2023-2024學(xué)年人教版選擇性必修2 1-2 種群數(shù)量的變化 第1課時(shí) 教案

第2節(jié)種群數(shù)量的變化（第1課時(shí)）教學(xué)目標(biāo)1．通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化等活動，嘗試建立數(shù)學(xué)模型表征和解釋種群的數(shù)量變化。2．舉例說明種群的“J”形增長、“S”形增長、波動等數(shù)量變化情況。3．闡明環(huán)境容納量原理在實(shí)踐中的應(yīng)用。教學(xué)重難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】1．建構(gòu)種群增長模型的方法。2．種群的“J”形增長和“S”形增長?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。教學(xué)過程【新課引入】教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀問題探討的內(nèi)容，討論以下問題：72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？提示：72/0.3h=216。2216。第n代細(xì)菌的計(jì)算公式是什么？提示：如右圖，假設(shè)初始細(xì)菌是一個(gè)那么第n代Nn=2n。教師活動：在這個(gè)過程中教師提示學(xué)生Nn=2n就是一種數(shù)學(xué)模型，在學(xué)生解決這個(gè)問題的過程中就已經(jīng)在建構(gòu)一種數(shù)學(xué)模型了。在一個(gè)培養(yǎng)瓶中，細(xì)菌的數(shù)量會一直按照這個(gè)公式描述的趨勢增長嗎？如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？提示：不會，因?yàn)榕囵B(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的。【新知講解】建構(gòu)種群增長的模型的方法學(xué)生活動：依據(jù)問題探討中細(xì)菌分裂繁殖的背景，閱讀課本第7頁“建立數(shù)學(xué)模型”的過程總結(jié)建立數(shù)學(xué)模型的研究方法?；貧w問題探討中細(xì)菌的分裂繁殖：問題：細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量是多少？假設(shè)：資源和空間沒有限制，不受種群密度增加的影響。數(shù)學(xué)模型：Nn=2n。N代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代。檢驗(yàn)、修正模型：觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量。學(xué)生活動：學(xué)生填寫課本第8頁的表格并繪圖1-4，嘗試建構(gòu)另一種數(shù)學(xué)模型。時(shí)間/min20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量/個(gè)248163264128256512小結(jié)：細(xì)菌的增長模型類似于“J”形增長。教師活動：引導(dǎo)學(xué)生思考公式類的數(shù)學(xué)模型和曲線圖類的數(shù)學(xué)模型有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？提示：曲線圖更能直觀反映出種群的增長趨勢；但曲線圖表示的數(shù)學(xué)模型不夠精確。種群的“J”形增長過渡：自然界存在與細(xì)菌繁殖類似的“J”形增長類型嗎？學(xué)生活動：閱讀思考討論中的內(nèi)容，分析自然界種群增長的實(shí)例。思考下面的問題。這兩個(gè)資料中的種群增長有什么共同點(diǎn)？提示：種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢。種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么？提示：食物充足，缺少天敵等。這種種群增長趨勢能不能一直持續(xù)下去？為什么？提示：不能，因?yàn)檫@只是理想狀態(tài)，資源和空間是有限的。教師引導(dǎo)學(xué)生形成概念：自然界有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線則大致呈“J”形。這種類型的種群稱為“J”形增長。學(xué)生活動：建構(gòu)“J”形增長的模型。模型假設(shè)：食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等條件。種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍。該種群的起始數(shù)量為N0，建構(gòu)t年后該種群的數(shù)量Nt是多少？建立模型：Nt=N0λt教師展示問題：對于細(xì)菌的種群增長模型，λ是多少？含義是什么？提示：λ=2，表明種群數(shù)量是前一年數(shù)量的2倍。拓展：如果λ=1，或者λ<1，種群的數(shù)量怎么變化？提示：λ=1種群數(shù)量保持穩(wěn)定，此時(shí)出生率等于死亡率；λ<1種群數(shù)量在逐年下降，此時(shí)出生率小于死亡率。過渡：如果遇到資源空間等方面的限制，上述例子還會成“J”形增長嗎？種群的“S”形增長學(xué)生活動：閱讀課本第9頁圖1-5生態(tài)學(xué)家高斯培養(yǎng)大草履蟲的實(shí)驗(yàn)思考以下問題。大草履蟲種群增長的曲線與“J”形曲線有什么不同？提示：大草履蟲的種群增長曲線有頂點(diǎn)，最終呈“S”形。而“J”形曲線沒有頂點(diǎn)。