《种群数量的变化》教学设计(江苏省市级优课)-生物教案

“种群数量的变化”教学设计1教材分析《种群的数量变化》是苏教版《必修3稳态与环境》第3章第1节的内容，本节内容包括“建构种群增长模型的方法”、“种群增长的‘J’型曲线”、“种群增长的‘S’型曲线”和“种群数量的波动和下降”4部分。在学习了种群的特征内容之后，教学要求进一步提高，不仅仅要掌握测算种群密度的方法，还要科学的描述、解释和预测种群数量的变化，因此“建构种群增长数学模型并运用数学模型解释种群的数量变化”是本节内容的重难点。为了教学更好的衔接和展开，教学内容融汇了人教版教材部分内容，也做了部分展开。在教学过程中通过问题设置让学生自己去推理、建模，再去验证模型是否成立，学习的过程中逐步提高学生理性思维和科学探究能力。2学情分析通过本章第1课时的学习，学生掌握了估算种群密度方法和根据种群数量特征预测未来种群数量的变化趋势，但是无法预知未来相对准确种群数量，因此对人类的生产生活作用有限。所以本节内容的学习客观遵循了知识层次的循序渐进，主观上满足学生内心得求知欲。学生急切想知道怎样可以准确的预测种群数量的变化。通过先期生物知识的学习，学生已经可以能够运用假设、推理等手段来思考、分析生物学中遇到的问题，用构建物理模型的方式去解释生物学现象。这种思考问题、解决问题的方法为学生学好本节内容打下很好铺垫。3教学目标1）知识目标掌握建构种群数量增长模型的方法；理解种群数量增长的类型，并能分析和解释原因。2）能力目标通过建构种群增长的数学模型增强学生科学探究能力；通过对模型的检验和修正过程提高学生理性思维能力。3）情感、态度与价值观目标通过观察实验现象，建构数学模型，以及对模型的检验和修正，培养学生严谨、认真的科学态度；通过让学生利用建立的数学模型分析生活中乱捕滥伐等现象的危害，鼓励学生学勇于担当，提高学生的社会责任感。4教学重、难点建构种群数量增长的数学模型5教学过程5.1问题导入，提出新课教师：通过上节内容的学习，同学们已经知道种群的年龄结构分为三种类型，请问中国人口年龄组成属于哪种类型？学生：增长型。教师：根据年龄结构类型，可以推测出2030年中国人口的大概数量吗？学生：交流讨论回答。年龄结构只能用来预测人口发展趋势，无法预测种群数量。教师：要想较为准确描述、解释和预测种群数量的变化，常常需要建立数学模型，引入到对新课学习。5.2新课研学教师PPT展示本节课题：种群数量的变化。教师：怎样建构种群增长数学模型呢？教师展示细菌繁殖产生的后代数量变化（如图1）。图1教师提问：图1细菌种群数量变化有什么特点？学生：细菌每20分钟就通过分裂繁殖一代。教师追问：该细菌种群数量会一直这样增长下去吗？为什么？学生交流讨论，得出结论：不会一直这样增殖下去，细菌的增殖会受到食物、空间等条件的限制。教师总结：根据已知研究对象，认真观察的研究对象数量变化情况，找出其数量变化规律，思考可能问题，在这个学习过程中，完成了构建数学模型的第一步：研究对象，提出问题。教师提问：要满足怎样的条件细菌才会按照上图的规律生长呢？学生思考交流归纳。教师加以引导分析，得出：在资源和空间无限多的环境中，细菌种群增长不会受种群密度增加的影响。教师：根据观察到种群数量变化情况提出合理假设条件，这是构建数学模型的第二步：提出合理建设。完成上述假设后，请同学们用公式（N代表细菌数量，n表示第几代）来描述细菌增殖规律，并填写表格1和绘制曲线图（图2）。学生独立思考，完成讲义。教师请学生分享成果，引导学生分析讨论。数学公式：Nn=2n时间（分钟）20406080100120140160180细菌数量（个）248163264128256512表格1图2学生根据观察和合理假设完成了用公式、表格、曲线图来描述细菌种群数量的变化。教师：这是构建数学模型的第三步：根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建构数学模型。数学模型是用来描述一个系统或其性质的数学形式，如表格、曲线图、公式。教师提问：至此建构数学模型步骤是否就完成了呢？它能不能用来解决其他实际问题呢？请学生思考具体问题：草履虫在环境良好、食物充足的情况下一般约24小时繁殖一次，如果把5个大草履虫放入0.5ml培养液中草履虫的种群数量会怎样变化？试着绘制该种群数量变化曲线图3。图3学生思考绘制，教师观察选择绘制不同学生分享其思考过程。教师分析引导，学生绘制的结果只是猜想的结果，实际情况怎样呢？需要实验验证。引出高斯实验。资料-1：1934年，生态学家高斯（G.W.Gause）曾经做过这样一个实验：在0.5mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数目。