《建立数学模型解释种群数量的变动》教学设计

1、2在早春低温时为了让水稻种子早发芽，稻农常将种子置于流动的河流或溪水中浸泡一段时间。这种做法与以下哪种激素变化的相关性最大（）A脱落酸 B细胞分裂素 C赤霉素 D生长素建立数学模型解释种群数量的变动教学设计宁夏银川市第六中学张俊萍一、教学目标1说明建构种群增长模型的方法，能解释J型、S型曲线的生物学含义；2联系生活中的实例，尝试发现生活中的生物学问题，并能从生物学角度思考、分析解决问题的方法；3课前探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，尝试建构种群增长的数学模型，培养学生合作完成科学探究实验的能力、实事求是的科学态度和团队合作精神。二、教材分析从本章开始将在群体水平上探讨生命系统的组成、结构和

2、发展变化规律。本节内容分为三部分：一是建构种群增长模型的方法；二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；三是探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”。教学的重点是建立数学模型的方法和解释J型、S型曲线的生物学含义。通过本节知识和方法的学习，可为后续分析群落的结构、生态系统及其稳定性、生态环境的保护打下基础。课前组织学生完成酵母菌种群数量变化的探究实验，并从实验结果的分析入手，探究有限条件下的种群数量变化的规律，增强学生的感性认识，提高学习的积极性，及对知识的理解和迁移能力。三、学情分析高二学生具备一定的数学基础，对数学模型的概念并不陌生，在生

3、物学的其他内容中学生已能运用数学方法解决生物学中的问题，例如，温度、PH值对酶活性影响的曲线、细胞分裂的文字、图像、曲线的相互转换、对遗传规律的认识等。教学中应充分利用学生的前概念，在学生已有知识的基础上，建构新的知识，揭示生物种群数量变化规律的数学模型。高二学生已具备一定的观察、分析问题的能力及科学探究能力，喜欢动手实验，渴望在探究过程中获得成功，但分析实验数据的能力及解读图表的能力还需提高，教学中应注重这方面的学习和培养。四、教学条件分析我校教室中有多媒体设备；生物实验室能为完成探究酵母菌种群数量变化的实验提供条件，在学习本节课前的周末，利用一天时间，师生共同完成了酵母菌种群数量变化探究实

4、验。对实验在营养液的配置、菌种的选用、所添加的量上均做了改动，这是通过事先与生物兴趣小组的同学共同探讨并预实验后的成果。五、指导思想依据课标，重组教材，让学生自主探究，让学生亲历实验过程，由具体(典型的事例)到抽象（数学模型的建构）, 由简单（细菌的“J型曲线建立）到复杂（自主探究酵母菌构建“”型曲线），层层递进，体验、领悟建立模型的科学研究方法；针对不同的知识点，采用不同的教学方法，调动学生学习的积极性、主动性和创造性，有效达成教学目标。六、教学重点、难点重点：尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。难点：建构种群增长的数学模型。七、教学手段1用录相机、照相机和Powerpoi

5、nt制作多媒体课件。2设计学案。八、教学流程图九、教学过程教师的组织和引导学生活动设计意图创设情境，揭示主题幻灯出示图片。问题：大家是否关注过这些美食的保质期？幻灯出示食品标签，重点标出生产日期。问题：为什么这些非真空包装的食品，保质期这么短？出示细菌繁殖的动画。设疑：细菌多长时间繁殖一代？每天面包中新增的细菌数一样多吗？过期几个小时的食品能吃吗？亲历细菌模型构建出示幻灯片(表格显示面包中大肠杆菌的繁殖数据)，完成学案的活动一：观察与思考：教师全班巡视，个别帮助、提示、辅导。出示其他如扇形图、柱形图等数学模型。建构种群增长模型的方法出示幻灯:打出学生刚才的研究过程：启发思考：1如何才能构建出准

6、确的数学模型？2构建数学模型的方法一般体现在科学探究的哪些环节？学生喜欢吃的蛋糕图片。垂涎欲滴，兴奋纷纷猜测，拿不准，非常想知道。非常吃惊。反问：细菌多长时间繁殖一代？非常想知道。学生自己独立完成活动一：幻灯出示一位同学的实验及结果：利用实物投影仪，展示学生的“作品”，其他同学进行评价。学生深入思考后，回答：1分析问题由简单到复杂；还需通过观察、调查等途径获得研究数据；2作出假设和结果分析、结论得出中都有体现。通过创设具体的生活情境，激发学生探究细菌数量变化规律的欲望。通过两实验结果的展示，即让学生理解推测的模型还需实验的验证的科学研究的探究外，还能让学生加深种群J型曲线数量变化的条件。梳理探

7、究思路。归纳建模方法，初步感悟建构数学模型的方法。明确该方法在什么地方使用，使用的意义。学生只有认同该方法的意义后，才会更好的应用。资料分析建构“J型”曲线设疑：自然界中，有类似细菌在理想条件下种群数量的形式吗？出示幻灯片，打出资料一、资料二、资料三：尝试建构“J型”曲线联系实际，首尾呼应：过期的面包还能吃吗？面包中的细菌中细菌每天新增的数量相同吗？资料一：环颈雉被引入美国的某岛屿上后，1937-1942年期间种群的增长曲线；资料二：10棵水葫芦8个月内就能增至60万棵的增长曲线；资料三：我国自13931990年以来人口统计数据情况的曲线图。学生板示模型建构。与课堂引入遥相呼应，解决实际问题。

