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1、大通三中大通三中 2013-2014 学年第一学期集体备课表学年第一学期集体备课表课题 第四章第二节种群数量的变化主备人权有慧组员张永秀 唐生花三维目标1 知识目标：知识目标： 解释种群数量增长的一般规律。 说明建构种群数量增长数学模型的方法。2 2 能力目标：能力目标： 通过各种形式的活动，尝试建构种群数量增长的数学模型。 运用种群数量变化规律解决生产生活中的实际问题。 3 3 情感态度与价值观目标：情感态度与价值观目标： 认同数学模型在科学研究中的应用。 参与濒危生物保护措施与生物入侵防范措施的讨论，关注人类活动对种群数量变化的影响。 教学重点1 1 尝试建构种群增长的数学模型； 2 2
2、根据建构的数学模型解释种群数量的变化。 教学难点 建构种群增长的数学模型。 教法设想讨论法 探究法 教学用具小黑板 课时设置一课时 学生活动教学知识点及环节教师活动备课组研讨修正个人改正学生活动教学知识点及环节教师活动备课组研 讨修正个人改正1 回忆并 说出：影响种群 密度的数 量特征。2 兴趣小 组同学介 绍实验材 料、实验 工具和实 验结果。3 其他同 学聆听、 观察与思 考.1 说出选 择实验材 料的标准， 列举可能 的实验材 料。1 引导学生回忆： 影响种群密度的种群数量 特征有哪些？ 2 讲述：正是由于诸多因素的影响， 使得种群密度不是一成不 变的，那么变化中是否蕴 藏着规律呢？我们
3、兴趣小 组的同学开展了探究实验。 请他们为大家进行介绍。3 讲述：兴趣小组的同学花了好几 天的功夫得到了这样的结 果，虽然不能解释其中的 原因，却为我们提出了一 个很好的问题。酵母菌种 群为什么会出现这样的变 化呢？这就是我们今天这节课要 来学习的问题：种群数量 的变化。1 提问： 科学家很早就对种群数量 变化这个问题产生了兴趣。 我们知道实验材料的选择 很关键，请问，什么样的 材料适合研究数量变化呢？2 介绍：的确，繁殖快决 定了细菌成为科学家的首 选，其中大肠杆菌由于结 构简单、分布广泛所以也 成了最常用的科研材料之 一。除此以外，大肠杆菌 的繁殖方式也很简单，就 是一分为二、二分为四的
4、分裂生殖。 3 提问：（任务1） 提示：在营养和生存空 间没有限制的情况下， 某种细菌每20min通过引入新课.（板书“第二节 种群数量的变化”）构建种群增长的 数学模型加入种群增 长模型的方 法。 1.步骤 2.表达形式分裂繁殖一代。引导分 析讨论（1）n代细菌数 量的计算公式是什么？ 学生活动教学知识点及环节教师活动备课组研 讨修正个人改正2 观察表 格数据， 得出结论。3 对快速 增长建立 感性认识。4 将表格 中数据转 化为坐标 图。5 认识数 学模型。（学生板 图大肠杆 菌种群增 长坐标图）（2）72小时后，由一 个细菌分裂产生的细菌 数量是多少？（3）在 一个培养基中，细菌的 数量
5、会一直按照这个公 式增长吗？如何验证你 的观点？ 4 提问：（任务2） 刚才兴趣小组的同学使用 坐标图表述了酵母菌种群 数量的变化趋势，咱们是 不是也可以试着为这群起 始数量为1的大肠杆菌种群 来绘制一幅坐标图呢？ 5 提问：从图中我们可以看到 种群数量呈现出什么变化 趋势？ 6 提问：（任务3）坐标图这种数学模型 最大的优点是什么？可是 如果我要问你，经过30代 以后这群大肠杆菌种群的 数量是多少，你能从图上 一眼找到答案吗？显然， 我们得求助于其他数学模 型了，最好的办法就是找 一个更加具有通用性的表 达式了。因此，接下来就 请大家列出，这个起始数 量为1的大肠杆菌种群，繁 殖t代后的种群