经过反复实验得到如图结果（图4）。图4教师提问：该图与上述绘制的细菌种群数量变化图最大区别在哪里？学生对比分析，给出答案：该种群数量有最大值。教师讲解：该种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定。在环境条件不受破坏的前提下，一定空间所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。上述环境中大草履虫种群的K值是375个。教师：生物拓展实验社团的同学也做了两组相关实验，根据实验条件和数据完成表2和图5，结果如下：①0.5mL培养液中放入5个大草履虫。②1mL培养液中放入5个大草履虫。时间（天）12345678①种群数量（个）18.5125.6286.5350.2343.5330.8342.6340.7②种群数量（个）22.3140.5310.8389.6410.3422.2418.5412.6表2①①②图5教师提问：这两组实验结果与高斯实验结果有何不同？为什么？学生思考，交流讨论。教师借助此设计，让学生反复思考种群所生活的环境，强调了环境因素对种群数量变化的重要性。同时，也教导了学生要想验证模型的正确性还要通过进一步实验和观察等，对模型进行检验或修正，这是完成模型构建的最后一步。教师回顾数学模型构建过程，加深学生印象。教师：以上是在实验室中研究的种群数量变化情况，在自然界中种群数量变化情况又是怎样的呢？引入到对自然界中种群数量变化的讲解。教师展示：资料-2：1859年，一位英国人来到澳大利亚定居，他带来了24只野兔。一个世纪之后，这24只野兔的后代达到6亿只以上，变化情况如图（图6）。图6资料-3：20世纪30年代，人们将环颈雉引入一个岛屿，在1937—1942年期间，这个种群数量增长的情况如图（图7）。图7教师提问：这两个种群数量在一定时间内增长有什么特点？学生思考回答：和理想条件下细菌数量增长相近。教师：自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式。这种增长类型形状与哪个字母类型相似呀？学生回答：“J”。教师：那高斯实验大草履虫种群数量增长曲线与哪个字母类型相似呀？学生回答：“S”。教师：请学生比较“J”型曲线和“S”型曲线，完成下表。类型“J”型曲线“S”型曲线模型假设（条件）理想条件（食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等）资源和空间有限等数学模型（公式）Nt=N0λtNt=K/(1+ea-rt)（已知）增长速率特点越来越大先增大后减小注：N0为该种群的起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。学生交流回答，教师讲解分析。着重对“增长速率”进行讲解。教师：增长速率即单位时间内的增长量，增长速率=（增长后的值-增长前的值）/时间。学生根据表1和表2实验数据，完成下图（图8、9）。学生根据数据计算绘制图形。图8图9教师：“S”型曲线增长速率最大的时对应的种群数量是多少？学生：分析曲线图，得出结论在K/2时。教师：利用K值和K/2分析以下两个问题：①对于濒危动物如长江江豚、大熊猫应采取什么措施加以保护？②对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？③捕鱼时，应该使种群数量控制在多少？为什么？学生交流回答。教师总结归纳：①建立自然保护区，改善栖息环境提高环境容纳量。②可以采取如将食物储藏在安全处，断绝食物来源；室内硬化地面等措施，减少巢穴；饲养它门们的天敌等来降低有害动物种群的环境容纳量。③使鱼的种群数量维持在K/2左右，此时种群增长速率最快，捕捞后鱼的种群数量会迅速回升。由此可看出，在自然界中，大多数种群的数量由于受到，如气候、食物、天敌、传染病等因素的影响，总是在波动中。5.3课堂小结通过本节学习，学生基本掌握了构建数学模型方法。在构建数学模型过程中反复比较分析和检验修正，让学生明白了，种群数量的变化与环境因素关系之密切。用构建的模型去指导生产实践和动物保护等社会问题，学以致用。6自我评价1．关于图中种群数量变化的说法，错误的是()A．种群呈“S”型增长过程中，到达K值之前呈“J”型增长B．种群“J”型曲线只有在理想条件下才能出现C．自然状态下种群数量达到600时，种群的增长速率为0D．环境条件变化时，种群的K值也会发生相应变化7教学反思本节课设计上从调动学生主动性，积极参与到内容学习中来