必修三+人教版第+4+章——種群數(shù)量的變化研究性學習設計.doc

種群數(shù)量的變化研究性學習設計作者姓名任職單位學科生物年級高一單元標題種群和群落研究性學習名稱影響種群數(shù)量的因素有哪些小組成員所需時間【學習目標】（或概述）1.說明建構種群增長模型的方法。2.通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構種群增長的數(shù)學模型。3.用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化。4.關注人類活動對種群數(shù)量變化的影響?！厩榫场筷P于種群的數(shù)量變化，教材介紹了四種情況：“J”型增長、“S”型增長、波動和下降。應當注意的是，教材以問題串的形式揭示了這四種情況之間的內(nèi)在聯(lián)系：在理想的無限環(huán)境中，即資源和空間十分充足，沒有天敵和其他災害等，種群數(shù)量會呈“J”型增長；而在自然界，資源和空間總是有限的，因此，即使出現(xiàn)“J”型增長，也不可能持續(xù)很久，經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量會在“K”值左右趨于穩(wěn)定，這種增長模型為“S”型增長；在有限環(huán)境中，種群數(shù)量是否都能在“K”值維持穩(wěn)定呢？不是的，由于氣候、食物、天敵、傳染病等因素的影響，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動的，在不利條件下，甚至會出現(xiàn)持續(xù)的下降乃至消亡。【任務與預期成果】（1）通過親自研究一個真實的種群，加深對種群數(shù)量變化知識的理解；（2）嘗試用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化；（3）運用抽樣檢測的方法；（4）運用顯微觀察和微生物培養(yǎng)的方法；（5）培養(yǎng)收集、整理、分析數(shù)據(jù)的能力；等等【過程】（過程要體現(xiàn)研究性學習的主要環(huán)節(jié)）本節(jié)教學可以從教材提供的“問題探討”延伸開去：細菌的繁殖速度很快，如果在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，在短時間內(nèi)，細菌的種群數(shù)量就能達到一個天文數(shù)字。在已有數(shù)學知識的基礎上，學生不難得出n代細菌數(shù)量的計算公式。教師可直接要求學生完成教材第66頁上表格，并依據(jù)表中的數(shù)值，畫出細菌種群的增長曲線，讓學生感受到生物現(xiàn)象和規(guī)律可用數(shù)學語言（公式和曲線圖）表達出來。當然，有條件的學校，也可預先將教材中的探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”作為研究性學習的課題，讓學生在課外進行研究，在學生研究的基礎上再進行本節(jié)內(nèi)容的教學。教師簡要講解數(shù)學模型的概念，學生有了以上感性和理性的認識基礎，教師再進一步闡述“建構種群增長模型的方法”。教材中結合“問題探討”的素材，介紹了建立數(shù)學模型的一般步驟。在教學中，教師還應當適當加以展開，豐富其內(nèi)涵。例如，第一步觀察研究對象是為了發(fā)現(xiàn)問題，探索規(guī)律，“細菌每20 min分裂一次”便是通過大量觀察和實驗得出的規(guī)律。這是建立數(shù)學模型的基礎，在這一基礎上運用數(shù)學方法將生物學問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題。生命現(xiàn)象和規(guī)律往往不是數(shù)學化的，這就需要善于從具體現(xiàn)象中抓住其數(shù)學本質(zhì)。第二步合理提出假設是數(shù)學模型成立的前提條件，假設不同，所建立的數(shù)學模型也不相同。第三步是要運用數(shù)學語言進行表達，即數(shù)學模型的表達形式。需要指出的是，當呈現(xiàn)為某種數(shù)學模型時，教師一定要讓學生認識到數(shù)學模型所蘊涵的生物學意義，要避免離開生物學討論數(shù)學的傾向。第四步是對模型進行檢驗和修正，這在科學研究中是必不可少的步驟。在理想狀態(tài)下細菌種群數(shù)量增長的數(shù)學模型是比較簡單的，而生物學中大量現(xiàn)象與規(guī)律是極為復雜的，存在著許多不確定因素和例外的現(xiàn)象，需要通過大量實驗或觀察，對模型進行檢驗和修正。在上述以細菌在理想狀態(tài)下種群數(shù)量增長為例的教學中，已經(jīng)交待了“種群增長的J型曲線”。因此，可以通過列舉事例，引到“J型增長的數(shù)學模型”上來。又如，按達爾文的估計，一對象，如果保證食物和其他條件，在沒有其他生物或天敵危害的情況下，740750年后就可繁殖成具有19 000 000個個體的巨大種群。這表明種群具有巨大的增殖能力。但是，這一現(xiàn)象并沒有在自然界中發(fā)生，因為，在沒有人為干擾的穩(wěn)定的自然環(huán)境中，各個種群在物理因素和生物因素的制約下，出生率和死亡率一般說來是平衡的，種群的個體數(shù)是穩(wěn)定的。由此引入“種群增長的S型曲線”。盡管物種具有巨大的增長潛力，在自然界中，種群卻不能無限制地增長。因為，隨著種群數(shù)量的增長，制約因素的作用也在增大，所以在自然界，種群總是在增長到一定限度后達到相對穩(wěn)定。有關“S型曲線”的教學，可具體分析教材中的高斯實驗。例如，為什么大草履蟲第二天、第三天增長較快，而第五天以后數(shù)量基本穩(wěn)定？高斯實驗的條件與“問題探討”中的條件有何區(qū)別？理解了“S型曲線”后，學生對“環(huán)境容納量”的概念就不難理解了。關于“S型曲線”應用的實際意義，教師可以結合“思考與討論”活動來進行教學。滅鼠時，如果我們只采取殺死老鼠這一辦法，效果往往不好。因為如果我們殺死了一半老鼠，存活的老鼠反而降到指數(shù)生長期，因而老鼠將按指數(shù)增長，很快就恢復到原來數(shù)量。更有效的滅鼠辦法是既殺死老鼠，又清除垃圾，嚴密儲存食物，使環(huán)境容納量降低，這就從根本上限制了老鼠的種群數(shù)量。地球的容納量是有限的，食物、水和空間是影響人口多少和增長率的限制因素。自然界中多數(shù)生物種群都已達到穩(wěn)定期，總體上看，許多種群的種群數(shù)量一般不再增長，而是波動或變動。關于“種群數(shù)量的波動和下降”，教師可以引導學生對具體事例進行討論，總結出影響種群數(shù)量的主要因素。值得注意的是，教材中穿插了兩則“與社會的聯(lián)系”，這是將所學知識聯(lián)系實際的重要途徑，在教學中要引導學生認真討論?！驹u價設計】可評價的學習要素：1. 影響種群數(shù)量變化的因素有哪些評價方法：完成小論文和實驗探究（小組內(nèi)+小組間+教師點評）評價指標：1）論文寫的科學性 2）實驗