人教版必修三 種群數(shù)量的變化 教案6.doc

種群數(shù)量的變化教學(xué)設(shè)計(jì) 一、課程分析1.課標(biāo)分析： 課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)的要求是“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化”。該內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)方面的涵義:一方面，“嘗試構(gòu)建數(shù)學(xué)模型”屬于模仿性技能目標(biāo)，目的是通過(guò)原形示范(細(xì)菌的數(shù)量增長(zhǎng))和相應(yīng)指導(dǎo)，學(xué)生能構(gòu)建解釋原型的數(shù)學(xué)模型；另一方面，“解釋種群數(shù)量的變化”屬于知識(shí)目標(biāo)中的理解層次，目的是建立起抽象(數(shù)學(xué)模型)與具體(種群數(shù)量變化)之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。2.教材分析： 相應(yīng)內(nèi)容出現(xiàn)在人教版高中生物學(xué)必修3穩(wěn)態(tài)與環(huán)境第4章種群和群落第2節(jié)。教材從以下3個(gè)方面組織學(xué)習(xí)內(nèi)容：第一部分是建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法；第二部分是種群數(shù)量的變化情況；第三部分是“探究”-“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”。其中，建立數(shù)學(xué)模型的方法是必修3模塊乃至整個(gè)高中生物學(xué)中科學(xué)方法訓(xùn)練的重點(diǎn)之一。二、學(xué)情分析1. 學(xué)習(xí)對(duì)象： 本節(jié)課主要針對(duì)高中二年級(jí)的學(xué)生。2.學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)：1）學(xué)生在必修一第1章學(xué)習(xí)生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次時(shí)已經(jīng)習(xí)得了種群的概念，通過(guò)本章第1節(jié)的學(xué)習(xí)進(jìn)一步明確其概念，并認(rèn)識(shí)了種群密度等數(shù)量特征。這為本節(jié)課分析影響種群數(shù)量變化的因素奠定了知識(shí)基礎(chǔ)。2）在高中數(shù)學(xué)課上學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)指數(shù)函數(shù)和坐標(biāo)圖的繪制， 這為數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)奠定了能力基礎(chǔ)。3）通過(guò)必修2遺傳與進(jìn)化模塊孟德?tīng)柾愣闺s交實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)具備運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決生物學(xué)問(wèn)題的能力,對(duì)數(shù)學(xué)模型有一定認(rèn)識(shí)。在教師的正確引導(dǎo)下,學(xué)生能建立合理的數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。三、學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 知識(shí)目標(biāo)：1）能根據(jù)種群數(shù)量與時(shí)間之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系,構(gòu)建合理的數(shù)學(xué)模型 2）運(yùn)用構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的增長(zhǎng)。2. 能力目標(biāo)：1）通過(guò)構(gòu)建種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型,概括總結(jié)出數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的基本過(guò)程。2）運(yùn)用種群數(shù)量變化規(guī)律解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題。3. 