种群的数量变化教学设计

章节名称 第四章 种群和群落 2. 种群的数量变化 课程标准：人民教育出版社 高中生物 本节（课）学习目标： 知识和能力:（1）说明建构种群增长模型的方法。 学时 1 学习目标 学生特征 （2）比较种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线。 （3）尝试运用数学模型解释种群数量的变化，初步学会使用数学方法处理、解释数据。 过程和方法:讲授法、讨论法、举例法相结合 情感态度和价值观:认识生物科学的价值，关注人类活动对种群数量变化的影响，理解人与自然和谐发展的意义，树立可持续发展观念。 从能力的方面说，此时的学生已经具备相对较强的探究、分析、解决问题的能力，具有一定的生物科学素养。从知识方面说，高二的学生已经具有与数学建模相关的数学知识储备，学生的生活体验也足以理解种群数量变化。所以，这堂课的学习，是在教师的引导下，学生将种群数量变化的生物学问题归结成数学问题，进而应用建模成果去解决身边的环境问题。 具 体 描 述 语 句 学 习 4.2—1 目 4.4---2 标 4.2---3 4.2---4 描 4.2---5 述 知识点 学习 编 号 目标 说明建构种群增长模型的方法 能解释J型曲线和S型曲线 理解 理解种群增长速率和增长率,会画相应的曲线 应用 知道种群数量的其他变化及原因 清楚研究数量变化的意义 项 目 内 容 解 决 措 施 教学重点 教学难点 尝试建构种群增长的数学模型， 建构种群增长的数学模型。 根据模型解释种群数量的变化 课程名称 种群数量的变化 设计者 吴梦军 单位（学校） 林州一中 授课班级 34 教学媒体（资源）的选择 知识点 编 号 1 2 3 4 5 学习 目标 同上 占媒体 教学 使用 用 媒体 媒体内容要点 所 得 结 论 类型 作用 方式 时来源 间 图片 图表展示体会过程 BF F 体会模型的建5 自制与网网络 构过程 上下载 文字 5 图片 图片和坐标曲线 AC E 理解曲线的意 义 坐标图 增长速率和增长率的变化 F BF 掌握数量增长7 曲线 特征 图片 根据图片掌握数量变化的E F 知道数量的变3 不同情况 化类型 事例 根据图片和文字理解种群FJ BH 掌握了数量变10 图片 数量变化的意义 化的意义 ①媒体在教学中的作用分为：A.提供事实，建立经验；B.创设情境，引发动机；C.举例验证，建立概念；D.提供示范，正确操作；E.呈现过程，形成表象；F.演绎原理，启发思维；G.设难置疑，引起思辨；H.展示事例，开阔视野；I.欣赏审美，陶冶情操；J.归纳总结，复习巩固；K.自定义。 ②媒体的使用方式包括：A.设疑—播放—讲解；B.设疑—播放—讨论；C.讲解—播放—概括；D.讲解—播放—举例；E.播放—提问—讲解；F.播放—讨论—总结；G.边播放、边讲解；H. 边播放、边议论；I.学习者自己操作媒体进行学习；J.自定义。 【教学过程】 环 节 教 学 活 动 教 师 活 动 学生活动 设 计 意 图 创 设 情 境 图文展示鲸鱼、金丝猴、 水葫芦、蝗虫等数量变化。 以上实例描述的都是同一类问题，即种群数量的变化。研究种群数量变化对于我们的生产、生活，乃至整个自然界都有重要的意义。 首先，让我们以细菌作为研究对象，体会种群数量变化的研究方法。 【问题讨论】在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20min通过分裂繁殖一代。若将一个细菌在培养基上长期培养，请将细菌在不同时间的种群数量填入表格。 根据表格中细菌种群数量变化数据，请同学们写出数学表达式，并绘出细菌数量随时间变化的曲线图。 数学表达式能够准确地表示细菌种群的数量变化，曲线图能够清晰、直观地描述细菌种群数量变化趋势。 [思考] 假设：种群的起始数量为N0；每年的增长率都不变，第二年是第一年的λ倍；t年后该种群的数量用Nt表示。那么，我们能否模拟细菌种群增长的表达式，推导出一个反映一般种群增长的数学表达式呢？ 到此，我们得到的仅仅是种群增长的一种可能数学表达式，实际上是不是这样的，我们还不知道，要回答这个问题，我们必须进入下一个步骤：通过进一步实验或观察，对模型进行检验或修正。 t下面让我们用草履虫实验来验证Nt= N0λ这类模型是否正确。 某同学做了这样的实验：以单细胞原生生物草履虫（进行分裂生殖）作为实验对象，将提纯的草履虫种群放在50ml的烧杯中，用稻草秸杆溶液培养，每天进行观察、计数，并作好记录。每天计数、记录后马上分装到更大的容器中，并添加新的稻草秸杆培养溶液，计数、记录。连续计时间 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第六天 通过震撼人心的事例，调动学生的积极性，激发学习热情。 培养学生分析、归纳、语言表达能力和协作精神。 将构建的模型进行推广应用，培养学生的知识迁移能力，增强学生的学习主动性 建 构 种 群 增 长 模 型 个数 1500 1580 4006 7820 16180 28130 数、记录6天。下表是平均每毫升溶液中草履虫的种群数量： 转换为曲线图见课件。