高中生物《种群数量的变化》教学设计新人教版必修3.doc

《种群数量的变化》教学设计
【基本指导思想】
生物学是一门应用科学，与资源、环境密切相关，《普通高中生物课程标准》中明确提出，高中生物课程的基本理念是：面向全体学生，提高生物科学素养，注重与现实生活的联系。本教学设计以学科知识作为载体，面向全体学生，在课堂教学的同时渗透可持续发展观，培养学生关注资源、环境利用过程中面临的种种问题，实现人与社会、人与自然之间的和谐发展。
【教材分析】
本节内容承接第一节《种群的特征》，种群数量变化直接影响种群的密度，由种群的出生率和死亡率决定，同时在一定程度上受到年龄组成和性别比例的影响。某种生物种群数量改变，也会直接或间接地影响到群落乃至生物圈中其他生物种群数量的变化，与生产生活实际联系紧密，因此，本节内容不仅在本章中具有承上启下的作用，对于生物与环境的和谐发展也具有举足轻重的地位。
本节内容的重点有两个：建构数学模型方法的渗透和“J”型、“S”型增长曲线的特点及应用。数学模型的建构不必刻意要求学生掌握，学生通过细菌种群数量变化描述方法的探讨，在心里认可数学模型是研究生物学知识的手段即达到了“模型建构方法渗透”的目的。世界人口和中国人口的数量都符合“J”型增长曲线，而自然界中常见的则是种群的“S”型增长曲线，它在合理利用资源、拯救濒危物种、引入外来物种等方面具有重要的指导意义，因此，分析归纳“J”型曲线和“S”型曲线产生的条件、各自的特点和应用范围是本节课的重点也是难点。
知识是德育渗透最好的“载体”，而德育是知识的“灵魂”，本节内容许多知识点都能透射出一种生物种群数量变化对其他生物及环境的影响，是学科教学中德育渗透不可多得的素材。丰富的图片、摄人心魄的数据，学生在看到生物数量锐减、环境恶化的现实的同时，势必联想到环保的重要性，在日常生活中学会从身边小事做起，关注资源的利用，关注环境的变化，关注人类的活动，实现人与自然的可持续发展。
【学情分析】
（1）基于数学知识坐标系的学习，学生不难构建种群增长的数学模型，但对于数学模型的生物学意义及其应用可能理解起来会有一定的障碍。
（2）水葫芦泛滥成灾、鲨鱼数量锐减、大熊猫濒临灭绝以及世界人口增长状况等资料学生会比较感兴趣，同时也会比较震撼，容易激起学生的学习热情，为本节课枯燥的理论学习营造可交流讨论的空间。
【教学策略】
首先，通过丰富的图片、摄人心魄的数据创设情境，让学生看到生物数量锐减、环境恶化的现实，明确研究种群数量变化的重要性，引入课题。然后，通过细菌繁殖的实例，探讨描述细菌种群数量变化的方法，分析建构数学模型的一般过程。在分析建构数学模型的过程中，水到渠成地引出种群数量的“J”型和“S”型增长。通过兴趣小组和高斯草履虫实验结果的矛盾冲突，对比分析“J”型和“S”型增长曲线的特点，讨论“S”型增长曲线对合理利用资源、预防鼠害、拯救濒危物种、引入外来物种等方面的指导意义。最后，通过讨论人类活动对地球上其他生物种群数量变化的影响，引导学生关注资源的利用，关注人类的活动，关注环境的变化，实现人与社会、人与自然的可持续发展。
【教学目标】
知识目标：（1）说明建构种群增长模型的方法。
（2）比较种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线。
能力目标：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。
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。
【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。
【教学难点】建构种群增长的数学模型。
【教学方法】讲授法、讨论法、举例法相结合

【教学过程】
环 节
教 学 活 动
设 计 意 图
教 师 活 动
学生活动
创
设
情
境
图文展示鲨鱼、水葫芦、世界人口等数量变化。
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。

通过震撼人心的事例，调动学生的积极性，激发学习热情。
建
构
种
群
增
长
模
型
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。（见学案）
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。
下面让我们用草履虫实验来验证Nt= N0λt这类模型是否正确。
时间
第一天
第二天
第三天
第四天
第五天
第六天
个数
1500
1580
4006
7820
16180
28130
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

