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新課程教學(xué)設(shè)計(jì)案例評(píng)比材料課 題：新人教版(高中實(shí)驗(yàn)教材)生物必修 穩(wěn)態(tài)與環(huán)境第4章 種群和群落第2節(jié) 種群數(shù)量的變化探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化學(xué) 校：廣東省肇慶市第一中學(xué)科 組： 生 物 科 教 師： 李 洪 平 職 務(wù)：中學(xué)生物一級(jí)教師 手 機(jī)：地 址：肇慶市第一中學(xué) 郵 編：526040二七年五月十五日課題 探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化（一）背景授課時(shí)間：2006年11月14日第四節(jié)授課地點(diǎn)：生物實(shí)驗(yàn)室（1）室授課班級(jí)：肇慶市第一中學(xué)高二（1）班授課內(nèi)容：新人教版(高中實(shí)驗(yàn)教材) 生物 必修模塊第4章第2節(jié)“種群數(shù)量的變化”中的探究實(shí)驗(yàn)“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”教學(xué)目標(biāo)的確定：課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于本節(jié)的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”，并提出了相應(yīng)的活動(dòng)建議“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”。該條內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)有兩層涵義：其一、“嘗試建立數(shù)學(xué)模型”屬模仿性技能目標(biāo)，旨在通過(guò)原形示范（細(xì)菌的數(shù)量增長(zhǎng)）和具體指導(dǎo)，學(xué)生能完成建立數(shù)學(xué)模型；其二、“解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”屬理解水平的知識(shí)目標(biāo)，旨在把握數(shù)學(xué)模型（抽象）與種群的數(shù)量變動(dòng)（具體）之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。重點(diǎn)和難點(diǎn)：指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量連續(xù)7天的觀察后所收集的數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，探究變化規(guī)律，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，繪制變化曲線，并嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因。高中學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)模型的概念并不陌生，學(xué)生已對(duì)運(yùn)用數(shù)學(xué)解決生物學(xué)中的問題有了一定的認(rèn)識(shí)，例如對(duì)遺傳規(guī)律、DNA的復(fù)制等的認(rèn)識(shí)。本節(jié)是在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，重新建構(gòu)新的知識(shí)建構(gòu)揭示生物學(xué)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。（二）主題緊密聯(lián)系現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)生活實(shí)際，讓學(xué)生“自主、合作、探究”學(xué)習(xí)是高中生物新課改的主旋律。教師要盡量聯(lián)系現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)生活實(shí)際創(chuàng)設(shè)條件和氛圍，讓學(xué)生通過(guò)自主努力，積極參與類似于科學(xué)研究的學(xué)習(xí)活動(dòng)，逐步形成善于質(zhì)疑、樂于探究、勤于動(dòng)手、努力求知的積極態(tài)度和情感，發(fā)展樂于與人合作的團(tuán)隊(duì)精神，形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、收集分析信息和解決問題的能力，最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)、技能和情感的學(xué)習(xí)目標(biāo)。