6、数量Nt的表 达式。 7讲述：其实，咱们刚才构建的 这个表达式还必须符合这 样一个前提，那就是随着 种群数量的增加，不考虑 个体间相互抑制的作用。（一） “J”型曲 线的构建资料1 大肠杆菌点评：对学生在黑 板上建构的坐标 图进行点评，引 导学生达成共识。讲述：我们运用坐标 图这种数学方法 描述了种群数量 变化这样一个生 物学问题，所以 就把这种坐标图 称为一种数学模 型。大家都听说 过航模，那是一 种模拟飞机等物 体的物理模型； 而今天我们认识 了数学模型。事 实上，数学模型 在大家的其他学 科中也有应用。 比如物理中的各 种公式就是另外 一种形式的数学先让学生 文成表格 中的填空， 再让学
7、生 上黑板画 出细菌种 群数量的 变化图。根据公式， 例举一个 例子，让 学生根据 具体的例 子，进行 练习。6将表格中 数据转化 为表达式。7 认同建 构数学模 型的一般 过程。学生板图 种群增长 的一般表 达式 （学生板 书大肠杆 菌种群增 长表达式）1 聆听介 绍，预测 种群数量 变化趋势2 观察图 片，达成 共识。3 绘制“J” 型曲线。所以我们得到这个数学模 型需要建立在这样一种假 设的基础上，即种群增长 不受种群密度的制约。而 咱们构建的表达式是否正 确还需要经过实验的验证， 比如就过30代后数数看到 底有多少大肠杆菌，然后 与我们通过表达式计算的 结果进行比较。匹配说明 模型无误
8、，不匹配则需要 对模型进行修订。9 提问：（任务4）我们知道自然界许多 种群起始数量不一定是1， 下一代不一定是上一代的2 倍，而且繁殖速率要慢得 多。那么怎么建构它们的 种群数量增长模型呢？这里给大家这样一个种群， 在食物、空间充足的前提 下，种群的数量每年以一 定的倍数增长，第二年是 第一年的倍。已知该种群 的起始数量为N0，t为时间， Nt表示t年后该种群的数量。 请大家尝试建构这个种群 的增长模型，使用表达式 的形式。 1 介绍：（任务7）这是生态学家高斯利 用草履虫完成的实验。他 在05mL培养液中放入5 只草履虫开始进行培养、 计数，最终得到这样一幅 图像。请观察，与咱们刚 才的草
9、履虫实验结果有何 差异？2 讲述：我们观察到种群数量没 有呈现一直增长下去的趋 势，而是达到了一个最大模型，它们是表 达式。小结：通过刚才的几个 任务我们认识了 数学模型，其实 就是指用数学形 式来描述问题。 它的构建则一般 需要经历“已知、 假设、表达、检 验”这样四个基本 步骤。这样咱们就建构 了种群数量增长 的数学模型.点评：对学生列出 的表达式进行点 评，引导全体学 生达成共识加入：当 一个种群 刚迁入一 个新的适 宜的环境 中时，最 初一段时 间，也是 以“J”型曲 线增长的。4 聆听与 思考。1 聆听与 观察图片， 比较分析， 说出结果。2 认识K 值，明确 其定义。3 认识“S”
10、 型曲线。4 绘制坐 标5 明确“S” 型曲线与 “J”型曲线 的差异。值并稳定下来。当然前提 必须是环境条件不破坏。 高斯通过数据分析，得出 这个最大值是375只。也就 是在这种条件下，05mL 培养液最多能够容纳375只 草履虫。推而广之，在现实条件下， 其他生物种群数量是不是 也会出现这样一个最大值 呢？科学家陆陆续续做了 许多实验，充分证明许多 种群在实验培养条件下， 都呈现出这种变化趋势。 生物学上就把这种在环境 条件不破坏的情况下，一 定空间所能维持的种群最 大数量称为K值，也叫环境 容纳量。3 提问：大家观察这种曲线像 什么英文字母呢？4 提问：（任务8）我们认识了现实条件 下，
11、种群会呈现出“S”型增 长。如果现在给你一个种 群，我们已知它在理想条 件下的“J”型曲线，就是刚 才大家画的这样。请大家 在同一个坐标系中画出现 实条件下它的种群数量变 化曲线。（学生板图“S”型 曲线） 5 点评： 对学生绘制的“S”型曲线进 行点评，引导全班学生达 成共识。 6 提问： 两条曲线间的差异是什么 原因造成的？（教师板图 “环境阻力”）（二） “S”型曲线的构 建资料 3 高斯的草 履虫实验详细介绍 大草履虫 的种群增 长曲线中 的增长率。 0-K/2，增 长率逐渐 增大。 K/2 点， 种群增长 率最大。 K/2K， 种群增长 率逐渐减 小。 K 点，种 群增长率 为 0.
