高中生物-种群数量的变化教学设计学情分析教材分析课后反思

第2节种群数量的变化

教学设计一、教学目标知识目标：1、说明建构种群增长模型的方法。2、用数学模型解释种群数量的变化，解决生活生产中的实际问题。能力目标：1、通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型,培养我们的探究能力和建模能力。2、培养分析问题的能力和求同求异的思维能力。情感态度价值观目标：关注人类活动对种群数量变化的影响二、教学重点和难点1.教学重点：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。2.教学难点：建构种群增长的数学模型。教学思路课前布置学生进行探究活动“培养液中酵母菌种群数量的变化”，而后在教学过程中结合“数学模型的建构”和“种群增长的S型曲线”内容，让学生汇报和讨论。教学设计为：遵循具体→抽象→再具体→再抽象„„循环上升的轨迹。通过分析问题→探究数学规律→解决实际问题→建构数学模型的方法，让学生体验由具体到抽象的思维转化过程。1）具体

教师以“问题探讨”引入，由于学生已有相关的数学知识，不难回答问题。教师应启发学生思考：得出的数学公式有何生物学意义？2）抽象

进一步让学生讨论：细菌的数量增长模型是怎样建构的？数学模型的表现形式有哪些？由此，总结出建构种群增长模型的方法。3）再具体

由“问题探讨”第二、三个问题引出不同温度下酵母菌数量随时间变化的探究实验。结合实验结果，联系实例说明种群增长的两种模型。再抽象结合酵母菌的数量增长模型，结合例题，进一步理解种群增长的“J”型曲线的λ的含义及种群增长率的曲线，组织学生讨论“S”型曲线的K值含义及种群增长速率的曲线。5）进一步回到具体