為什么大草履蟲會出現(xiàn)“S”形曲線，它的生長環(huán)境與“思考討論”中的兩種動物有什么區(qū)別？提示：大草履蟲的生長環(huán)境有限，隨著數(shù)量增多，對食物和空間的競爭激烈，導(dǎo)致種群出生率降低，死亡率升高。而“思考討論”中的動物，生長在理想環(huán)境中，不存在生存競爭。根據(jù)大草履蟲的增長曲線，分析在不同的時(shí)間段種群的增長有什么不同？提示：初始階段增長較快，斜率在慢慢變大。在第2天到第3天的時(shí)候，種群的斜率最大，這個(gè)時(shí)候種群增長最快。隨著種內(nèi)競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，斜率在慢慢減小，最終當(dāng)出生率等于死亡率時(shí)，斜率為0，種群停止增長，穩(wěn)定在一定水平。在實(shí)驗(yàn)的第5天后，大草履蟲的數(shù)量基本維持在375左右，這個(gè)數(shù)值有什么含義？提示：這個(gè)數(shù)值稱為環(huán)境容納量，一定的環(huán)境條件下所能維持的種群最大數(shù)量，稱為環(huán)境容納量。大草履蟲增長速度最快的點(diǎn)，對應(yīng)的種群數(shù)量是多少？提示：大致在K/2。此時(shí)出生率大于死亡率，種群增長速率最大。設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生對高斯實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖像的分析，結(jié)合問題一步步引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生主動建構(gòu)“S”形增長曲線數(shù)學(xué)模型的能力。在學(xué)生主動解決問題的過程中，深入理解數(shù)學(xué)模型各部分的含義。小結(jié)：教師展示“S”形增長曲線的模型，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)t1和t2對應(yīng)的種群數(shù)量。根據(jù)“S”形曲線總結(jié)種群增長速率的曲線，以及各點(diǎn)的含義。拓展延伸1：用曲線圖表示K值、K/2的方法。圖中B、C、E、J所對應(yīng)的種群數(shù)量為K值，A、D、F所對應(yīng)的種群數(shù)量為K/2。拓展延伸2K值、K/2的應(yīng)用：K值：減小環(huán)境阻力→增大K值→保護(hù)野生生物資源，例如大熊貓。增大環(huán)境阻力→降低K值→防治有害生物，例如鼠、蚊、蠅等。草原最大畜牧量不超過K值→合理確定載畜量。K/2：漁業(yè)捕撈后的種群數(shù)量要在K/2值處，捕撈后種群數(shù)量增長最快。K/2值前防治有害生物，嚴(yán)防達(dá)到K/2值處。種群數(shù)量的波動教師活動：引導(dǎo)學(xué)生思考“種群達(dá)到K值后，其數(shù)量一定會在K值左右保持穩(wěn)定嗎？”提示：不一定，種群數(shù)量圍繞環(huán)境容納量上下波動，種群數(shù)量的最大數(shù)量可以大于環(huán)境容納量。學(xué)生活動：閱讀課本第10頁的內(nèi)容，思考東亞飛蝗種群數(shù)量波動、鯨魚種群數(shù)量下降的原因可能有哪些？提示：原因主要有氣候、食物、天敵、傳染病、人為因素等方面。教師引導(dǎo)學(xué)生思考，如何利用種群數(shù)量變化的模型解釋鯨數(shù)量急劇下降，甚至瀕臨滅絕的現(xiàn)象？如何保護(hù)鯨，使其恢復(fù)正常的種群數(shù)量？提示：過渡捕撈鯨，使其種群數(shù)量遠(yuǎn)低于K/2，個(gè)體數(shù)量太低無法延續(xù)種群，出生率太低，以至于種群數(shù)量急劇下降。為了恢復(fù)其種群的正常繁衍，必須積極改善棲息環(huán)境，增加出生率，減少人為過渡捕撈。K值不是一成不變的，環(huán)境被破壞，K值下降，環(huán)境改善，K值上升?！菊n堂小結(jié)】教師活動：提出兩個(gè)問題，在解決問題中復(fù)習(xí)并強(qiáng)化本節(jié)課的內(nèi)容。建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的一般步驟有哪些？種群數(shù)量的變化規(guī)律可以用哪些模型描述？學(xué)生活動：學(xué)生思考并回答上述問題。學(xué)生活動：總結(jié)種群增長的“J”形曲線和“S”形曲線。項(xiàng)目“J”形曲線“S”形曲線前提條件理想狀態(tài)：食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵等現(xiàn)實(shí)狀態(tài)：資源空間有限；各種生態(tài)因素綜合作用曲線模型特點(diǎn)種群以一定的倍數(shù)連續(xù)增長Nt=N0λt種群數(shù)量在達(dá)到環(huán)境容納量K值后，將在K值上下保持相對穩(wěn)定K值有無無K值有K值形成原因無種內(nèi)斗爭，缺少天敵，資源和空間條件充裕，氣候適宜種內(nèi)斗爭加劇，捕食者數(shù)量增多聯(lián)系設(shè)計(jì)意圖：這是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，教師設(shè)計(jì)好表格，培養(yǎng)學(xué)生自己比較、歸納的能力?！菊n堂檢測】一個(gè)種群在t年后的個(gè)體數(shù)量符合公式Nt=N0λt，無須符合的條件是（B）A．氣候適宜B．出生率等于死亡率C．沒有敵害D．食物和空間條件充裕2．下列有關(guān)種群“S”型增長的敘述，不正確的是（B）A．種群生存的資源和空間是有限的B．同一種群的K值是固定不變的C．K/2值時(shí)種群的增長速率達(dá)到最大D．達(dá)到K值時(shí)種群的出生率與死亡率相等3．田鼠施一種群居的植