教師是教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者，要改變舊的課堂教學(xué)方式，變“授之以魚”為“授之以漁”，放手和激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，團(tuán)結(jié)協(xié)作，積極參與研討分析和評(píng)價(jià)，充分體現(xiàn)學(xué)生作為探究學(xué)習(xí)的參與者，在發(fā)現(xiàn)和解決問題的過(guò)程中提升自己。（三）板書設(shè)計(jì)：主要時(shí)期成 因特 點(diǎn)特 征應(yīng) 用.調(diào)整期適應(yīng)新環(huán)境不立即繁殖代謝活躍，體積增長(zhǎng)較快創(chuàng)設(shè)條件，縮短或延長(zhǎng)調(diào)整期時(shí)間II.指數(shù)期(對(duì)數(shù)期)條件適宜繁殖速度最快。呈指數(shù)增長(zhǎng)代謝旺盛，形態(tài)、生理比較穩(wěn)定生產(chǎn)用菌種、科研材料III.穩(wěn)定期代謝產(chǎn)物大量積累，生存環(huán)境惡劣活菌數(shù)量達(dá)到最高值(K值)增殖速度下降，死亡加劇改善和控制條件延長(zhǎng)穩(wěn)定期.衰亡期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡，有害代謝廢物積累加劇，生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)一步惡化。新增細(xì)胞數(shù)小于死亡細(xì)胞數(shù) 細(xì)胞出現(xiàn)多種形態(tài)，甚至畸形。（四）細(xì)節(jié)1.課前準(zhǔn)備影響酵母菌數(shù)量的環(huán)境因素是多方面的，因此開放性較大，數(shù)據(jù)收集繁雜而耗時(shí)，許多問題的預(yù)測(cè)、分析和解決等學(xué)生難以把握，因此，我把本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、開展放在課前，具體包括：（1）教師做好實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x的動(dòng)員，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，團(tuán)結(jié)協(xié)助，把它作為一項(xiàng)課題來(lái)完成。布置學(xué)生課前認(rèn)真閱讀教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，理解實(shí)驗(yàn)的方法和探究思路，努力發(fā)掘其中隱含的問題，積極查找資料，為進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)做好充分準(zhǔn)備；各小組利用下午的活動(dòng)課組織至少一次集體研討會(huì)。（2）分組與分工：我將學(xué)生按學(xué)科能力的好中弱均分為8組，各組盡量平衡，各組自行分工，并由實(shí)驗(yàn)員統(tǒng)一安排實(shí)驗(yàn)過(guò)程。（3）讓學(xué)生課前通過(guò)上網(wǎng)查找和小組集中研討，重點(diǎn)解決本實(shí)驗(yàn)的兩項(xiàng)較復(fù)雜的技術(shù)無(wú)菌馬鈴薯培養(yǎng)液的配制：下載并理解含圖片的培養(yǎng)液制作操作過(guò)程（配制、滅菌、接種、培養(yǎng)），課前由各小組在實(shí)驗(yàn)員指導(dǎo)下制作完成。酵母菌的取樣和計(jì)數(shù)：要求找出血球計(jì)數(shù)板的圖片及使用說(shuō)明，理解如何使用和換算為10mL培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量。（4）利用本校優(yōu)勢(shì)，11月4日組織學(xué)生參觀訪問肇慶藍(lán)帶啤酒廠(肇慶)有限公司（圖片1），了解微生物啤酒生產(chǎn)的有關(guān)知識(shí)和技能（圖片2）。肇慶藍(lán)帶啤酒廠生產(chǎn)場(chǎng)景（5）各小組在老師的啟發(fā)下，自行確定本實(shí)驗(yàn)的自變量（溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)），共同設(shè)計(jì)出較科學(xué)可行的實(shí)驗(yàn)草案，11月6日交老師審閱、指導(dǎo)修正。（6）完成實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)員和教師的指導(dǎo)下分小組在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室完成，包括培養(yǎng)液的配制、滅菌、接種、培養(yǎng)、數(shù)據(jù)收集等。