《第2節(jié)種群數(shù)量的變化》教學(xué)設(shè)計(江蘇省縣級優(yōu)課)-生物教案

人教版必修3第4章種群和群落第2節(jié)種群數(shù)量的變化一.教材分析：在課堂教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生的主體意識，發(fā)展學(xué)生的主體能力，塑造學(xué)生的主體個性，使學(xué)生的主體性得到充分的發(fā)展。本節(jié)課通過具體的實例、大量問題情境的設(shè)置，讓學(xué)生利用所學(xué)的數(shù)學(xué)等知識分析、歸納總結(jié)，自己得出結(jié)論，為學(xué)生發(fā)揮其主體性提供盡可能多的機會，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性，促進學(xué)生主體性的發(fā)展和科學(xué)素養(yǎng)的提高。二.學(xué)情分析：本課的學(xué)習(xí)主要是以探究構(gòu)建數(shù)學(xué)模型為主，因此需要學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)功底。本冊為高中必修3第4章的內(nèi)容，對于高一學(xué)生而言，他們具有一定的數(shù)學(xué)能力，對于這樣的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建來說還是較有能力，能夠把握的，最多需要一些小小的提示。因此，可以讓學(xué)生進行小組探討活動，而不用為他們講解太多。對于種群數(shù)量變化的幾種形式則較易于理解。同時，也需要學(xué)生對上一節(jié)課的知識掌握比較充分，才有利于這節(jié)課的進行。三.教學(xué)設(shè)計思想：高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)對這節(jié)的描述出現(xiàn)在必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊、第四部分《種群和群落》的第二項內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，即“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動”，屬于能力層面的“模仿”水平和知識層面的“理解”水平。在活動建議里則提出“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化”。四.教學(xué)目標(biāo)：1.知識目標(biāo)：⑴解釋種群數(shù)量增長的一般規(guī)律。⑵說明建構(gòu)種群數(shù)量增長數(shù)學(xué)模型的方法。2.能力目標(biāo)：⑴通過各種形式的活動，嘗試建構(gòu)種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型。⑵運用種群數(shù)量變化規(guī)律解決生產(chǎn)生活中的實際問題。3.情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：⑴認同數(shù)學(xué)模型在科學(xué)研究中的應(yīng)用。⑵參與瀕危生物保護措施與生物入侵防范措施的討論，關(guān)注人類活動對種群數(shù)量變化的影響。五.教學(xué)重點與難點：1.教學(xué)重點：⑴嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型；⑵根據(jù)建構(gòu)的數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。2.教學(xué)難點：建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。六.教學(xué)方法：1.通過多媒體手段展示細菌繁殖的動態(tài)過程，讓學(xué)生進行動態(tài)想象，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的能力。2.通過引導(dǎo)學(xué)生閱讀分析資料建立種群增長的數(shù)學(xué)模型，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。3.通過引導(dǎo)學(xué)生討論比較“J”型曲線和“s”型曲線的區(qū)別和聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生比較和歸納的能力。七.教學(xué)實施過程：【多媒體顯示】2008年5月蘇州動物園斑鱉配親的視頻。2010年7月新疆北部蝗災(zāi)的視頻師：以上無論是瀕臨滅絕的斑鱉，還是蝗災(zāi)，描述的都是一類問題，同種生物的數(shù)量變化，也就是種群數(shù)量的變化。。