讨论数学模型的生物学意义（说明“J”型和“S”型增长的生物学意义），列举实例。6）进一步抽象

总结用数学模型揭示生物学现象与规律的意义。

在教学中，教师要引导学生对问题作深入的思考，启发学生从现象揭示出本质和规律，使学生认同运用恰当的数学模型能够较好地表达某些生物学规律。四、教学方法：讨论法、探究法、谈话法五、教具准备：多媒体课件六、教学过程：教师的组织和引导学生活动教学意图上节课学习了种群最基本的数量特征是种群密度，那么研究种群数量变化就是研究种群的核心问题。今天我们学习第二节种群数量的变化。本节课的学习目标是什么呢？看大屏幕展示：细菌的模式图科学家研究发现：在营养和生存空间没有限制的情况下（理想条件下）细菌每20分钟繁殖一次，思考:1、细菌数量的变化随着时间的变化有什么规律？可以用哪些数学形式来描述？展示曲线图、表格、公式，进一步提问：曲线图优点？数学公式优点？这些表现形式可以用来描述细菌种群数量变化，这就是数学模型。怎样建立数学模型？完成学案探究一定义：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式建立数学模型一般步骤：研究方法研究实例观察研究对象，提出问题观察研究对象，提出问题细菌每20分钟分裂一次提出合理假设在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达Nｎ＝2ｎ，N代表细菌数量，ｎ表示第几代通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正观察、统计细菌数量，对自已所建立数学模型进行检验或修正继续回答问题探讨2、72小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？如何验证你的观点？完成学案探究二课前我们学习了培养液中酵母菌种群数量变化的实验，回顾几个问题：1、本探究活动还需要设置对照吗？需要做重复实验吗？2、取样前，为何将试管轻轻震荡几次？3、计数时，压在小方格界线上的酵母菌，怎样计数？4、如果计数板小方格内酵母菌过多，应当采取怎样的措施？5、每天计数酵母菌数量的时间要固定吗？那么在不同温度下酵母菌数量是怎样随时间变化的？进一步探究。放映视频，用曲线图的形式展示实验结果实验可以证明，一个培养基中细菌数量不会一直增长，在不同条件下种群数量变化是不同的，那么在自然界中，种群数量变化有哪几种情形？各有何特点？完成学案探究三快速浏览思考并回答问题学生基于已有的数学知识进行演算，比较两种数学模型优缺点思考、回答问题思考，计算复习巩固观看，思考，描述，分析巩固知识，引出课题以“问题探讨”引入，用数学语言揭示生物学问题，认识到在生物学中有许多现象和规律可以用数学语言来表示进一步理解数学模型构建的方法引入实验探究培养学生探究实验的设计能力、观察能力观察例1、A组试管中酵母菌种群24h内数量变化情况.例2、1859年，一位英国人来到澳大利亚定居。他带来了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟达6亿只以上。例3、在20世纪30年代，人们将环颈雉引入美国的一个岛屿，种群数量也呈“J”型增长，展示曲线图例4、水葫芦入侵，展示图片。这几个实例中，种群数量变化的共同点是什么？如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标增长画曲线来表示，大致呈“J”，这就是“J”型增长的数学模型。产生条件：食物充足，空间不限，气候适宜，没有天敌等数学公式：t年后种群的数量为Nt=N0λt典例1、假定当年种群数量是一年前种群数量的λ倍，下图表示λ值随时间的变化曲线。下列相关叙述错误的是A．O～a年，种群数量不变，其年龄组成是稳定型B．a～b年，种群数量下降，其年龄组成是衰退型C．b～c年，种群数量增加，种群呈增长型D．c～d年，种群数量增加，种群呈“J”型增长典例2、东方田鼠繁殖能力很强，在最初的一个月内，种群数量每天增加1.47%，假设东方田鼠种群迁入某地初期为3000只，则30天后该种群的数量为_____只。（用公式表示，不必计算具体结果）观察，思考，绘图，回答练习巩固培养学生绘图能力及进一步巩固数学模型的利用通过具体实例，加深对数学模型的理解明确“J”型种群增长的原因。培养学生绘图能力加深对λ的理解和应用在自然环境中，“J”能否一直持续下去？1.探究“培养液中酵母菌的数量的变化”A组试管中酵母菌种群48h内数量变化情况2.高斯实验（展示：大草履虫种群的增长曲线）归纳：在一定环境中，种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，这种增长曲线称为“S”型曲线。思考与讨论：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？对于家鼠等有害动物的控制，灭鼠时，如果只采取杀死老鼠这一办法，效果好吗？为什么？注意，家鼠的繁殖力很强，种群数量每天可增加1.47％。从K值的角度考虑，应该怎样做？从K值来分析，灭鼠应降低K值，捕鱼应提高K值，捕后剩余量为K/2。总结，对野生生物资源的保护和利用，应提高环境容纳量，对有害动物的防治应降低环境容纳量，这也是我们研究种群数量变化的意义。（展示图片）典例3、下图a、b分别为在理想状态下和自然环境中某生物的种群数量变化曲线。下列对阴影部分的理解正确的是（）①环境中影响种群增长的阻力②环境中允许种群增长的最大值③其数量表示种群内迁出的个体数④其数量表示通过生存斗争被淘汰的个体数①③B.①④C.②③D.②④变式训练：下图表示某种鱼迁入一生态系统后，种群数量增长速率随时间变化的曲线。下列叙述正确的是（）A.在t0～t2时间内，种群数量呈“J”型增长B.若在t2时种群的数量为K，则在t1时种群的数量为K/2C.捕获该鱼的最佳时期为t2时D.在t1～t2时，该鱼的种群数量呈下降趋势种群数量达到K值时，都能在K值维持稳定吗？看曲线图，种群数量有波动、下降，原因是什么？小结：本节重点学习了种群数量变化，在理想条件下，“J”型增长，资源空间有限的情况下，“S”型增长，K值会一直维持稳定吗？不会，因为气候、食物、天敌、传染病等会发生波动，在不利条件下种群数量还会急剧下降甚至消亡。另外，还学习了通过建构数学模型来解释种群数量变化以及其实例实验探究酵母菌种群数量的变化。完成学案自我测评观察，思考，绘图，回答“S”型曲线条件，环境容纳量定义，绘出“S”型曲线的种群增长速率与时间的曲线图讨论，回答“J”曲线与“S”曲线的比较思考做题填空回答结合实验，认识建立种群增长模型的程序和方法培养学生绘图能力培养学生归纳、总结和表达能力培养学生热爱大自然的情感，树立环保意识培养学生归纳、总结和表达能力以及知识的应用能力完善知识体系第二节种群数量的变化学习目标学案学习目标知识目标：1、说明建构种群增长模型的方法。2、用数学模型解释种群数量的变化，解决生活生产中的实际问题。能力目标：1、通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型,培养探究能力和建模能力。2、培养分析问题的能力和求同和求异的思维能力。情感态度价值观目标：关注人类活动对种群数量变化的影响探究一建构种群增长模型的方法探究一数学模型建立步骤（以“问题探讨”中的素材为例）：（1）“细菌每20分钟分裂一次”这一规律是怎样得出的？（2）为什么要设定“营养和生存空间没有限制”这一条件？（3）你是采用哪一种数学形式来表达细菌种群数量增长规律的？请你写出来或画出来。（提示：所谓数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。）建构数学模型后，还要通过进一步的_________________等，对模型进行检验和修正。探究二探究二培养液中酵母菌种群数量的变化实验原理：酵母菌可以用液体培养基来培养，培养基中酵母菌种群的增长情况与培养液中成分、空间、PH、温度等因素有关。提出问题：（提示：可从分析酵母菌生长的条件与种群数量增长之间的关系，提出探究的问题。）培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？思考讨论：1、本探究活动还需要设置对照吗？需要做重复实验吗？2、取样前，为何将试管轻轻震荡几次？ 3、计数时，压在小方格界线上的酵母菌，怎样计数？ 4、如果计数板小方格内酵母菌过多，应当采取怎样的措施？5、每天计数酵母菌数量的时间要固定吗？进一步探究在不同的温度下酵母菌种群的数量与时间的关系实验步骤：1、将10ml的培养液和无菌水分别加入不同的试管中。2、将酵母菌接种入试管中的液体中。 3、将试管分别放在不同的温度（28℃和5℃）下培养。 4、每天分别取样并计数酵母菌数量，连续七天。 5、分析数据，画出曲线。探究探究三种群数量的变化情况1、“J”型增长时间种群数量（1）条件：___________________、___________时间种群数量____________等条件下(或无环境阻力)（2）数学模型： 公式：曲线图：2、“S”型增长时间种群数量时间种群数量（2）数学模型：环境容纳量：在环境条件___________的情况下，一定空间中所能维持的种群____________，又称_________。思考与讨论：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？（2）对于家鼠等有害动物的控制，灭鼠时，如果只采取杀死老鼠这一办法，效果好吗？为什么？注意，家鼠的繁殖力很强，种群数量每天可增加1.47％。从K值的角度考虑，应该怎样做？3、种群数量的波动原因：由于_________、_________、__________、________等影响因素的作用，______________种群的数量总是在波动中。4、种群数量的下降在_________的条件下，种群数量会急剧下降甚至________。更多的情况下由于_________因素。自我测评1、下列有关种群增长的“S”型曲线的叙述，错误的是（）A.通常自然界中的种群增长曲线最终呈“S”型B.种群的增长速率逐步降低C.达到K值时种群增长速率为零D.种群增长受自身密度的影响2、外来物种侵入到一个新的环境，可能会（）①其种群数量在一段时间内呈现“J”型增长②其种群数量增长不受天敌制约③其种群可能会威胁到新环境内物种的多样性④其种群会由于不适应环境被淘汰A.①②④B.②③④C.①②③D.①③④3．下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内斗争增加A．CD段（增长速度慢） B．DE段（速度加快）C．EF段（变化速率加快） D．FG段（速度逐渐变慢）4、在什么条件下种群数量才会呈现指数增长（）A.当只有食物受到限制时B.在物种适宜的环境中食物开始出现不足，但不至于影响到该物种在这里生存C.在一个没有天敌的生态系统中D.在实验室内适宜的实验条件下5、某地三年前新办了一个养兔厂，由原来不到50只兔子，繁殖到现在的上万只，在这三年内，种群数量变化曲线符合（）A.“J”型曲线B.“S”型曲线C.直线上升D.抛物线6、下图表示某物种迁入新环境后，种群的增长速率随时间的变化关系。在第10年经调查该种群数量为200只，估算该种群在此环境中的环境容纳量为（）１００只B.２００只C.３００只D.４００只第2节种群数量的变化

