高一生物人教版必修3教學教案第四章第2節(jié)種群數(shù)量的變化

《種群數(shù)量的變化》教學設計指導思想北師大肖川教授認為：“從學科角度講，要為素養(yǎng)而教，學科及其教學是為學生素養(yǎng)服務的，而不是為學科而教，把教學局限于狹隘的學科本位中，過分的注重本學科的知識與內(nèi)容，任務和要求，這樣講十分不利于培養(yǎng)視野開闊、才思敏捷并具有豐富文化素養(yǎng)和哲學氣質(zhì)的人才。”生物學核心素養(yǎng)的形成不是自然形成的，而是以生物知識為載體，通過具有針對性的有效課堂教學逐步培育的。美國《國家科學教育標準》把模型和科學事實、概念、原理、理論并列為科學主題的重點，在我國高中生物課程標準中也把模型建構作為極為重要的研究方法收納入了高中生物教學實踐之中，其中數(shù)學模型是常見的模型方法之一二、教材分析《種群數(shù)量的變化》是人教版高中生物必修3第四章第2節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)課分為2個課時，第一課時的內(nèi)容分別是“建構種群增長模型的方法”、“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”，第二課時的內(nèi)容“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”探究實驗。本節(jié)課為第一課時。本節(jié)課重點研究種群數(shù)量的變化，與《種群的特征》介紹最基本的特征——種群密度是密不可分的，同時種群數(shù)量的變化與種群所生存的環(huán)境條件，如天敵、食物等有著很大的關系，因而為第3節(jié)群落的特征和第五章生態(tài)系統(tǒng)的引出作了鋪墊。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。提高學生的社會責任感，養(yǎng)成正確的生命觀念。三、學情分析本課的學習主要是以探究構建數(shù)學模型為主，因此需要學生有一定的數(shù)學功底。本冊為高中必修3第4章的內(nèi)容，對象是高二或高三學生，他們具有一定的數(shù)學能力，對這樣的數(shù)學模型構建來說還是較有能力能夠把握的，最多需要一些小小的提示。因此，可以讓學生進行小組探討活動，而不用為他們講解太多。對于種群數(shù)量變化的幾種形式則較易于理解。同時，也需要學生對上一節(jié)課的知識掌握比較充分，才有利于這節(jié)課的進行。四、教學目標知識目標：1.

說明建構種群增長模型的方法。（理解水平）2.

