高一生物人教版必修3教學(xué)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(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想北師大肖川教授認(rèn)為：“從學(xué)科角度講，要為素養(yǎng)而教，學(xué)科及其教學(xué)是為學(xué)生素養(yǎng)服務(wù)的，而不是為學(xué)科而教，把教學(xué)局限于狹隘的學(xué)科本位中，過分的注重本學(xué)科的知識(shí)與內(nèi)容，任務(wù)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(xué)氣質(zhì)的人才。”生物學(xué)核心素養(yǎng)的形成不是自然形成的，而是以生物知識(shí)為載體，通過具有針對性的有效課堂教學(xué)逐步培育的。美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》把模型和科學(xué)事實(shí)、概念、原理、理論并列為科學(xué)主題的重點(diǎn)，在我國高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)中也把模型建構(gòu)作為極為重要的研究方法收納入了高中生物教學(xué)實(shí)踐之中，其中數(shù)學(xué)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(gè)課時(shí)，第一課時(shí)的內(nèi)容分別是“建構(gòu)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(dòng)和下降”，第二課時(shí)的內(nèi)容“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”探究實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課為第一課時(shí)。本節(jié)課重點(diǎn)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(shí)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(guān)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(xué)生的環(huán)境保護(hù)及正確的資源利用意識(shí)。提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，養(yǎng)成正確的生命觀念。三、學(xué)情分析本課的學(xué)習(xí)主要是以探究構(gòu)建數(shù)學(xué)模型為主，因此需要學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)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(xué)生，他們具有一定的數(shù)學(xué)能力，對這樣的數(shù)學(xué)模型構(gòu)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(xué)生進(jìn)行小組探討活動(dòng)，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(shí)，也需要學(xué)生對上一節(jié)課的知識(shí)掌握比較充分，才有利于這節(jié)課的進(jìn)行。四、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.

說明建構(gòu)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(jià)值觀目標(biāo)：1.關(guān)注人類活動(dòng)對生物的影響（認(rèn)同水平）2.確立生物與環(huán)境之間的相互影響的生物學(xué)觀念（領(lǐng)悟水平）能力目標(biāo)：1、通過討論細(xì)菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型（模仿水平）2、運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化（獨(dú)立操作水平）五、重難點(diǎn)重點(diǎn)：嘗試建構(gòu)種群增長的“J”型、“S”型數(shù)學(xué)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(shí)際生活中的種群數(shù)量變化的實(shí)際問題難點(diǎn)：研究種群數(shù)量的方法──建立數(shù)學(xué)模型六、教學(xué)過程（一）導(dǎo)言以俄羅斯境內(nèi)爆發(fā)的蝗蟲視頻資料為切入點(diǎn)，提出問題：蝗蟲種群數(shù)量是如何變化的？導(dǎo)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(shè)計(jì)意圖：以與生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)的實(shí)例引入，通過視頻的視覺效果，學(xué)生一方面關(guān)注了種群數(shù)量的變化，一方面關(guān)注蝗蟲防治的方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實(shí)際問題的愿望。（二）新課活動(dòng)一：建立種群增長的數(shù)學(xué)模型情境一：以問題探討中細(xì)菌增長為情境引入：科學(xué)家通過大量的觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌主要以二分裂的方式進(jìn)行繁殖，且在條件適宜時(shí)，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(shí)間為橫軸，以細(xì)菌數(shù)量為縱軸繪制曲線時(shí)間(min)020406080100120140160代數(shù)（n）012345678細(xì)菌個(gè)數(shù)（N）12481632641282562.觀察上述表格中的數(shù)據(jù)，細(xì)菌個(gè)數(shù)（N）與代數(shù)（n）之間的關(guān)系是_________N=2n追問：2代表什么含義？3.72小時(shí)后，一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？4.若把起始細(xì)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(gè)培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會(huì)按照上述公式一直增長嗎？為什么？如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？