学情分析学生们在本章的第一节已经学习了种群的概念，了解了种群的特征，尤其是各种数量特征，在此基础上过渡到种群数量变化的学习顺理成章。中学生总体思维较为活跃，通过教师的引导可以对话题进行深入探究和讨论，加强与生活实际的结合，应该能够引起共鸣。探究实验“培养液中酵母菌种群数量的变化”，所需时间较长，学生没有相关实验经历，同时酵母菌种群数量的变化很容易受到外界环境的影响，使得数据采集可能会存在较大误差。在实验前对学生进行了适当培训如酵母菌的培养、显微计数等。实验采集的数据有效，具有统计分析意义。对于高中生而言，由于数学知识还不够健全，所以建构数学模型，以及运用数学模型进行实例分析有较大难度。教师可以根据学生已有的函数知识，通过分析问题→探究数学规律→解决实际问题→建构数学模型的方法，让学生体验由具体到抽象的思维转化过程。由此确定教学重点和难点。第二节种群数量的变化效果分析学生能利用所学知识解释生活中种群数量变化的实例，理论联系实际，激发了学生学习生物的兴趣。结合实验，培养学生绘图能力，认识了建构种群增长模型的程序和方法。3、在教师的引导下，学生自主的参与讨论、获取知识，培养了学生归纳、总结和表达能力。4、培养学生热爱大自然的情感，树立环保意识。第2节种群数量的变化教材分析本节为高中生物必修三第四章种群和群落中第二节的内容，可以分为三部分：第一部分是建构种群增长模型的方法；第二部分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；第三部分是“探究”──“培养液中酵母菌种群数量的变化”。建构数学模型的方法是该教材稳态与环境模块科学方法教育的侧重点。同时，本节内容也是学生学习后面章节的有关群落和生态系统的知识的基础，因此，本节内容是本章的重点所在，向学生说明研究种群数量的方法──建构数学模型是教学难点。本节内容用2课时教授，授课者根据课程标准的要求，先对课时内容进行调整，将探究实验放在第1课时，并将实验结果用于第2课时，故此教学设计为本章节的第2课时，并由此确定本节课的教学目标。第2节种群数量的变化