（7）數(shù)據(jù)匯總、印發(fā)：各小組把收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成表格匯總到老師處進(jìn)行排版、油印，上課前發(fā)給每個(gè)同學(xué)進(jìn)行初步的分析。 2.創(chuàng)設(shè)情景，引領(lǐng)分析投影圖片：國(guó)酒茅臺(tái)（圖片3）和肇慶市酒類名牌藍(lán)帶系列（圖片4）。展示：讓學(xué)生利用教師的電腦投影出他在參觀訪問肇慶藍(lán)帶啤酒廠時(shí)拍攝到的生產(chǎn)車間情景（圖片5）。師：創(chuàng)名酒 靠品質(zhì)，首先就要清楚酵母菌的生理特性。討論：回憶酒的發(fā)酵原理，講出酵母菌兩種呼吸的化學(xué)反應(yīng)式，討論影響酵母菌生活的因素。師：在參觀訪問和為期一個(gè)星期的探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化活動(dòng)中，各同學(xué)都能積極探究、互相研討學(xué)習(xí)、克服種種困難，終于獲得了有關(guān)酵母菌生活的一些珍貴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請(qǐng)大家拿出油印的全班各小組的匯總數(shù)據(jù)資料，一起來(lái)分析、總結(jié)。討論分析：讓學(xué)生對(duì)以溫度為自變量的第3小組的數(shù)據(jù)（下表）進(jìn)行初步分析，看能否揭示出其中的變化規(guī)律。次 數(shù)12345678時(shí) 間/d012341567酵母菌數(shù)（106.mL-1）A. 28馬鈴薯培養(yǎng)液0.85.25.64.820.80.40.08B. 5馬鈴薯培養(yǎng)液0.81.222.83.23.63.23C. 68馬鈴薯培養(yǎng)液0.80.40.100000小組討論、分析后回答教師的個(gè)別提問。生：酵母菌生活的適宜溫度是30左右，在試管中培養(yǎng)的過(guò)程中，依次發(fā)生先增加后減少的變化。我就伺機(jī)啟發(fā)：“我們費(fèi)了大量精力才獲得這些數(shù)據(jù)，但在分析酵母菌種群數(shù)量的變化規(guī)律時(shí)，你覺得表格數(shù)據(jù)有什么優(yōu)點(diǎn)，還存在哪些不足之處？”生：準(zhǔn)確，但不夠直觀！師：那么，用什么方式表達(dá)這種變化更好？生：“坐標(biāo)曲線圖”，學(xué)生一致認(rèn)為。3. 繪制變化曲線，初步建構(gòu)數(shù)學(xué)模型數(shù)型轉(zhuǎn)換訓(xùn)練：讓學(xué)生以第3組的數(shù)據(jù)繪制坐標(biāo)曲線圖。教師另外指定一個(gè)學(xué)生在黑板繪制，其他同學(xué)用練習(xí)本做，教師巡視學(xué)生練習(xí)情況。當(dāng)學(xué)生繪制完成后，老師以學(xué)生繪制在黑板的曲線圖為例，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該圖進(jìn)行評(píng)價(jià)和修正。討論：該曲線圖可靠性如何，理由是什么？生：不夠可靠。因?yàn)閿?shù)據(jù)只有一組，存在偶然性。師：如何才更有說(shuō)服力？生：進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)或多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。學(xué)生活動(dòng)：把全班也是以溫度為自變量的第1組和第7組的數(shù)據(jù)也轉(zhuǎn)換成曲線圖。學(xué)生通過(guò)對(duì)三個(gè)小組的曲線圖的比較，很輕易就看出酵母菌數(shù)量的相同變化規(guī)律。師：“可以得出哪些結(jié)論？”生：在試管中培養(yǎng)的過(guò)程中，都依次發(fā)生緩慢增加、快速增加、穩(wěn)定、減少四個(gè)階段的變化。學(xué)生補(bǔ)充：酵母菌生活的適宜溫度是28左右。學(xué)生再補(bǔ)充：都有一個(gè)最大的數(shù)量。4.嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型I.調(diào)整期討論：曲線圖表明在培養(yǎng)初期，酵母菌的數(shù)量變化特點(diǎn)是什么，原因是什么？ 教師引導(dǎo)學(xué)生想象接種初期，酵母菌對(duì)新的環(huán)境有一個(gè)調(diào)整和適應(yīng)的過(guò)程，包括營(yíng)養(yǎng)、pH、滲透壓、溫度等的變化，呈現(xiàn)出不立即繁殖的特點(diǎn)。這個(gè)時(shí)期的長(zhǎng)短與菌種、培養(yǎng)條件等因素有關(guān)，稱為調(diào)整期。