情感態(tài)度與價(jià)值觀：1）認(rèn)同數(shù)學(xué)模型在科學(xué)研究中的應(yīng)用。 2）參與瀕危生物保護(hù)措施與有害生物防治措施的討論，關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響。 四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。運(yùn)用所建構(gòu)的數(shù)學(xué)模型來(lái)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。五、教學(xué)流程1、導(dǎo)入新課溫故知新，創(chuàng)設(shè)情境1）引出本節(jié)課的標(biāo)題。引導(dǎo)學(xué)生回顧上節(jié)課學(xué)習(xí)的種群數(shù)量特征以及出生率死亡率、遷入、遷出、年齡結(jié)構(gòu)、性別比例這些因素對(duì)種群密度的影響，使學(xué)生明確種群密度不是一成不變的。然后提問(wèn)，變化中是否蘊(yùn)藏著規(guī)律呢？從而引出本節(jié)課的標(biāo)題：種群數(shù)量的變化。2）繼續(xù)引出“問(wèn)題探討”。一直以來(lái)，手機(jī)極大的豐富著我們的日常生活，尤其隨著智能手機(jī)的普及，“機(jī)不離手”也成為一種極普遍的社會(huì)現(xiàn)象。但是你知道手機(jī)有多臟嗎?英國(guó)研究人員研究發(fā)現(xiàn)一部手機(jī)攜帶的細(xì)菌量是男廁沖水柄細(xì)菌數(shù)量的18倍，有1/4的手機(jī)細(xì)菌總數(shù)超過(guò)可接受水平的10倍。展示圖片。提問(wèn)，由一個(gè)細(xì)菌如何成為一個(gè)細(xì)菌的種群呢？明確細(xì)菌以分裂的方式進(jìn)行繁殖。3）進(jìn)入學(xué)習(xí)情境。學(xué)生了解到與我們生活息息相關(guān)的手機(jī)上也是“藏污納垢”，對(duì)此產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣并進(jìn)行初步猜想。2、模型建構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，主動(dòng)建構(gòu)模型本部分通過(guò)2個(gè)大的討論來(lái)組織教學(xué)。如圖“問(wèn)題探討”，在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過(guò)分裂繁殖一代。（模型準(zhǔn)備）1）討論一：如果在資源和空間無(wú)限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群增長(zhǎng)不受種群密度制約的情況下，細(xì)菌會(huì)增殖為多少？學(xué)生討論并完成下列表格。時(shí)間（min）20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量（個(gè)）繼續(xù)討論（模型建立）如果我們用n表示細(xì)菌數(shù)量，n表示繁殖產(chǎn)生細(xì)菌的代數(shù)，請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算細(xì)菌種群數(shù)量的公式。（建構(gòu)數(shù)學(xué)模型1：表達(dá)式）利用表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中畫(huà)出細(xì)菌增長(zhǎng)曲線，以時(shí)間為橫軸，細(xì)菌數(shù)量為縱軸。（建構(gòu)數(shù)學(xué)模型2：坐標(biāo)圖）引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)表格中數(shù)據(jù)推測(cè)細(xì)菌種群數(shù)量變化的表達(dá)式并繪制坐標(biāo)圖。注意此處僅給學(xué)生提供橫縱坐標(biāo)，余下的確定標(biāo)度、描點(diǎn)、連線等工作均由學(xué)生獨(dú)立完成。請(qǐng)某一小組推薦1位學(xué)生在黑板上書(shū)寫(xiě)表達(dá)式并在投影儀前展示小組繪制的坐標(biāo)圖，師生同對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析并達(dá)成共識(shí)。教師指出表達(dá)式和坐標(biāo)曲線圖均是用數(shù)學(xué)形式來(lái)表述該細(xì)菌種群數(shù)量變化趨勢(shì)這一生物學(xué)問(wèn)題，所以稱之為建立了該菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。