課題：種群數(shù)量的變化（板書）師：種群數(shù)量變化的研究對于我們的生活、生產(chǎn)，對社會和整個自然界都有許多重要的意義師：接下來，我們以一種生物—細菌來研究種群的數(shù)量變化，細菌的繁殖是一種分裂生殖?！径嗝襟w顯示】細菌分裂生殖視頻。師：剛才我們觀察了我們的研究對象板書：觀察對象師：現(xiàn)在我們來提出一個假設(shè)，在營養(yǎng)和生存空間等條件都適宜的情況下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響。板書：合理假設(shè)討論：如果在營養(yǎng)和生存空間等條件都適宜的情況下，1個細菌會增殖為多少？以每20分鐘繁殖一代計算。完成表格：（學(xué)生討論完成）時間分鐘20406080100120140160180細菌數(shù)量進一步討論：N表示細菌數(shù)量，n表示繁殖產(chǎn)生細菌的代數(shù)，寫出n代細菌數(shù)量的計算公式。同時以表格中得到的數(shù)據(jù)，以時間為橫軸，以數(shù)量為縱軸，畫出細菌種群數(shù)量增長的曲線。學(xué)生討論完成，并展示成果。數(shù)學(xué)公式：N=2n坐標(biāo)圖曲線屏幕顯示。師：不管是方程式還是曲線圖，實際上是試圖在用某種恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式來表達種群增長的實質(zhì)，稱之為數(shù)學(xué)表達。板書：數(shù)學(xué)表達師：用方程式可以精確的計算細菌的數(shù)量，用曲線能更加直觀地反映出種群數(shù)量增長的趨勢。進一步討論：能不能根據(jù)細菌增長的方程式推導(dǎo)出一個和細菌種群增長類似的反映一般種群的種群增長的方程式？師：Nt表示t時間后該種群的數(shù)量。種群的起始數(shù)量不是1而是以N0表示起始數(shù)量。每繁殖一代的時間是確定的，用t表示為時間（不是第幾代，而是第一個20分鐘，第二個20分鐘，就是第幾個繁殖期）。每經(jīng)過一個繁殖期后，子代種群數(shù)量是原來的λ倍。學(xué)生討論完成，并展示成果。Nt=N0λt一個反映一般的種群增長的方程式。師：這個方程式是在假設(shè)下得到的，實際上是不是這樣呢？我們必須通過實驗檢驗修正板書：檢驗修正師：有學(xué)生做了這樣的實驗：利用進行分裂生殖的單細胞的原生動物草履蟲做實驗，使用提純的草履蟲種群放在50mL的燒杯中，用稻草秸桿溶液培養(yǎng)，每天進行觀察，并記數(shù)、作好記錄，每天記數(shù)、記錄后馬上進行分裝到更大的容器中，并添加新的稻草秸桿培養(yǎng)溶液，并記數(shù)、記錄，連續(xù)記數(shù)、記錄6天，結(jié)果如下表：【多媒體顯示表格】時間第一天第二天第三天第四天第五天第六天個數(shù)15001580400678201618028130曲線圖和方程式見課件學(xué)生討論完成:實驗得到的方程式y(tǒng)=600e0.6x是否和假設(shè)的方程式相符？實際情況和我們的假設(shè)相符合，說明我們的假設(shè)是有效的，那么我們就可以把得到的方程式或者曲線圖叫做描述種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型，那么這種方法叫做種群增長數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)。板書：觀察對象合理假設(shè)數(shù)學(xué)表達檢驗修正師：種群增長數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)包括四個步驟。師：同樣的實驗生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)也做過，在裝有0.5mL培養(yǎng)液的容器中放入5個大草履蟲，然后每隔24小時統(tǒng)計一次草履蟲的數(shù)量，連續(xù)6天，得到一曲線圖【多媒體顯示】和剛才的實驗結(jié)果不一樣，是誰錯了嗎？還是有其他原因？請同學(xué)們分析。學(xué)生討論回答。師：提示:我們同學(xué)的實驗和高斯的實驗，兩者的實驗條件是否相同？師：實際上是不同條件下的兩個不同的種群增長模型。通過我們同學(xué)做的草履蟲實驗所得到的模型曲線類似于英文字母J，我們稱之為“J”型曲線。這樣的增長類型稱之為“J”型增長。（板書）“J”型通過高斯的實驗所得到的模型曲線類似于英文字母S，我們稱之為“S”型曲線。這樣的增長類型稱之為“S”型增長。（板書）“S”型在“S”型增長模型中我們要重點理解其中的一個參數(shù)“K”值（板書），高斯的實驗的K值是375，同學(xué)們?nèi)绾卫斫狻癒”值的。（學(xué)生討論回答）師：那么，究竟是什么導(dǎo)致種群增長會表現(xiàn)出不同的增長模型呢？