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1、种群数量的变化的教学设计南方中学 沈 正 412002一、教材分析必修三模块主要是在个体和群体水平揭示生命系统的稳态及其与环境的关系，通过第4章的学习，学生应该获得关于群体水平的种群和群落的基础知识，深入理解“整体大于部分之和”的道理，为第5章“生态系统及其稳定性”打基础。本章的重点知识有两个，“种群数量的变化”就是其中之一。从历年的高考试卷来看，“种群数量的变化”是考察的重点。这一节教材包括三个知识内容：第一部分是建构种群增长模型的方法；第二部分是种群数量的变化情况，包括种群增长的“J”型曲线、种群增长的“S”型曲线、种群数量的波动和下降；第三部分是“探究”“培养液中酵母菌种群数量的变化”。
2、二、学情分析学生已对种群的特征有一定的理解，而且学生已经学习过幂函数、坐标图等数学模型。但是，用数学语言描述或揭示生物学问题还是初次提出，学生有可能感到比较唐突。经过一学期的课改，已对学生进行了表达与倾听方面的方法训练，学生已基本养成做标记读书、一对一的学、一对多的学的习惯。三、教学目标高中生物课程标准本节的具体内容标准是： “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”属模仿性的技能目标，旨在通过原型示范（细菌的数量增长），指导学生构建一般性的数学模型；其二：“解释种群的数量变动”属理解水平的知识目标，旨在把握数学模型（抽象）与种群的数量变动（具体
3、）之间的内在逻辑联系。由此，可确定具体的教学三维目标：【知识目标】1知道数学模型的表达形式(公式、图表等)及其特点。2说明建构种群增长模型的方法。【能力目标】1尝试构建种群增长的数学模型。2能够用生物学语言解释“S”型曲线和“J”型曲线。3能够用“S”型曲线和“J”型曲线解释种群数量的变化。4解读与评价探究培养液中酵母菌种群数量的变化的成功案例。【情感态度与价值观】1认同数学模型在种群数量变化研究中的作用。2关注人类活动对种群数量变化的影响。3形成种群数量变化与环境变化相适应的辩证观点。这里需要稍加解释的是：酵母菌种群数量的变化这个探究实验需要一个礼拜时间才能完成，从教学实际出发，我进行了适当
4、的处理。四、教学设计与相关理论知识为了较好地完成教学目标，将本节教学设计成两个课时： 第一课时教学核心为“建模与用模”；第二课时对本节的探究实验的成功案例进行解读，并应用模型思维构建该实验的种群增长曲线图。这里，我只分析第一课时的相关内容。“建模与用模”，就是建构模型和应用模型思维分析问题。模型作为一种现代科学的认识手段和思维方式，对解决生物学问题有着广泛的应用价值和意义。所谓“模型”，是指人们为了某种特定目的，借助于具体的实物或其他形象化的手段或抽象的形式，对认识对象所作的一种简化的概括性的描述（维基百科）。在原型的基础上建立模型的过程是一个从具体到抽象、从实践上升到理论认识的飞跃。模型的形
5、式很多，主要包括物理模型、概念模型、数学模型等。种群增长的J型曲线和S型曲线都属于数学模型。具体来说，数学建模就是用字母、数字及其它数学符号建立数学形式的过程，这些数学形式包括等式、不等式、图表、图像、框图等。这节课就要涉及到公式、数据表格和坐标曲线图三种。在我们生物学科中，引导学生建构数学模型，有利于培养学生透过现象揭示本质的洞察能力；同时，通过生物学与数学的整合，有利于培养学生简约、严密的思维品质，综合提高其深层次的理科思维能力。五、教学重难点重点 o 尝试建构种群增长的数学模型o 据此解释种群数量的变化难点 o 建模过程的转化思维o 解读模型六、教学手段板书、多媒体辅助教学七、教学过程这
6、节课分成两个阶段，先是建模，然后用模。建模的本质其实是转化：问题转化生物问题转化成数学问题；模型之间的转化数学公式转化成表格数据，再转化成坐标曲线图。表格的数据转化成坐标曲线图的过程需要掌握一些重要的技巧方法，是整个建模过程的难点。用模，就是应用模型思维分析J型曲线和S型曲线：这一过程的重点是理解J型和S型曲线的条件、特点，因为有前面的建模作铺垫，教材对该部分呈现的也比较清晰，所以对学生的知识性学习来说，这个内容较为容易。但是如何解读实践中的种群数量增长曲线图、如何应用模型思维解释生命现象，是用模过程的难点。具体来说，两个阶段的教学细分成以下环节：建模用模情景导入自主探究理论提升动手体验激发评