相比之下，表達(dá)式方便去計(jì)算，而坐標(biāo)曲線圖更直觀地表現(xiàn)出整個(gè)變化趨勢(shì)。再聯(lián)系航模、dna雙螺旋結(jié)構(gòu)模型等物理模型幫助學(xué)生進(jìn)一步明確模型的概念。提問(wèn)，以上細(xì)菌種群只是個(gè)例，其他生物種群的起始數(shù)量不一定是1。下一代也不一定是上一代的2倍。而且繁殖周期通常要長(zhǎng)。如何建構(gòu)適用于更多種群的一般表達(dá)式？2）討論二：（建構(gòu)數(shù)學(xué)模型3：一般表達(dá)式）如果種群的起始數(shù)量不是1個(gè)，而是n0如果每經(jīng)過(guò)一個(gè)繁殖期后子代種群的數(shù)量是原來(lái)的倍如果每繁殖一代的時(shí)間是確定的，表達(dá)式的變量用時(shí)間t代替n，繁殖t代后種群數(shù)量nt，請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算種群數(shù)量的公式請(qǐng)1位學(xué)生在黑板上列出并分析自己建構(gòu)的表達(dá)式，師生共同對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。分析并達(dá)成共識(shí)。我們現(xiàn)在得到的是一個(gè)可以描述一般種群數(shù)量增長(zhǎng)的表達(dá)式，其實(shí)更準(zhǔn)確的說(shuō)得到的是一個(gè)可能的描述種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)形式，事實(shí)上的一個(gè)種群是否按照這樣的規(guī)律增長(zhǎng)，我們還不知道，要回答這個(gè)問(wèn)題，我們還需進(jìn)入到這個(gè)研究方法的下一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：模型檢驗(yàn)。學(xué)生活動(dòng)：請(qǐng)學(xué)習(xí)小組派代表展示課前完成的我國(guó)人口數(shù)量增長(zhǎng)情況。我們不難發(fā)現(xiàn)我國(guó)人口增長(zhǎng)曲線的走勢(shì)與我們之前得到的曲線走勢(shì)是一致的。其次，我們?cè)俑鶕?jù)同學(xué)軟件求出函數(shù)表達(dá)式：y=0.0003e0.0051x引導(dǎo)學(xué)生討論回答這個(gè)具體的表達(dá)式與我們推出來(lái)的一般的表達(dá)式nt=not是否相符？3）小結(jié)：建構(gòu)數(shù)學(xué)模型。通過(guò)具體的實(shí)例從數(shù)據(jù)得出曲線和表達(dá)式都證明我們剛才對(duì)種群數(shù)量增長(zhǎng)的表達(dá)形式是有效的。小結(jié)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的一般過(guò)程：模型準(zhǔn)備模型假設(shè)模型建立模型檢驗(yàn)。 4）引出高斯實(shí)驗(yàn)。生態(tài)學(xué)家高斯在0.5ml培養(yǎng)液中放入5只大草履蟲(chóng)開(kāi)始進(jìn)行培養(yǎng)、計(jì)數(shù)。根據(jù)之前我們的所得出的一般表達(dá)式，同學(xué)們可以預(yù)測(cè)這個(gè)草履蟲(chóng)種群數(shù)量的變化趨勢(shì)，然后展示根據(jù)高斯的草履蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的坐標(biāo)圖。請(qǐng)學(xué)生觀察、比較我們的預(yù)測(cè)跟高斯草履蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異并對(duì)產(chǎn)生差異的原因進(jìn)行分析。學(xué)生討論回答。 實(shí)際上，我們就像剛才的這樣一種反思一樣，在種群增長(zhǎng)模型的構(gòu)建過(guò)程中，如果遇到檢驗(yàn)修正的時(shí)候，實(shí)際數(shù)據(jù)與我們的推測(cè)不符時(shí)，我們整個(gè)的研究就要回到之前對(duì)研究對(duì)象的觀察上，實(shí)際模型構(gòu)建過(guò)程中更多時(shí)候需要反復(fù)觀察，重新提出假說(shuō)，進(jìn)而不斷去修正。同時(shí)展示“j”型和“s”型曲線。總結(jié)學(xué)生討論結(jié)果：我們所討論的實(shí)際上是在兩種不同的條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，得到的應(yīng)該是兩個(gè)不同的種群增長(zhǎng)模型。指出在環(huán)境條件不破壞的前提下，高斯實(shí)驗(yàn)中草履蟲(chóng)種群數(shù)量達(dá)到375只這一最大值后趨于穩(wěn)定，提問(wèn)，你怎么理解這個(gè)值？