2021-2022学年高二生物人教版必修三教案：4.2种群数量的变化-Word版含答案.docx

4.2 种群数量的变化一、教材分析在课程标准的内容标准中规定了“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”。该条内容标准有两层涵义：其一，“尝试建立数学模型”属仿照性技能目标，旨在通过原形示范（细菌的数量增长）和具体指导，同学能完成建立数学模型；其二，“解释种群的数量变动”属理解水平的学问目标，旨在把握数学模型（抽象）与种群的数量变动（具体）之间的内在规律联系。高中同学对数学模型的概念并不生疏，在学习生物学其他内容时，同学已对运用数学解决生物学中的问题有了肯定的生疏，例如，对遗传规律的生疏。因此，本节是在同学已有学问的基础上，重新建构新的学问建构揭示生物学规律的数学模型。本节的引入有两种思路：一是依据教材的编排挨次进行，即以“问题探讨”引入，然后逐步开放教学，将本节的探究活动作为验证性试验活动；二是将本节的探究活动作为争辩性学习内容，事先布置让同学（或部分同学）在课外完成。从同学在活动中产生的问题或体验引入，结合教材中的“问题探讨” 和“建构种群增长模型的方法”，争辩相关内容，开放教学。二、教学目标1、说明建构种群增长模型的方法。2、通过探究培育液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型。3、用数学模型解释种群数量的变化。4、关注人类活动对种群数量变化的影响。三、教学重点、难点及解决方法1、教学重点及解决方法教学重点尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。解决方法遵循具体抽象再具体再抽象的轨迹教学。通过探究活动来验证。2、教学难点及解决方法教学难点 建构种群增长的数学模型。解决方法 同上。四、课时支配2课时。五、教学方法启发式、探究法。 教具预备： 课件、探究材料。六、同学活动1、同学争辩、思考、回答问题。 2、同学完成教材中探究活动的操作。七、教学程序（一）明确目标（二）重点、难点的教学与目标完成过程第1课时播放细菌分裂的录像或演示细菌分裂的计算机模拟动画。提示：在自然界中细菌无处不在，有些细菌的大量繁殖会导致疾病。假如现有一种细菌，在适宜的温度、湿度等环境下，每20min左右通过分裂繁殖一代。引导同学思考：1、细菌的生殖方式是怎样的？2、72h后，由一个细菌分裂产生的后代数量是多少？3、n代细菌数量是多少？提出问题，组织争辩：1、对细菌种群数量增长而言，在什么状况下2n公式成立？2、这个公式揭示了细菌种群数量增长的什么规律？3、在学过的生物学内容中，还有哪些生物学问题可以用数学语言来表示。提示：数学工具在生物学争辩中的作用越来越突出。请同学算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量，并填写教材中的表格，然后画出细菌的种群数量增长曲线。提示：这是在抱负条件下对细菌种群数量的推想。引导同学争辩，同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么局限性？小结：在描述、解释和猜测种群数量的变化时，经常需要建立数学模型。数学模型的表现形式可以为公式、图表等。提出问题，组织争辩：如何建立“培育液中酵母菌种群数量的数学模型”，我们应当怎么做？提出问题，组织争辩：以上争辩的是在试验条件下种群的数量变化，在自然界中种群的数量变化状况如何？供应素材：光明日报消息澳大利亚野兔成灾。估量在这片国土上生长着6亿只野兔，它们与牛羊争牧草，啃树皮，造成大批树木死亡，破坏植被导致水土流失，专家计算，这些野兔每年至少造成1亿美元的财产损失。兔群繁殖之快，数量之多足以对澳洲的生态平衡产生威逼。澳洲原来没有兔子，1859年，一个叫托马斯奥斯汀的英国人来澳定居，带来了24只野兔，放养在他的庄园里，供他代猎取乐。奥斯汀确定没有想到，一个世纪之后，这24只野兔的后代达到6亿只之多。（有条件的学校，老师可播放澳大利亚野兔成灾的录像片。）同学争辩：1、野兔种群增长的缘由有哪些？2、怎样用数学语言来描述野兔种群增长的规律？3、假如用N0表示野兔种群的起始数量，用表示野兔种群数量每年的增长倍数，用Nt表示t年后野兔种群的数量，那么，Nt为多少？4、依据上述素材，估算1869年时，野兔种群数量为多少？（说明计算方法）5、列举在自然界中还有哪些与素材中野兔种群数量增长相像的状况。小结：自然界确有类似细菌在抱负条件下种群数量增长的形式。