我们可以通过计算机 学生思考、讨论，以数据、表格、曲线图等方式表达自己的想法。 学生思考、讨论完成模型建构：Nt= tN0λ 思考、回答： 推导出相关的方程式。 [思考] 实际情况与我们的假设是否相符？ 实际情况与我们的假设相符，说明假设是正确的。这样，我们就可以把得到的数学表达式或者曲线图叫做描述种群数量增长的数学模型。我们将这种研究种群数量变化的方法称为建构种群增长的数学模型。让我们来回顾一下建构数学模型的过程： 观察研究对象，提出问题 ↓ 做出合理假设 ↓ 进行数学表达 ↓ 检验或修正 对于以上问题，大家是否还有不明白的问题？ 老师在看到下面的实验后，产生了困惑。 生态学家高斯，用大草履虫重复做过一个实验，根据实验数据绘制大草履虫数量变化的数学曲线如下图。 [思考]高斯的曲线和某同学的曲线为什么不同？ 如果我们在实际研究中，出现这样的问题，即数学表达式和曲线与假设不符，那么，我们的假设就有问题。需要重新审视研究对象，作出新 的假设，构建新的数学模型，并进行检验与修正，直到模型与假设相符为止。可见，生物学模型的建构过程是一个复杂、谨慎、精益求精，力求完美的过程。 相符，分析数学t表达式与Nt= N0λ的对应关系。 与教师一起梳理构建数学模型的过程。 建构“S”型增长数学模型 讨论、分析：条件不同 帮助学生学会梳理自己的思维过程，总结构建种群增长数学模型的一般步骤。 通过老师制造问题矛盾，进行对比，挖掘事物的本质，明确两种曲线产生差异的原因 再一次渗透模型建构方法 ，培养学生严谨的科学思维和科学态度 通过上面两个实验，我们可以得出这样的结论：不同环境条件下，即使是同种生物，种群的 增长模型也可能不同。我们将这两种曲线分别称 为“J”型和“S”型增长曲线。 [思考] “J” 1、“J”型和“S”型增长曲线产生的条件？ 型 2、如何理解K值？ 增 长 和 种 群 数 量 变化的类 型 稳 定 、 波 动 和 下 降 “S” 型 增 长 【讨论】展示环颈雉和绵羊的种群数量变化曲线。讨论： ①种群增长类型，以及产生这种类型的原因。 ②再过若干年，这个种群的变化趋势将会怎样？ 由于食物、资源、空间、天敌等综合因素的影响，种群很难维持稳定，更多情况会处在波动中。例如：东亚飞蝗种群数量的波动、北美美洲兔和猞猁种群的数量变化。 [讨论]引起种群数量波动的原因有哪些？ 在不利条件之下，种群数量还会急剧下降，甚至灭亡。例如：鲨鱼、白鳍豚等。 [讨论]引起种群数量下降的原因有哪些？ 我们研究种群数量变化，目的在于为生产、生活实践提供理论指导。 【讨论】展示图片，引导学生总结研究意义。 1、请提出一些保护鲨鱼、大熊猫等生物和控制鼠害的有效措施。 2、试分析这些措施实质上是针对数学模型中的哪些参数？ 随着人口的增长，科技水平的提高，人类活动范围逐步扩大，对自然界种群数量变化的影响也越来越大。例如，大型鲨鱼数量锐减，它们的猎物，包括小型鲨鱼、鳐鱼等数量急剧上升。而 思考、回答： 1、“J”型增长：理想条件，食物和空间条件比较充裕、气候适宜、没有敌害等条件下。 “S”型增长: 自然条件，资源、空间有限 2、最大环境容纳量 学生讨论 通过具体实例，理解环境条件对种群数量的影响，加深理解两种曲线的区别 分析、讨论 分析、讨论 学生思考、讨论，通过师生互动、生生互动完成。 5. （1）合理利用和保护生物资源，拯救濒危物种。 （2）为害虫的预测及防治提供科学依据。 （3）为引进外来物种提供理性的思考 了解种群数量变化的其它类型 培养学生理论联系实际，关注人与社会、人与自然的和谐发展 研 究 意 义 课 堂 总 结 这些生物能破坏海草，使许多海洋生物失去栖息地。由于鳐鱼的掠夺行为，美国北卡罗来纳州长达一个世纪的海湾扇贝水产业于2004年被迫终结。 正所谓“天地有大美而不言”， 研究种群数量变化对于我们合理利用资源，实现人与自然的和谐发展有着重要的意义。 反馈习题 学生做练习 及时反馈学生对知识的掌握情况。 课堂 作业 家庭 作业 板 书 设 计 §4-2 种群数量的变化 一、研究方法----建构数学模型 二、类型 （一）增长 1、 “J”型曲线 2、 “S”型曲线 K 环境阻力 ==========〉 条件：理想条件，食物和空间条件充裕、 条件：自然条件，资源空间有限 气候适宜、没有敌害等 t 数学表达式：Nt= N0λ有最大环境容纳量K值 （二）稳定、波动、下降 三、研究种群数量变化的意义 （1）上课学生积极配合。 （2）本节课运用了数学模型建构，要求学生具有一定的数学应变能力，由于本节课准备充分、铺垫到位，学生没有感觉到吃力，在轻松的氛围下完成了模型建构。 （3）大量的文字和图片资料丰富了课堂内容，尤其是人类捕杀鲸鱼的照片和资料，充分体现出人类活动对鲸鱼种群数量变化的影响，深深地触动了学生的心灵，不必高声呐喊，学生也能够理解人与自然和谐发展的意义、树立可持续发展观念的重要性，于无声中完成了德育目标的渗透。 唯一觉得遗憾的是，生物学科是一门实验科学，本节课的实验“探究酵母菌数量变化”由于缺少实验设备而不能由学生操作完成。再丰富的间接数据素材也不如学生亲手操作真实可信，如果以后有条件，一定要给学生补上。 教 学 反 思