學(xué)生討論回答。運(yùn)用演繹法將其推廣為一般種群，引出k值并帶領(lǐng)學(xué)生明確k值生物學(xué)定義：在環(huán)境條件不破壞的情況下，一定空間所能維持的種群最大數(shù)量稱為k值，也叫做環(huán)境容納量。5）繪制“j”型曲線、 “s”型曲線。請(qǐng)學(xué)生在同一個(gè)坐標(biāo)系中繪制同一個(gè)種群在理想條件和現(xiàn)實(shí)條件下的2種曲線.請(qǐng)1位學(xué)生在黑板上繪制，師生共同評(píng)價(jià)。提問(wèn)，“j”型曲線與“s”型曲線的位置關(guān)系是怎樣的？使學(xué)生明確“j”型曲線應(yīng)位于“s”型曲線之上。提問(wèn)，2條曲線之間的差異是什么原因造成的？學(xué)生列舉可能的原因，從而提出環(huán)境阻力這一概念。3、除增長(zhǎng)外的其他種群數(shù)量變化展示兩個(gè)具體的種群增長(zhǎng)的實(shí)例，師生共同分析。1）討論三：引出自然種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)穩(wěn)定這組實(shí)際問(wèn)題中種群數(shù)量的變化分別屬于哪種類型？決定這種變化的主要原因是什么？學(xué)生討論回答，前者屬于“j”型增長(zhǎng)，在食物（養(yǎng)料）和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有敵害等理想條件下，種群的數(shù)量往往會(huì)連續(xù)快速增長(zhǎng)。后者屬于“s”型增長(zhǎng)，在食物（養(yǎng)料）和空間等有限的條件下，種群數(shù)量呈現(xiàn)“s”型增長(zhǎng)趨勢(shì)。教師繼續(xù)追問(wèn)這樣的“j”型增長(zhǎng)，能否一直持續(xù)下去？再往后，種群數(shù)量將如何變化？引導(dǎo)學(xué)生思考在引入初期，綿羊數(shù)量連續(xù)增長(zhǎng)。若干年后，綿羊的數(shù)量在一定的數(shù)值范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，這時(shí)種群數(shù)量將保持在一個(gè)相對(duì)恒定的水平上。由圖中關(guān)系不難看出，綿羊的數(shù)量與環(huán)境有關(guān)，環(huán)境也影響綿羊的數(shù)量，它們之間要達(dá)到某種平衡狀態(tài)。2）圖片分析。展示東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)圖片，引出自然種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)波動(dòng)3）圖片分析。展示不同種鯨種群數(shù)量的變化圖片，引出自然種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)下降4、模型應(yīng)用1）瀕危生物保護(hù)與有害生物防治。指出許多自然種群的數(shù)量都呈現(xiàn)出“s”型變化規(guī)律，展示大熊貓化石分布范圍和現(xiàn)在分布范圍的對(duì)比圖，提問(wèn)，為什么大熊貓的數(shù)量出現(xiàn)銳減？學(xué)生根據(jù)本節(jié)課所學(xué)知識(shí)和生活體驗(yàn)作答，得出結(jié)論與k值急劇降低密切相關(guān)。從而引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出保護(hù)瀕危生物的根本措施。展示鼠災(zāi)的圖片，引導(dǎo)學(xué)生從k值角度分析防治有害生物的措施。討論四：可以采取哪些措施控制鼠害？這些措施實(shí)際實(shí)際上是在影響追求增長(zhǎng)模型的什么參數(shù)？2）追求人與自然的和諧。展示美好的人與自然和諧的動(dòng)畫(huà),激發(fā)學(xué)生關(guān)注自然，追求人與自然和諧共存的美好情感。達(dá)到情感的共鳴。5、課堂檢測(cè) 下列關(guān)于環(huán)境容納量的敘述，正確的是（ ）a、環(huán)境容納量是指種群的最大數(shù)量b、建立大熊貓自然保護(hù)區(qū)的目的是提高大熊貓種群的環(huán)境容納量 c、在理想條件下，影響種群數(shù)量增長(zhǎng)的因素主要是環(huán)境容納量d、植食動(dòng)物在自然環(huán)境條件下，一年四季的環(huán)境容納量以冬季最大六、板書(shū)設(shè)計(jì) 第2節(jié) 種群數(shù)量的變化一、 建構(gòu)數(shù)學(xué)模型模型準(zhǔn)備模型假設(shè)模型建立模型檢驗(yàn)二、 類型1、 增長(zhǎng)“