该种群数量增长的数学模型可表示为“J”型曲线，或数学公式： NtN0t假如自然界的生物种群都是以“J”型方式增长，地球早就无法承受了。呈现高斯试验（有条件的学校可将高斯试验用计算机模拟技术呈现出来）。提出争辩题：1、你认为高斯得出种群经过肯定时间的增长后，呈“S”型曲线的缘由是什么？2、在高斯试验的基础上，假如要进一步搞清是空间的限制，还是资源（食物）的限制，该如何进行试验设计？3、如何理解K值的前提条件“在环境条件不受破坏的状况下”？请举例说明。同学思考：有哪些因素制约着种群数量的增长？同学争辩。同学争辩教材中“思考与争辩”素材。小结：经过肯定时间，在各种因素的作用下，种群数量增长会趋于稳定，呈“S”型曲线。在环境条件不受破坏的状况下，肯定空间中所能维持的种群最大数量称为“环境容纳量K值”。同学争辩教材中东亚飞蝗种群数量的波动。争辩影响种群数量波动的因素。提出问题，在自然界中，种群数量是否总能稳定在K值？为什么？（三）总结从具体的生物现象和规律建立抽象的数学模型，又用抽象的数学模型来解释具体的生物学现象与规律，这是学习本节的要旨。（四）作业布置教材P69练习。（五）板书设计第2节 种群数量的变化一、建构种群增长模型的方法1、建立数学模型的一般步骤 观看争辩对象，提出问题提出合理的假设依据试验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达通过进一步试验或观看等，对模型进行检验或修正2、建立种群增长模型的方法二、种群增长的“J”型曲线1、“J”型曲线形成的条件2、“J”型增长的数学模型三、种群增长的“S”型曲线1、“S”型曲线形成的条件2、K值3、“J”型曲线与“S”型曲线的比较“S”型曲线“J”型曲线前提条件环境资源有限环境资源无限种群增长率随种群密度上升而下降保持稳定有无K值有K值无K值4、“S”型曲线在生产中的应用四、种群数量的波动和下降第2课时1、提出问题（试验探究的目的）；培育液中酵母菌种群的数量是怎样随时间而变化的？2、作出假设：酵母菌在资源和空间有限的环境中，其种群的增加会受种群密度的增加而受影响。3、探究材料及用具：酵母菌的菌种、无菌马铃薯培育液或肉汤培育液、试管、血球计数板（2mm2mm方格）、滴管、显微镜等。4、争辩制定方案：在小组争辩的基础上，写出探究方案，方法步骤应当具体，并且是可操作的。确定小组同学间的分工。向老师汇报本小组的探究方案，以求得老师的指导。在制定方案前，需要认真思考以下问题：进行酵母菌的计数时，可以接受抽样检测的方法：先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培育液，滴于盖玻片边缘，让培育液自行渗入。多余培育液用滤纸吸去。稍待片刻，待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台中心，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为依据，估算试管中的酵母菌总数。盖玻片下的培育液厚度为0.1mm，一个小方格范围内的酵母菌数为x，则10mL中酵母菌培育液中的酵母菌总数为y_。从试管中吸出培育液进行计数之前，建议你将试管轻轻震荡几次，这是为了使酵母菌在培育液中分布均匀。本试验需要设置对比试验，对比试验中要用较大的容器和更多的养分，但接种的酵母菌量要相同，其他的培育条件也要相同。需要进行重复试验，使获得数据更精确。试验结果的记录，要以天作为单位，计录7天的数据，算出每一天全班各组数据的平均值。假如一个小方格内酵母菌过多，难以数清，要将其培育液稀释肯定倍数，再重新记数。对于压在小方格界线上的酵母菌，应当遵循“数左不数右，数上不数下”的原则进行计数。5、试验方案：首选通过显微镜观看，估算出10mL培育液中酵母菌的初始数量（N0），在此之后连续观看7天，分别记录下这7天的数值。6、分析结果，得出结论：将所得数值用曲线图表示出来，分析试验结果是否支持你所做的假设。探究的结论是：由于种群生长所需要的资源和空间是有限的，所以种群经过肯定时间的增长后，种群趋于稳定，数量不再上升，呈现“S”型曲线增长。7、表达和沟通将本小组的增长曲线与全部的增长曲线比较，分析误差和相像程度。解释依据各组平均数据画出的增长曲线的总趋势。争辩影响酵母菌种群数量增长的因素（主要是食物和空间）8、进一步探究：依据自己对影响酵母菌种群数量增长的因素作出推想，设计试验进行验证。（三）总结探究的过程。（四）作业布置教材P85 自我检测一1（2）、2（3）（五）板书设计探究培育液中酵母菌种群数量的变化提出问题作出假设争辩制定方案实施方案分析结果，得出结论表达和沟通进一步探究