解釋種群數(shù)量增長的類型和成立條件。（理解水平）情感態(tài)度價值觀目標：1.關注人類活動對生物的影響（認同水平）2.確立生物與環(huán)境之間的相互影響的生物學觀念（領悟水平）能力目標：1、通過討論細菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構種群增長的數(shù)學模型（模仿水平）2、運用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化（獨立操作水平）五、重難點重點：嘗試建構種群增長的“J”型、“S”型數(shù)學模型，解釋種群數(shù)量增長的類型和成立條件，并據(jù)此解釋實際生活中的種群數(shù)量變化的實際問題難點：研究種群數(shù)量的方法──建立數(shù)學模型六、教學過程（一）導言以俄羅斯境內(nèi)爆發(fā)的蝗蟲視頻資料為切入點，提出問題：蝗蟲種群數(shù)量是如何變化的？導致蝗蟲爆發(fā)的原因是什么？如果防治蝗蟲？從而引出本節(jié)課設計意圖：以與生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關的實例引入，通過視頻的視覺效果，學生一方面關注了種群數(shù)量的變化，一方面關注蝗蟲防治的方法，激發(fā)學生的學習興趣和解決實際問題的愿望。（二）新課活動一：建立種群增長的數(shù)學模型情境一：以問題探討中細菌增長為情境引入：科學家通過大量的觀察發(fā)現(xiàn)，細菌主要以二分裂的方式進行繁殖，且在條件適宜時，每20分鐘分裂一次,根據(jù)此情境完成以下問題：1.完善表格并根據(jù)表中數(shù)據(jù)以時間為橫軸，以細菌數(shù)量為縱軸繪制曲線時間(min)020406080100120140160代數(shù)（n）012345678細菌個數(shù)（N）12481632641282562.觀察上述表格中的數(shù)據(jù)，細菌個數(shù)（N）與代數(shù)（n）之間的關系是_________N=2n追問：2代表什么含義？3.72小時后，一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？4.若把起始細菌數(shù)量增加到5，則公式該有什么變化?曲線有什么變化？5.在一個培養(yǎng)基中，細菌的數(shù)量會按照上述公式一直增長嗎？為什么？如何驗證你的觀點？情境二：生態(tài)學家高斯做了類似的實驗生態(tài)學家高斯曾經(jīng)做過這樣一個實驗：在0.5ml培養(yǎng)液中，放入5個大草履蟲，然后每隔24小時，統(tǒng)計一次草履蟲的數(shù)量，經(jīng)過反復實驗，得出了如下表的數(shù)據(jù)和如圖所示的曲線。時間（天）1234567數(shù)量550110290375375376總結：得出建構數(shù)學模型的方法第一步：觀察現(xiàn)象，提出問題：這是建立數(shù)學模型的基礎，在這一基礎上運用數(shù)學方法將生物學問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題第二步：提出合理的假設：這是數(shù)學模型成立的前提條件，假設不同，所建立的模型也不同第三步：運用數(shù)學語言進行表達：形式有公式、曲線等第四步：對模型進行檢驗和修正。由于生物現(xiàn)象的復雜性和不確定性，需要通過大量的實驗和觀察，對模型進行檢驗和修正。例如S型曲線的得出就是對種群數(shù)量增長的修正過程。設計意圖：本節(jié)課內(nèi)容，在課程標準的內(nèi)容標準中的要求是“嘗試建立數(shù)學模型解釋種群的數(shù)量變動”，屬于能力目標的模仿水平和知識目標的理解水平，要求層次很高，這就要求教師在處理這部分內(nèi)容時，即不能脫離生物現(xiàn)象單純研究數(shù)學問題，也不能完全拋開數(shù)學模型只講生物知識，所以在研究種群數(shù)量變化之前，必需先讓學生理解研究方法，掌握研究方法之后再研究數(shù)量變化的規(guī)律，比較符合學生的認知水平。教材中以細菌的種群增長為例介紹了建構數(shù)學模型的方法，在教學中如果按部就班地按照教材呈現(xiàn)的方式和順序進行難免重復，這樣浪費了大量的時間，也不利于學生興趣的激發(fā)，所以教師可以對教材的資源進行調(diào)整，以適應自己的教學，從而突破教學難點。活動二：分析種群數(shù)量增長的規(guī)律PPT展示以下問題，學生討論，研究1.J型曲線的變化趨勢是？有無K值？J型曲線形成的原因是什么？2.描述S型曲線并分析S型曲線形成的原因？（1）分析B點和D點出生率和死亡率的關系？（2）AB段數(shù)量增長慢的原因？（3）種群數(shù)量增長最快的是哪一段？（4）CD變慢的可能原因是什么？3.如果我把兩條曲線放到同一個坐標系中，陰影部分所代表的含義是什么？設計意圖：解釋種群數(shù)量增長的類型和成立條件是本節(jié)課的一個重點內(nèi)容，以上問題設置是從曲線分析入手，通過問題引導，得出J型曲線和S型曲線成立的條件，水到渠成，符合學生認知規(guī)律。活動三：分析J型曲線和S型曲線的增長率和增長速率學生討論以下問題：并繪制增長率和增長速率曲線1.根據(jù)導學案中給出的增長率和增長速率的公式，繪制J型曲線增長率和增長速率隨時間變化的曲線，根據(jù)高斯實驗結果繪制S型曲線增長率和增長速率的曲線注：λ=現(xiàn)有個數(shù)/原來個數(shù)增長率=出生率死亡率=（現(xiàn)有個數(shù)原來個數(shù)）/原來個數(shù)增長速率=（現(xiàn)有個數(shù)原來個數(shù)）/時間，即曲線的斜率高斯實驗的結果時間（天）1234567數(shù)量5501102903753753762.分析當λ＞1λ=10＜λ＜1時種群數(shù)量如何變化？3.分析K值時、大于K/2、小于K/2時種群的年齡組成設計意圖：模型教學應該避免學生糾結與數(shù)學問題，而忽略了生物學問題。通常在本節(jié)課教學時，通過建構數(shù)學模型得出了種群數(shù)量增長的J型曲線和S型曲線，之后要進行兩條曲線增長率和增長速率的分析，這個時候?qū)W生往往會把重點放在如何繪制曲線，多數(shù)學生會對曲線求導，浪費了大量的時間，還沒有完成生物學的分析。所以在此處教學時，可以采取這樣的策略：給出三個計算公式，學生根據(jù)公式繪制J型曲線的增長率和增長速率，學生很容易得出結果。然后出示高斯的實驗數(shù)據(jù)，再結合公式進行計算，即可得出S型曲線的增長率和增長速率的曲線。然后再分析λ和K值，這樣很容易得出規(guī)律?；顒铀模篠型曲線在生產(chǎn)實踐中的應用通過活動三得到的S型曲線的增長速率曲線分析以下問題：1.分析大熊貓頻臨滅絕的原因，有效的保護措施是什么？2.捕魚時在哪點捕撈可以獲得單次最大捕撈量，如果持續(xù)捕魚最好在哪點捕？3.老鼠的防治在哪點最好？可以采取哪些防治措施？4.能否使東亞飛蝗徹底消