同學已經(jīng)具備了成為偉大科學家的潛質(zhì)。帶領(lǐng)學生小結(jié)J型曲線，以及條件。讓學生認識數(shù)學模型構(gòu)建的基本過程，熟悉并掌握這種技能。鼓勵學生在未來有更多的發(fā)現(xiàn)。種群S型增長向?qū)W生介紹中國人口和世界人口數(shù)量的變化，質(zhì)疑人口能否按J型增長持續(xù)下去？有沒有實例來證明呢？高斯實驗，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，曲線。傾聽學生匯報，點評探究三：地球的人口能否一直按“J”型曲線發(fā)展下去？做出你的判斷，并談一談你的理由。學生討論后，由學生代表發(fā)言匯報學習目標三：種群增長的“S”型曲線如何理解K值，S型曲線不同于J型曲線出現(xiàn)K值的原因是什么？K值的定義是什么？哪些因素可以影響到K值的大??？學生討論后，由學生代表發(fā)言匯報以人口不能無限增長為切入點，引導學生從理想條件走向有限條件種群數(shù)量的變化。種群數(shù)量的波動與下降種群數(shù)量達到K值后，一定在K值左右保持穩(wěn)定嗎？呈現(xiàn)蝗蟲，鯨魚實例教師解說傾聽學生匯報，點評觀看蝗蟲數(shù)量波動、鯨魚數(shù)量下降（日本殘忍捕殺鯨魚錄像）學生閱讀課本，分析蝗蟲數(shù)量波動，鯨魚種群數(shù)量下降的原因，由學生代表匯報討論成果氣候、食物、天敵、傳染病、人為因素。血腥的捕殺鯨魚畫面沖擊學生，讓學生認識到自然界中影響種群變化的因素很多，但是人類活動對自然界種群的影響越來越明顯。課堂反饋對比J型曲線和S型曲線的異同。以曲線的形式總結(jié)種群變化的多種形式和發(fā)生變化的原因由學生完成小結(jié)，并匯報?？偨Y(jié)課堂知識，完成對知識的梳理研究種群數(shù)量變化的意義教師對學生回答給予肯定，并逐一點評。學生活動1：對家鼠等有害生物的防治，有哪些措施，哪些措施可以長期控制鼠的數(shù)量？學生分組討論，匯報，（3分鐘）（板書：意義）學生活動2：白頭葉猴的保護尋求共識，科學保護野生動物結(jié)束作為一名高中生，我們又能為自然保護做些什么？板書設(shè)計：種群數(shù)量的變化方法（數(shù)學模型構(gòu)建）二、種群增長模型觀察對象