情境二：生態(tài)學(xué)家高斯做了類似的實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在0.5ml培養(yǎng)液中，放入5個(gè)大草履蟲，然后每隔24小時(shí)，統(tǒng)計(jì)一次草履蟲的數(shù)量，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如下表的數(shù)據(jù)和如圖所示的曲線。時(shí)間（天）1234567數(shù)量550110290375375376總結(jié)：得出建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法第一步：觀察現(xiàn)象，提出問題：這是建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，在這一基礎(chǔ)上運(yùn)用數(shù)學(xué)方法將生物學(xué)問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題第二步：提出合理的假設(shè)：這是數(shù)學(xué)模型成立的前提條件，假設(shè)不同，所建立的模型也不同第三步：運(yùn)用數(shù)學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)：形式有公式、曲線等第四步：對模型進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。由于生物現(xiàn)象的復(fù)雜性和不確定性，需要通過大量的實(shí)驗(yàn)和觀察，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)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(shè)計(jì)意圖：本節(jié)課內(nèi)容，在課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中的要求是“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”，屬于能力目標(biāo)的模仿水平和知識(shí)目標(biāo)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(shí)，即不能脫離生物現(xiàn)象單純研究數(shù)學(xué)問題，也不能完全拋開數(shù)學(xué)模型只講生物知識(shí)，所以在研究種群數(shù)量變化之前，必需先讓學(xué)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(xué)生的認(rèn)知水平。教材中以細(xì)菌的種群增長為例介紹了建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法，在教學(xué)中如果按部就班地按照教材呈現(xiàn)的方式和順序進(jìn)行難免重復(fù)，這樣浪費(fèi)了大量的時(shí)間，也不利于學(xué)生興趣的激發(fā)，所以教師可以對教材的資源進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)自己的教學(xué)，從而突破教學(xué)難點(diǎn)?；顒?dòng)二：分析種群數(shù)量增長的規(guī)律PPT展示以下問題，學(xué)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(diǎn)和D點(diǎn)出生率和死亡率的關(guān)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(gè)坐標(biāo)系中，陰影部分所代表的含義是什么？設(shè)計(jì)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(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，以上問題設(shè)置是從曲線分析入手，通過問題引導(dǎo)，得出J型曲線和S型曲線成立的條件，水到渠成，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律?；顒?dòng)三：分析J型曲線和S型曲線的增長率和增長速率學(xué)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(dǎo)學(xué)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(shí)間變化的曲線，根據(jù)高斯實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制S型曲線增長率和增長速率的曲線注：λ=現(xiàn)有個(gè)數(shù)/原來個(gè)數(shù)增長率=出生率死亡率=（現(xiàn)有個(gè)數(shù)原來個(gè)數(shù)）/原來個(gè)數(shù)增長速率=（現(xiàn)有個(gè)數(shù)原來個(gè)數(shù)）/時(shí)間，即曲線的斜率高斯實(shí)驗(yàn)的結(jié)果時(shí)間（天）1234567數(shù)量5501102903753753762.分析當(dāng)λ＞1λ=10＜λ＜1時(shí)種群數(shù)量如何變化？3.分析K值時(shí)、大于K/2、小于K/2時(shí)種群的年齡組成設(shè)計(jì)意圖：模型教學(xué)應(yīng)該避免學(xué)生糾結(jié)與數(shù)學(xué)問題，而忽略了生物學(xué)問題。通常在本節(jié)課教學(xué)時(shí)，通過建構(gòu)數(shù)學(xué)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(jìn)行兩條曲線增長率和增長速率的分析，這個(gè)時(shí)候?qū)W生往往會(huì)把重點(diǎn)放在如何繪制曲線，多數(shù)學(xué)生會(huì)對曲線求導(dǎo)，浪費(fèi)了大量的時(shí)間，還沒有完成生物學(xué)的分析。所以在此處教學(xué)時(shí)，可以采取這樣的策略：給出三個(gè)計(jì)算公式，學(xué)生根據(jù)公式繪制J型曲線的增長率和增長速率，學(xué)生很容易得出結(jié)果。然后出示高斯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再結(jié)合公式進(jìn)行計(jì)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。活動(dòng)四：S型曲線在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用通過活動(dòng)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(hù)措施是什么？2.捕魚時(shí)在哪點(diǎn)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(diǎn)捕？3.老鼠的防治在哪點(diǎn)最好？可以采取哪些防治措施？4.能否使東亞飛蝗徹底消