种群数量的变化教学设计

《种群数量的变化教学设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《种群数量的变化教学设计（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、种群数量的变化 教学设计北京师范大学大兴附属中学 邹 帅一、课题名称：一、课题名称：人教版，高中生物必修三、第四章、 第二节种群数量的变化。 二、教学目标：二、教学目标：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。 三、指导思想：三、指导思想：1.教材分

2、析：教材分析：高中生物课程标准对这节的描述出现在必修三稳态与环境模块、第四部分种群和群落的第二项内容标准，即“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”，属于能力层面的“模仿”水平和知识层面的“理解”水平。在活动建议里则提出“探究培养液中酵母种群数量的动态变化”。人教版教材中这节的内容包括三方面：一是建构种群增长模型的方法；二是种群数量的变化情况；三是探究活动培养液中酵母菌种群数量的变化。其中，建立数学模型的方法是必修三模块科学方法教育的重中之重，由于探究活动周期较长，安排在知识性内容之后。2.2.学情分析：学情分析：学生们在本章的第一节已经习得了种群的概念，了解了种群的特征，尤其是各种数量特征，在

3、此基础上过渡到种群数量变化的学习顺理成章。学生们在数学课上学习过指数函数的表达式和坐标图的绘制，这为本节课数学模型的构建奠定了基础。但是我校为郊区二类校，所以学生们知识基础相对薄弱，所以在建构数学模型时不可以操之过急。3.3.教学条件分析：教学条件分析：“培养液中酵母菌种群数量的变化”这一探究活动所需时间在 7 天左右，需要马铃薯培养基、酵母菌菌种，以及恒温培养箱、血球计数板和高压蒸汽灭菌设备。受实验设备、教学时间所限，我将此实验调整为生物兴趣小组在课前完成实验，然后由小组成员在课堂上进行汇报。4.4.教学指导思想及理论依据：教学指导思想及理论依据：本节课体现了探究性教学的理念：用兴趣小组的实

4、验结果牵引出本节课的主题，同时激发学生的学习动机；各种科学研究实例都不直接呈现结论而是引导学生开展讨论分析；学生在环环相扣的任务中逐渐建构起种群增长模型，最终运用所学的知识来解释兴趣小组的实验结果。模型构建法是新课程、新教材中提出的新的科学方法，而数学模型又是是高中阶段模型构建法的难点。本节课遵循建构主义的理论，在学生已有的数学基础上，重新建构新的知识建构揭示生物学规律的数学模型。四、教学重点与难点：四、教学重点与难点：1.1.教学重点：教学重点： 尝试建构种群增长的数学模型； 根据建构的数学模型解释种群数量的变化。2.2.教学难点：教学难点： 建构种群增长的数学模型。五、教学手段：五、教学手

5、段：1.1.多媒体课件多媒体课件2.2.探究实验器材及成果：探究实验器材及成果：血球计数板、酵母菌培养液、根据实验数据绘制的坐标图、实验照片等六、教学过程：六、教学过程：1 1 流程图：流程图： 2 2 教学过程详表：教学过程详表： 教学阶段教师活动学生活动设置意图导入 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 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

6、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。（板书“第二节 种群数量的变化”）请大家打开学案，完成兴趣小组实验部分的相关内容。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， 最后填充 学案。通过兴趣小组的 探究实验展示， 激发学生的学习 动机，引出课题教学阶段教师活动学生活动设置意图构 建种 群增 长的 数学 模型（一） “J” 型曲线 的构建资料 1 大肠杆 菌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

7、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、二分为四的分裂生殖。3 提问：（任务 1）科学家做了一个这样的实验，把 1 个大肠杆菌放在营养和生存空间没有限制的情况下进行培养， 随着时间的推移，得到如下数据。请仔细观察数据，你能得 出怎样的结论？时间（min）细菌数量（个）202404608801610032120641401281602561805124 播放视频并讲述：大家都能认同在这种情况下，大肠杆菌每 20min 分裂一次， 繁殖一代了吗