分析：調(diào)整期的內(nèi)因是什么？請(qǐng)用細(xì)胞代謝的知識(shí)來(lái)解釋。啟發(fā)：第二階段酵母菌發(fā)生怎樣的變化，這需要調(diào)整期做好哪些準(zhǔn)備？生：細(xì)胞代謝活躍，體積增長(zhǎng)較快，大量合成細(xì)胞增殖所需的物質(zhì)和能量。實(shí)踐應(yīng)用：結(jié)合生產(chǎn)生活，明確微生物的調(diào)整期有哪些應(yīng)用？生：在啤酒生產(chǎn)中，設(shè)法創(chuàng)設(shè)有利條件縮短酵母菌的調(diào)整期以加快發(fā)酵。學(xué)生補(bǔ)充：從營(yíng)養(yǎng)、pH、滲透壓、溫度等方面抑制有害微生物的繁殖。II.指數(shù)期(對(duì)數(shù)期)分析討論：教師讓學(xué)生分析討論曲線圖的第二階段。師：酵母菌經(jīng)過(guò)調(diào)整期后，其數(shù)量有什么變化特點(diǎn)？生：迅速增加，由1個(gè)、2個(gè)、4個(gè)師:怎樣表達(dá)其第t代的數(shù)量（Nt）？ 生：Nt2t學(xué)生更正：不對(duì)，應(yīng)該是N02t師：對(duì)。這個(gè)時(shí)期稱為指數(shù)期(對(duì)數(shù)期)。討論：酵母菌數(shù)量呈指數(shù)遞增，需要哪些條件？教師啟發(fā)下，與學(xué)生一起概括為：理想環(huán)境（空間、營(yíng)養(yǎng)充裕，溫度、pH適宜等）。師：把調(diào)整期和指數(shù)期(對(duì)數(shù)期)合起來(lái)的曲線像什么形狀？生：“J”型。實(shí)踐應(yīng)用：結(jié)合生產(chǎn)生活，明確微生物的指數(shù)期有哪些應(yīng)用？生：在啤酒生產(chǎn)中，設(shè)法創(chuàng)設(shè)有利條件縮短酵母菌的指數(shù)期以加快發(fā)酵。III.穩(wěn)定期分析討論：教師讓學(xué)生分析討論曲線圖的第三階段。師：酵母菌數(shù)量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的指數(shù)期(對(duì)數(shù)期)變化后，發(fā)生什么變化？生：增加速度減慢，達(dá)到最大值后穩(wěn)定一段時(shí)間。師：對(duì)。這個(gè)最大值稱為環(huán)境容納量（K值）。師：增加速度減慢的原因是什么？教師啟發(fā)下，與學(xué)生一起概括為：環(huán)境變得惡劣（空間和營(yíng)養(yǎng)不足，種內(nèi)斗爭(zhēng)加?。籆O2等代謝產(chǎn)物增加、pH改變等），導(dǎo)致增殖速度下降，死亡加劇。師：把調(diào)整期、指數(shù)期和穩(wěn)定期合起來(lái)的曲線像什么形狀？生：“S”型。實(shí)踐應(yīng)用：結(jié)合生產(chǎn)生活，明確微生物的穩(wěn)定期有哪些應(yīng)用？生：在啤酒生產(chǎn)中，設(shè)法創(chuàng)設(shè)有利條件維持酵母菌數(shù)量的最大值以加快發(fā)酵。討論：有哪些措施？生：適時(shí)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)、調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度、排出代謝廢物等。IV.衰亡期 分析討論：教師讓學(xué)生分析討論曲線圖的第四階段。師：酵母菌數(shù)量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的穩(wěn)定期后，發(fā)生什么變化，原因是什么？教師啟發(fā)下，與學(xué)生一起概括為：酵母菌數(shù)量不斷減少，顯微鏡下看見細(xì)胞出現(xiàn)多種形態(tài)，甚至畸形。原因是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡，生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)一步惡化，有害代謝廢物積累加劇，導(dǎo)致增殖速度下降，死亡加劇，新增細(xì)胞數(shù)小于死亡細(xì)胞數(shù)。4.不同pH下，酵母菌種群數(shù)量的變化及解釋學(xué)生活動(dòng)：教師讓學(xué)生把全班以pH為自變量的第2、第5和第8小組的表格數(shù)據(jù)用曲線圖繪出來(lái)，再通過(guò)對(duì)三個(gè)小組的曲線圖的比較概括出結(jié)論。師：“可以得出哪些結(jié)論？”生：隨時(shí)間的變化同樣依次經(jīng)過(guò)穩(wěn)定期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期四個(gè)階段。學(xué)生補(bǔ)充：酵母菌的適宜pH為4.05.0左右。 5.