什么情況下是“J”型增長，什么情況下又是“S”型增長呢？為什么“S”型增長不能超過一個最大值呢？（學(xué)生討論回答）師：經(jīng)過同學(xué)的分析，我們知道，兩種曲線圖之所以不同，原因是他們的條件是不一樣的，比如細菌，是在營養(yǎng)和生存空間等條件都適宜的情況下得到的種群增長情況，如同學(xué)做的草履蟲實驗，是在分裝到更大的容器中，并添加新的稻草秸桿培養(yǎng)溶液的情況下得到的種群增長情況。像這樣食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害的條件，我們稱為理想條件。（板書）高斯的實驗是在資源和空間有限的情況下進行的，當(dāng)種群密度增大時，隨著食物的減少，生存空間的減小，種群的出生率降低，死亡率增高。當(dāng)出生率和死亡率相等時，種群的增長就會停止，達到“K”值，那么所謂的“K”值就是，在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量，稱為環(huán)境容納量?！癝”型的條件是有限的。（板書）師:以上是我們在實驗室中完成的，那么自然界中種群增長的具體情況又是如何的呢？【多媒體顯示】環(huán)頸雉引入到美國的一個島嶼后的增長情況曲線。綿羊引入澳大利亞塔斯馬尼亞島以后的種群增長曲線。討論：問題：種群增長的類型屬于哪種？主要是什么原因決定這種種群增長的？再往后種群數(shù)量會如何變化？學(xué)生討論并回答問題。老師總結(jié)。師：種群經(jīng)過增長后,種群數(shù)量會穩(wěn)定在“K”值不變嗎？分析澳大利亞塔斯馬尼亞島綿羊的曲線圖“K”值上下的點,在當(dāng)?shù)鼐用竦脑讱⒘浚敛莸纳a(chǎn)量以及氣候等外界條件穩(wěn)定的條件下,綿羊種群數(shù)量在達到“K”值后保持相對穩(wěn)定。穩(wěn)定（板書）師:種群數(shù)量的變化就是增長和穩(wěn)定嗎？【多媒體顯示】：東亞飛蝗種群數(shù)量的變化。師：該種群數(shù)量的變化是增長還是穩(wěn)定？或者是其他什么類型？學(xué)生討論回答。師：總結(jié)：波動（板書）。在自然界，影響種群數(shù)量的因素很多，如氣候、食物、天敵、傳染病等，因此，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動中。【多媒體顯示】鯨魚的種群數(shù)量變化。師：該種群數(shù)量的變化趨勢如何？是什么原因造成的？學(xué)生討論回答。師：總結(jié)：下降（板書）海洋環(huán)境的改變，還有主要原因是人的捕獲量越來越大。師：在種群數(shù)量變化的四種類型中我們重點研究的是種群的增長，我們構(gòu)建種群增長的數(shù)學(xué)模型并不是純粹為了獲得方程式或曲線圖，而是希望用數(shù)學(xué)模型去解決生活或生產(chǎn)中的問題。師:面對家中鼠害你改怎么辦？舉例討論：對家鼠我們采取什么措施控制？這些措施實際上是影響了種群增長的什么方面？學(xué)生討論回答。師：總結(jié)：提示：對家鼠等有害動物的控制，可以采取器械捕殺、藥物捕殺等措施。從環(huán)境容納量的角度思考，可以采取措施降低有害動物種群的環(huán)境容納量，如將食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵，等等。師：研究種群數(shù)量變化有利于對有害動物的防治?！径嗝襟w顯示】意義:有害動物的防治師：那么如果是以下這些生物呢，我們應(yīng)該怎么做？對于人參，大熊貓，麋鹿等動物，我們期望它們的種群數(shù)量變化是增長的。師：研究種群數(shù)量變化有利于保護和利用生物資源，拯救和恢復(fù)瀕危動物種群?！径嗝襟w顯示】意義：保護和利用生物資源，拯救和恢復(fù)瀕危動物種群。隨著人口的增長，科技水平的提高，人類活動范圍的擴大，人類活動對自然界中群數(shù)量變化的影響越來越大，有時候甚至成為決定性的因素。無論是什么意義，我們最大的愿望就是實現(xiàn)人和自然的和諧發(fā)展。八.板書設(shè)計：增長觀察對象第2節(jié)種群數(shù)量的變化增長觀察對象建構(gòu)數(shù)學(xué)模型建構(gòu)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)定研究方法類型種群數(shù)量的變化合理假設(shè)穩(wěn)定研究方法類型種群數(shù)量的變化合理假設(shè)波動數(shù)學(xué)表達波動數(shù)學(xué)表達意義檢驗修正意義檢驗修正下降下降九.教學(xué)反思：優(yōu)點：1.本節(jié)課創(chuàng)設(shè)具體的情境，讓學(xué)生感受活生生的生命現(xiàn)象，激發(fā)了學(xué)生的探究動機，并適時引導(dǎo)學(xué)生提出問題與假設(shè)。