8、引导学生分析曲线的生物学含义，感受建构模型的意义，同时为后面学生自主建构S型曲线和生物学含义的分析做铺垫。建构“S”型曲线并解释含义“J”型增长能一直持续下去吗？教师用幻灯片打出每组学生在实验过程中的精彩片段照片及实验数据。小组合作交流讨论采用小组合作的方式，分析讨论问题（幻灯片上打出讨论题）。全班交流讨论并交流：1请各组同学明确分工，提高效率，将本组的实验结果绘制成曲线图，进行比较，总结曲线图的共同规律。2分段研究曲线图，从外因及内因（出生率和死亡率的关系）两方面做出合理的解释。3曲线为什么会出现最大值（即环境容纳量，又叫K值），它的生物学含义是什么？同一种群的K值是固定不变的吗？你能证明吗

9、？变换学习方式，让学生相互交流、讨论，将课堂交给学生，让学生成为学习的主人，教师成为组织者、引导着的角色。拓展延伸，总结反馈问题思考，巩固提升思考：怎样做才是保护大熊猫的根本措施？今天我们一起研究了种群数量的增长情况，针对种群数量的变化，大家还有什么想了解的问题吗？布置自学等作业，自选完成。巩固与提升：1曲线斜率的生物学含义是什么？变化规律呢？2 S型增长种群，当种群数量达到_时，增长速率最大。3请构建时间与种群增长速率的数学模型。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？种群数量除了增长，还有别的情况吗？如何保护濒危物种？通过分层次的

10、巩固提升练习，突出重点，加深记忆，对不同程度的学生进行了分层次练习，面向全体学生，采取激励性评价机制，促进学生发展。让学生根据自己的实际情况来选择地完成作业，既保证了基础知识的巩固，又使作业的完成不流于形式。十、板书设计42 种群数量的变化一、方法：理想条件下：NnN0n 二、理想条件下，自然种群的增长规律：NtN0t 三、有限条件下十一、教学反思1对实验的改进。课本中关于酵母菌种群数量变化的探究实验要求历时一周，时间长，学生观察不便，教学中师生对本实验进行了重新设计，在营养液的配置、菌种的使用、以及它们所添加的量上均做了改动，现实验在一天时间内即可完成。引导学生在改进实验的过程中，对教师实验

11、素养也是一个提高。实验改进方案如下：实验步骤：（1）灭菌。将试管、烧杯等放入高压灭菌锅灭菌处理。（2）配置培养液。分别配置10/1000、20/1000、40/1000的培养基，以10/1000为例，每10 g的葡萄糖配1000ml的无菌水。设置浓度梯度，每梯度设等量4份，共12份。（3）接种：分别将005g酵母细胞接种到具有浓度梯度的12份等体积的培养基溶液中，接种时应在酒精灯附近接种。（4）分装：在12支相同试管中分别加入3ml的酵母细胞培养液,并贴上标签。（5）封装：在试管口塞棉花封口，放入恒温箱（280C）培养。（6）观察：每隔一小时，取出一组A、B、C试管，取适量的培养液滴在血球计数

12、板上，用显微镜观察，计数，记录。实验结果：酵母细胞培养增殖实验（数量单位：*106个）试管序号时间A（10/1000）B(20/1000)C(40/1000)10小时77721小时15253032小时30455743小时64887254小时4552642注重课堂内外的延续、拓展。上述实验改进是我们生物兴趣小组的同学在查阅资料后共同探讨并多次做预实验后的成果。课前组织兴趣小组的同学再一次与老师又做了该实验，本次实验效果非常明显，超出了同学们的预想。这次我事先拍下了他们实验的照片并制成了课件，课上一播放，同学们情趣高昂，学习的积极性空前高涨，整堂课都处于兴奋、活跃、主动的学习探索之中，目标达成度高

13、，使课堂内外得以延续、拓展，即提高了学生的自主学习积极性，又激发了学生科学探究的热情，在活动中培养了学生们尊重实验结果，事实求是的严谨态度。42 建立数学模型解释种群数量的变动（含实验） 导学案活动一：观察与思考：1保质期过后12小时，每克面包中的大肠杆菌数量？_2请选择你喜欢的数学形式:表格、函数、坐标曲线、柱形图、扇形图等（即数学模型）来表示大肠杆菌数量的变化规律。 活动二：尝试构建数学模型：理想条件下（食物充足、空间充裕、气候适宜、没有敌害等），如果种群的起始数量为N0，并且第二年的数量是第一年的倍，那么：函数模型： t年后种群数量Nt_曲线模型：活动三：小组合作，讨论实验结果，找代表发言，其它成员进行补充。提示：1请各组同学明确分工，提高效率，将本组的实验结果绘制成曲线图，进行比较，总结曲线图的共同规律。2分段研究曲线图，从外因及内因（出生