營(yíng)養(yǎng)對(duì)酵母菌種群數(shù)量的影響學(xué)生活動(dòng)：教師讓學(xué)生把全班以營(yíng)養(yǎng)為自變量的第4和第6小組的表格數(shù)據(jù)用曲線圖繪出來(lái)，再通過(guò)對(duì)兩個(gè)小組的曲線圖的比較概括出結(jié)論。師：“可以得出哪些結(jié)論？”生：蒸餾水培養(yǎng)下，酵母菌的數(shù)量不斷減少。說(shuō)明酵母菌的生活需要從培養(yǎng)液中獲取營(yíng)養(yǎng)。6.得出結(jié)論（1）本節(jié)課的數(shù)學(xué)模型有表格數(shù)據(jù)、公式、曲線圖。（2）酵母菌在適宜條件下培養(yǎng)，種群數(shù)量依次經(jīng)過(guò)穩(wěn)定期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期四個(gè)階段，曲線先呈“J”型后呈“S”型。酵母菌生活的適宜溫度是28左右。酵母菌的適宜pH為4.05.0左右。酵母菌的生活需要從培養(yǎng)液中獲取營(yíng)養(yǎng)。7.知識(shí)歸納與應(yīng)用（1）比較微生物培養(yǎng)過(guò)程中種群各階段增長(zhǎng)率的變化：0000，最大在 K/2 點(diǎn)，實(shí)踐應(yīng)用：在養(yǎng)魚、養(yǎng)雞時(shí)維持在K/2。（2）讓學(xué)生列表比較微生物培養(yǎng)過(guò)程中種群各階段的變化特點(diǎn)、原因及其實(shí)踐應(yīng)用。8.深化（任選一題）1.假如你是肇慶藍(lán)帶啤酒廠的技術(shù)廠長(zhǎng)，結(jié)合本節(jié)課談?wù)勀愕陌l(fā)酵技術(shù)做法。2.鼓勵(lì)有興趣的同學(xué)利用課余結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際確定探究課題，開展有關(guān)種群數(shù)量變化的類似探究實(shí)驗(yàn)。如在自然界中，既有需要減少其數(shù)量的對(duì)人類有害的生物，如鼠、蝗蟲、入侵的水葫蘆等以及某地的人口變化，也有需要增加其數(shù)量的生物如大熊貓、鯨等保護(hù)動(dòng)物和羊、牛等種養(yǎng)的生物，為更好的改變他們的數(shù)量，就要弄清楚找出其種群數(shù)量變化規(guī)律和影響他們的種群數(shù)量變化的因素。3.收集當(dāng)前啤酒生產(chǎn)銷售的有關(guān)資料，為肇慶藍(lán)帶啤酒廠的發(fā)展盡一份力。（四）教學(xué)反思新課程改革提倡學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)探究，要求教師充分發(fā)掘和利用本地的教學(xué)條件，努力為學(xué)生提供這樣的機(jī)會(huì)和氛圍，在探究過(guò)程中，從確定課題、制定計(jì)劃、搜集資料、總結(jié)整理、交流評(píng)價(jià)五個(gè)連續(xù)的階段中，使學(xué)生獲得親身參與研究探索的體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生形成善于質(zhì)疑、樂于探究、努力求知的積極態(tài)度和情感，努力培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)自主發(fā)現(xiàn)和提出問題，收集、分析和利用信息以及解決問題等多方面的探究能力，逐漸學(xué)會(huì)交流和分享探究的信息、創(chuàng)意及成果，發(fā)展樂于合作的團(tuán)隊(duì)精神和合作技能，形成嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。引導(dǎo)學(xué)生了解科學(xué)對(duì)于自然、社會(huì)與人類的意義與價(jià)值，學(xué)會(huì)關(guān)心國(guó)家和社會(huì)的進(jìn)步，形成對(duì)社會(huì)的責(zé)任心和使命感。本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)就是在這種教學(xué)理念的指導(dǎo)下進(jìn)行的。本節(jié)課的教學(xué)，課前能很好地利用本地的教學(xué)條件，課堂上能突出引導(dǎo)學(xué)生自主解決所收集的數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，探究變化規(guī)律，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，繪制變化曲線，并嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因。在教師設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中，各學(xué)生在類似于科學(xué)研究的活動(dòng)中，通過(guò)有序地開展自主進(jìn)行數(shù)