8、？如果你还不相信，请仔细观察这段在显微镜下拍摄的视频。你所看到的 1 秒钟相当于实际的 1 分 钟，很快这个起始数量为 2 的大肠杆菌种群就扩大到铺满了 整个视野。为什么会这么快呢？5 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？下面 就请大家在学案上完成任务 2。注意，你需要使用表格中所 有的数据。（学生板图大肠杆菌种群增长坐标图）6 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。 7 提问： 从图中我们可以看到种群数量呈现出什么变化趋 势？8 讲述： 我们运用坐

9、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1 说出选 择实验材 料的标准， 列举可能 的实验材 料。2 观察表 格数据， 得出结论。3 观看视 频，对快 速增长建 立感性认 识。4 将表格 中数据转 化为坐标 图。1 渗透科研选材 的重要性及使学 生明确以大肠杆 菌作为研究对象 的原因。2 改编教材中资 料呈现形式，从 科学研究的角度 出发，引导学生 分析数据得出结 论。3 通过视频使学 生对快速增长建 立直观而整体的 印象。4 通过

10、不同形式科中也有应用。比如物理中的各种公式就是另外一种形式的 数学模型，它们是表达式。 9 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 代后的种群数量 Nt 的表达式。 （学生板书大肠杆菌种群增长表达式）10 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。11 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，

11、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。 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，不匹配则需 要对模型进行修订。12 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。（板书“一、 建构种群数量增长的数学模型”）13 提问：（任务 4）我们知道自

12、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。（学生板图种群增长的一般表达式）14 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。15 讲述：我们也可以尝试建构坐标图这种数学模型，根据表达式可 以想象得到它也应该呈现出指数增长的趋势。只是注意将起 始数量变为 N0

13、 就行。5 认识数 学模型。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。8 建构一 般种群的 数量增长 模型。的数学模型转换， 帮助学生认识各 种数学模型的优 缺点，同时体会 数学建模的一般 过程。5 通过迁移训练， 巩固对数学模型 的理解，同时加 深对指数增长的 理解。（一） “J” 型曲线 的构建资料 2 草履虫1 介绍：（任务 5）下面给大家介绍科学家利用另外一种材料进行的研究。这 是什么？草履虫和细菌一样是单细胞生物，分裂生殖，给它 们提供足够的空间并不断更换培养液，请大家预测这个草履 虫种群的数量变化趋势，并解释理由。2 讲述：（任务 6）实际是不是这样呢

14、？这是科学家获得的实验数据，转化为坐 标图的数学模型，得到这样的图像。很显然，呈现出和前面 几个例子一样的不断增长的趋势。通过刚才的分析，我们认识到在食物、空间充足、条件适宜 的情况下，种群会出现指数增长的趋势。大家观察这种曲线 外形类似什么英文字母？所以我们将它称为“J”型曲线。这 种曲线只在近乎理想的条件下才会出现。下面请大家和我一起在坐标图中画出“J”型曲线。注意： 横纵坐标，标上条件。 （板图“J”型曲线）3 提问：大家设想一下，我们现实生活中有没有哪种生物会一直呈 现“J”型增长呢？事实上，最简单的起始数量为 1 的大肠杆菌种群如果一直按 照指数增长下去，只需 3 天就足够铺满我们整

15、个地球。所以 在现实条件下“J”型增长绝对不会是常态，那又会是怎样的 变化趋势呢？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。4 聆听与 思考。1 通过草履虫实 例，考察学生获 取信息能力和对“J”型增长规律 的掌握情况。同 时为后面分析高 斯实验做好铺垫。2 通过逆向思维， 引导学生关注现 实条件。（二） “S” 型曲线 的构建资料 3 高斯的 草履虫 实验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，与咱们刚才的草履虫实验结果有何差 异

16、？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，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）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”型曲 线。4 绘制坐 标图。1