12、详细介绍“S”型曲 线形成的1 思考2 观察图 片，聆听 介绍，分 析实验结 果，得出 结论。3 说明环 境条件改 变时，“S” 型曲线的 移动情况。1 观察图 片，思考 原因。2 认识生 物入侵。事实上许多自然种群数量 也都呈现出“S”型变化规律。 比如人见人爱的国宝大熊 猫。我们都知道现在大熊 猫主要分布在我国四川、 陕西南部。可是科学家通 过考古发现大熊猫化石分 布范围很广，在我们北京 都曾出现过。为什么它们 的数量出现锐减？ 2 提问： 从根本上来说我们应该从 什么方面着手开展保护呢？3 出示老鼠图片，提问： 如果是这样的生物呢？我 们都知道“老鼠过街、人人 喊打”。在有些地方，它们
13、的确达到了成灾的地步。 怎样控制这些有害生物呢？ 那就是增大环境阻力，降 低K值。4 讲述：所以我们可以利用今 天学习的种群数量增长知 识，来进行濒危生物的保 护和有害生物的防治。 （板书“二、应用”）1介绍： 环颈雉生殖能力还不算太 强大，可如果换成了这些 生物移入一个新的环境， 大家看看出现了怎样的后 果？ 这是水葫芦，作为猪饲料 引入我国，结果在池塘中 迅速蔓延，泛滥成灾。这 是澳大利亚的野兔，19世 纪初被英国人带去24只， 一个世纪后发展到6亿多只， 大量啃食草皮，造成水土 严重流失。这是近年在我介绍：许多生物和大熊 猫有着相似的遭 遇。比如我们大 兴有个麋鹿苑， 这种俗称四不像 的
14、生物一度在野 外绝迹；这是鲸 鱼，每年由许多 鲸鱼丧生在人类 的手上；而更危 险的是白鳍豚， 它们曾经生活在 我国长江流域， 可是 2006 年科学 家通过野外考察 发现没有找到一 只野生的白鳍豚。 面对着这么多亟 待拯救的濒危生 物，我们能做什 么呢？降低环境 阻力，提高 K 值。介绍并提问：现实条件下有没 有可能短期出现 “J”型增长呢？请 看这个例子。这 是 1937 年将环颈 雉这种鸟引入到 美国某岛屿后 5 年间种群数量变 化的曲线图，可 以看出它呈现明 显的“J”型增长。 为什么会出现这 样的情况呢？原因。把“J”型 曲线和“S”型曲 线画到同 一个坐标 系中，比 较二者的 联系。
15、3 思考控 制生物入 侵的对策。1 观察图 片，分析 规律。2 思考并 说出影响 因素。3 聆听介 绍。国十分猖獗的美国白蛾， 幼虫大量啃食枝叶，对树 木造成严重危害。这些外 来物种在新环境中由于缺 少天敌、食物和生存空间 丰富，呈现近似“J”型增长， 我们将其称为生物入侵。 3 提问： 为了控制生物入侵，大家 想想应该怎么办呢？ 4 介绍：给它们制造环境 阻力，改变“J”型增长趋势。1讲述： 我们运用种群数量增长模 型解释了一些生产生活中 的实际问题。事实上，大 部分自然种群的数量不会 是单纯的增加或减少。请 大家观察这幅图片。科学 家从19281977年长达52 年间对一个欧洲灰鹭种群 数
16、量进行追踪调查，最终 绘制出这样的变化曲线。 我们看到有些阶段种群数 量增加，有些则减少，也 就是呈现出一种什么状态？2 提问：什么因素会造成 种群数量的波动呢？像食物、天敌这样，就要 涉及到不同种生物之间的 关系，这将是什么水平研 究的问题呢？那我们下节 课在“群落”中再继续去探 讨它们对种群数量的影响。（板书“三、自然 种群：波动”）介绍：科学家研 究发现灰鹭数量 减少的年份大多 经历了寒冬；而 数量持续增加的 年份则是持续暖 冬。可见气候的 确对种群数量起 到了很大的影响。 除此以外，食物 的多少、天敌的 多少还有就是像 禽流感这样的传 染病使很多鸟都 死去，势必引起 种群数量的变动。第四章第四章 种群和群落种群和群落第第2 2节节 种群数量的变化种群数量的变化一、一、 建构种群数量增长的数学模型：建构种群数量增长的数学模型：二、二、