评测练习1、下列有关种群增长的“S”型曲线的叙述，错误的是（）A.通常自然界中的种群增长曲线最终呈“S”型B.种群的增长速率逐步降低C.达到K值时种群增长速率为零D.种群增长受自身密度的影响2、外来物种侵入到一个新的环境，可能会（）①其种群数量在一段时间内呈现“J”型增长②其种群数量增长不受天敌制约③其种群可能会威胁到新环境内物种的多样性④其种群会由于不适应环境被淘汰A.①②④B.②③④C.①②③D.①③④3．下图表示接种到一定容积培养液中的酵母菌生长曲线图，曲线中哪段表示由于有限空间资源的限制使种内斗争增加A．CD段（增长速度慢） B．DE段（速度加快）C．EF段（变化速率加快） D．FG段（速度逐渐变慢）4、在什么条件下种群数量才会呈现指数增长（）A.当只有食物受到限制时B.在物种适宜的环境中食物开始出现不足，但不至于影响到该物种在这里生存C.在一个没有天敌的生态系统中D.在实验室内适宜的实验条件下5、某地三年前新办了一个养兔厂，由原来不到50只兔子，繁殖到现在的上万只，在这三年内，种群数量变化曲线符合（）A.“J”型曲线B.“S”型曲线C.直线上升D.抛物线6、下图表示某物种迁入新环境后，种群的增长速率随时间的变化关系。在第10年经调查该种群数量为200只，估算该种群在此环境中的环境容纳量为（）１００只B.２００只C.３００只D.４００只7、为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，根据种群增长的“S”型曲线，应使被捕鱼群种群数量保持在K/2水平，这是因为在这个水平上（）A.种群增长速率最大B.种群数量相对稳定C.种群数量最大D.环境条件所允许的种群数量最大8、下图中Ⅱ曲线表示的是牛被引入某孤岛后的种群数量变化。如果当初被引入的是羊，则羊的种群数量变化曲线为（）A.ⅠB.ⅢC.ⅣD.Ⅴ9、下图为某种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线。若不考虑迁入和迁出，下列有关叙述正确的是()①改善空间和资源条件有望使K值提高②bc段种群增长速率逐渐上升③bc段出生率小于死亡率④比较曲线Y与曲线X表明，自然状态下种群无法超出环境容纳量A．①④B．②③C．③④D．①②10、下图中①～④曲线表示在a、b、c、d四种条件下细菌种群的生长曲线。这四种条件是：a.不断供应养分、水、氧气，除去有害废物；b.随时间延续，养分耗尽、有害物质积累；c.随时间延续，养分逐渐减少、无有害物质积累；d.随时间延续，养分耗尽，由于突变出现了新菌株，可分解原细菌的代谢废物，其合成的物质又可作为原细菌的食物。生长条件分别与生长曲线①、②、③、④相符合的是（）A.a、b、c、dB.b、c、d、aC.c、d、a、bD.c、b、d、a11、在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群（m个个体）接种到培养基上（资源、空间无限），Th后，该种群的个体总数是（）m·2TB.m·220C.2T/20D.m·23T12、科研人员对海洋某种食用鱼类进行研究，得出了种群数量的变化曲线，如下图所示。分析图示，回答问题。（1）在________点时，种群增长速率最大，____________点表示种群的环境容纳量。（2）该图所示原理在海洋生物捕捞中的指导意义是_____________________________________________________________________