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= N0λt

思考、回答：
相符，分析数学表达式与Nt= N0λt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

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

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

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。

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
种
群
数
量
变化的类
型

“J”
型
增
长
和
“S”
型
增
长
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]
1、“J”型和“S”型增长曲线产生的条件？
2、如何理解K值？

【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？

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
稳
定
、
波
动
和
下
降

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？

分析、讨论

分析、讨论

了解种群数量变化的其它类型

研
究
意
义

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？

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

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
课
堂
总
结
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。

课堂
作业

反馈习题

学生做练习
及时反馈学生对知识的掌握情况。
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
数学表达式：Nt= N0λt 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
教
学
反
思
这是一节市级公开课，我准备的很充分，学生思维活跃、态度积极，师生配合默契。通过课堂反馈，以下方面让我倍感欣慰：
（1）上课班级不是我自己的学生，但学生积极配合，没有让我感觉到沟通上的障碍。
（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。
附：生物（人教版必修3）
第4章 第2节《种群数量的变化》学案

[学习目标]
1、知识目标：（1）说明建构种群增长模型的方法。
（2）比较种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线。
2、能力目标：尝试运用数学模型解释种群数量的变化
3、情感态度、价值观：关注人类活动对种群数量变化的影响。
[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。
[难点] 建构种群增长的数学模型。

[新知导航]
[问题探讨]
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。
①请你计算一个细菌产生的后代在不同时间的数目，填入下表：
时间（min）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
细菌数量（个）

②如果用N表示细菌数量，n表示细菌繁殖的代数，你能写出计算细菌种群数量的数学表达式吗？

③请根据表格中的数据，以时间为横轴，以细菌数量为纵轴，画出细菌种群数量增长的曲线。
时间/min
细菌数量/个

[思考]你能将细菌的数学表达式，推导成一个反映一般种群数量变化的数学表达式吗？
假设：种群的起始数量为N0，并且第二年的数量是第一年的λ倍，那么：
一年后种群数量N1＝______ __，
两年后种群数量N2＝_____ ___，
t年后种群数量Nt＝________ _____。（这个公式即为数学模型）
小结 根据上述细菌种群数量变化的分析过程可以看出，在描述、解释和预测群数量变化时，常常需要建立数学模型，其表现形式可以为 、 等。
增长曲线类型
“ ”型曲线
“ ”型曲线
条件

有无K值

模型
① 数学表达式：
② 曲线图：

一、比较种群增长的“ ”型曲线和“ ”型曲线

[应用] 试分析保护鲨鱼、大熊猫和控制鼠害的根本措施，并说明这些措施针对的是种群增长模型中的哪些参数。

二、研究种群数量变化的意义

[习题反馈]

一、选择题
1、关于种群数量变化的叙述中，错误的是 （ ）
A.种群数量的变化包括增长、波动、稳定和下降等
B.种群数量的变化主要是由迁入、迁出、出生和死亡引起的
C.在自然界中，种群的增长一般呈“J”型曲线
D.在自然界中，种群的增长一般呈“S”型曲线
2、下列有关种群数量变化的叙述中，正确的是 （ ）
A．增长型种群的种群数量在近期内一定能不断增加
B．在环境条件没有剧烈变化时，种群数量增长趋势总呈现S型
C．农业生产中利用性引诱剂可以直接明显降低种群数量
D．种群数量与该种群个体大小有关，而与种群所处的环境条件无关

二、非选择题
3、下图为农业生态系统内进行农药防治（喷施DDT）和生物防治（引入大量捕食者）害虫过程中，害虫种群密度消长示意图，请据图回答：

（1）图中“经济阈值”（虚线所示）是指害虫种群密度已达到影响农业生态系统经济效益的最低值，因此，图中最需要防治的时间点是 。
（2）A点开始进行的是 防治，E点开始进行的是 防治。
（3）在A点开始的防治中，初始效果显著，随后害虫数量越来越多，其原因是：
。
（4）指出E点开始的防止有何突出优点： 。
（5）F-I段种群数量已无明显波动，说明： 。