7、价题例过渡自主研读小组研讨集体研讨归纳小结新课标教材提供了大量教学素材，要灵活应用这些素材。教材65面的“问题探讨”是个极好的导课情景。学生自主探究，因为已学过幂函数，所以稍微讨论一下即可得出素材下面的两个问题的答案。教师在这个时候适时地画龙点睛：得到两个答案的过程其实就是在生命现象中发现生命问题，将生命问题转化成数学问题。接下来是教师进行模型的理论提升，自主探究的第一个问题是“写出细菌数量增长的公式”，这其实已经是在无意识中建构数学模型了。而高中学生对数学模型在生物学中已经有很多次接触，例如，必修一中的有丝分裂过程DNA的变化规律、光合作用和呼吸作用的效率问题等都是用坐标曲线图来理解的。所以
8、教师可以顺利地提出数学模型的基本理论知识：什么是数学模型，生物学中的数学模型有什么特殊意义。接着教师以细菌增殖现象为例说明数学建模的一般过程。四个步骤：问题转化合理假设数学形式检验验证。向学生解释：“问题转化”就是生命现象生命问题数学问题，这是建模的第一个转化；任何模型都只在一定条件下才成立，所以建模第二步必须找出并说明该模型的适应范围；借助数学形式来描述生命规律；用实践的数据检验这个数学模型。理论是抽象的，需要及时动手以获得体验。借助教材，布置任务，学生自主完成教材66面的表格数据，并绘制出相应的坐标曲线图。藉此机会，教师指导学生坐标曲线图的绘制方法，提出以下四个绘图要点： 横轴与纵轴（名称
9、、刻度、数值、单位） 描点（数据组、最大起） 最合适线（整体趋势） 标题学生完成的“公式表格坐标图”过程，其实就是建模的第二次转化模型与模型的转化。这时教师适时地提问：你在进行模型转化时，对这三种模型有哪些体会？它们在描述同一个生命问题时各有什么特色？这样就激发学生由无意识体验过渡到有意识反思，学生就能有意识地区分三种数学模型的优劣。完成上述建模过程后，采用一个问题和三个实例过渡到“用模阶段”：一个问题：理想条件下细菌数量增长的特点，在自然界中有此类型吗？三个实例：澳大利亚的兔子、江南的水葫芦、美国的环颈雉（教材实例）然后，教师明确提出种群数量增长存在理想状态和自然状态两种数学模型，布置自学任
10、务，要求学生自学教材J型曲线和S型曲线，并讨论分析这两种曲线，比较这两个曲线图的含义及其应用价值。生生交流是提高学生综合能力的重要途径，在学生自学完教材内容后，教师提出一个研讨提纲：1、列表格区分J型曲线和S型曲线的异同（至少从以下四个方面区分：形成条件、适用范围、增长率变化、K值）。2、什么是K值？同一种群的K值是固定不变的吗？3、如果将同一种群的两个曲线画在一个坐标图中，它们的夹角部分表示什么含义？在什么情况下，这个夹角部分的的大小会增加或减少？4、为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平?为什么？ 5、解释灭鼠的理论和实际办法。6、如何保护
11、大熊猫？给出一定时间由学生分组讨论，要求其一对一、一对多地解答以上问题，然后每个问题都挑选一个小组上台解说，全班学生作补充和质疑，教师整体掌控并在其中穿插点拨。具体来说，以上几个问题设置的目的如下：1、对教材知识进行归纳，并列表格区分两个模型。2、要让学生明白K值会因为环境的变化而变动。同时进行方法指导，提出解读坐标图的三个要点：双轴、线的走向、线上的折点3、要让学生明白阴影部分代表因环境阻力而被淘汰的个体；阴影的大小代表环境阻力的大小。4、要引导学生分析S型曲线的种群增长率的变化规律，为了获得最大效益，通常应保持种群数量在K/2左右。 5、要使学生在群体水平分析生命问题，明白人可以在不破坏环
12、境、污染环境的情况下利用生物规律，通过改变环境容纳量达到除害的目的。6、这是个价值观的过渡问题，通过正面说明这个问题引导学生关注世界上存在的反面事件。最后，教师对前五个问题做知识的归纳提升，并因此提出种群数量变化的波动现象，由第6个问题引导学生关注日本的鲸鱼过度捕杀现象，介绍09年美国纪录片海豚湾，进行价值观教育：很多时候人类都在利用生物规律盲目的追逐经济利益，这样的行为给无辜的生物种群带来了灾难，而这个灾难最终很可能会降临到人类身上，保护生物就是保护我们自己。【板书设计】第4章 种群和群落第2节 种群数量的变化一、数学模型的建构二、种群数量的增长（一）种群数量的“J”型增长 1、条件：理想条件 2、特点：指数增长，增长率不变（二）种群数量的“S”型增长 1、条件：资源有限 2、特点：增长率先升后降，趋向于0三、种群数量的波动与下降4
