第2节 种群的数量变化教学设计

《第2节 种群的数量变化》教学设计
一、教学目标
1.尝试构建草履虫种群数量变化的数学模型，培养推导、对比及构建模型的能力。
2.掌握“J”形曲线和“S”形曲线，通过分析影响种群数量变化的因素，建立生物与环境相统一的观点。
3.根据种群数量变化的规律，运用K值的意义来解决生产生活中的实际问题，养成关注实践生产，学以致用的生活态度。
二、学情分析
学生在初中阶段已经学习过草履虫的相关内容，也对种群的概念和特征有了一定的了解，同时，学生已具备一定的数学基础，有绘制坐标图和分析指数函数的基本能力。本节是在学生学习了《种群的数量特征》的基础上对种群的进一步认识。学生对数学应用生物学已经比较熟悉，但在生物学中进行数学模型的构建还是比较陌生。通过本节内容的学习，可以使学生学习构建数学模型探讨种群数量的变化。
三、重、难点
学习重点：构建种群增长的数学模型。
学习难点：“J”形曲线和“S”形曲线的分析比较。
四、教学过程
学习任务 教师活动 学生活动 教学意图
创设情境，激发兴趣 教师通过展示草履虫的增殖动画，让学生直观感受种群数量并非恒定不变，而是处于不断变化的情况。 提问学生：随着时间的推移，如何得知草履虫的种群数量？ 学生思考问题 通过提问，既可以成功激发学生的学习兴趣，又点明了本次教学的学习目标。
学习建构种群数量增长模型的方法 1.学习建构种群数量增长模型的方法 2.观察对象，提出假设 教师对草履虫及其分裂方式进行简单介绍，草履虫的繁殖方式是二分裂生殖，约30mm分裂一次”，1个草履虫变成2个，假设在资源和空间无限的环境中，草履虫种群数量的增长不会受到种群密度增加的影响教师据此组织学生计算一个草履虫的后代在不同时间的数量，完成教材中的表格和种群增长的曲线。回顾草履虫的增殖方式。 3. 提出问题，分组讨论 每4人为一组进行小组讨论：（1）如果N。为种群的起始数量，t为时间，λ表示一定时间内种群数量为初始数量的倍数，那么t年后该种群的数量N如何计算？（2）计算该种群数量的增长倍数和增长速率，绘制曲线并观察其变化趋势。（3）比较数学公式和曲线图的优缺点。 5. 分享实验，修正模型 A组在草履虫培养过程中，每天定时添加一定量的新鲜培养液，根据实验数据，绘制曲线图，展示演算过程以及最终总结的计算公式 该组实验结果显示：孕履虫的增长趋势呈“J”形增长曲线，符合最初建立的模型，假设成立 由此引发思考：在现实生活中，种群实现“J”形增长的条件是什么？ 经分析讨论，师生共同得出种群呈“J”形增长所需的理想条件包括食物和空间条件充裕、气候适宜，没有敌害等 B组介绍实验过程及结果，指出与A组的区别，即在培养过程中不添加新鲜培养液，展示实验数据，学生根据该数据，绘制草履虫的种群增长曲线和增长速率曲线 结合该组实验，教师提问学生：（1）B组的草履虫的种群数量增长模式还是“J”形吗”为什么？ （2）该曲线的种群增长速率如何变化？ （3）分析高斯的草履虫培养实验，思考什么条件下会出现下K值？K值会不会发生变化？ 学生通过阅读教材P.7内容，学习构建数学模型的一般方法，理解数学模型是用来描述一个系统及其性质的数学形式。 学生构建理想条件下草履虫种群增长的数学模型。 学生通过计算和绘制的曲线图，归纳总结得出“J”形增长模型中，1年后种群的数量增长公式为：Nt＝Noλt通过分析发现，在“J”形增长模型中，增长率（r）与增长倍数（λ）一直保持不变学生小组讨论后发现，增长速率即曲线图的斜率，在“J”形增长曲线中，增长速率不断增加：比较数学公式和曲线图后，发现用数学公式表示种群数量的增长更为准确，而曲线图则比较直接。 学生绘图后发现，该组实验中草履虫种群数量的增长模式不再是“J”形，而是“S”形，从而对前面构建的数学模型进行修正。分析“S”形曲线发现，现实条件下，自然界的资源和空间总是有限的，当种群增长到一定数量后，种群数量的增长就会停止，有时会稳定在一定水平即达到K值（环境容纳量）。根据曲线斜率的变化绘制增长速率曲线，学生发现种群数量的增长速率呈现先升高后降低的变化趋势。 建立模型构建的思维，培养学生归纳总结的能力。通过对已有实验数据的分析，培养学生构建曲线图的能力。
迁移应用 将“J”形曲线图与“S”形曲线图放置在同一个坐标系中，分析环境阻力对种群数量的影响。结果显示，K值会受环境因素的影响，因此，可以通过降低环境阻力，如建立自然保护区等措施提高K值，从而保护大熊猫等濒危物种；同时也可以通过增加环境阻力的方式降低使K值减少的有害生物，如投放天敌，减少食物等，实现对有害动物的控制。 [过渡]在实际生活中，我们研究种群的数量变化有哪些应用呢？ [解决问题] 1. 假如大熊猫的栖息地遭到破坏，其K值会受到什么影响？有哪些措施可以保护大熊猫？ 2. 鼠害导致作物减产，蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？ 3. 渔民希望每年既能捕捞较多的鱼，又不危及来年的鱼产量，也就是希望长期获得较高的捕捞量。那么，怎样确定合适的捕捞量呢？ [思考讨论] 1.K值会变小；建立自然保护区，改善它们的栖息环境，从而提其K值。 2.降低K值，最好在K/2之前人工干预，可采取器械捕杀、药物防治等措施。 3.种群即将达到K值的时候捕捞（中等强度的捕捞），捕捞量在K/2左右，剩余量也在K/2左右。 引导学生尝试将所学知识应用于生产实际，发展科学思维，培养社会责任。
总结，延伸思考 通过板图，归纳本节重点内容，突出重要概念：种群数量的变化规律可以用数学模型描述。 [课后思考]假设你承包了一个鱼塘，正在因投放多少鱼苗而困惑：投放后密度过大，鱼竞争加剧死亡率会升高；投放后密度过小，水体的资源和空间不能充分利用。怎样解决这个难题呢 请查阅有关的书籍或网站。 思考、总结 通过脉络清晰的概念图，帮助学生巩固所学知识。提高学生对知识的迁移应用能力。
五、教学反思：
本节教学活动，回归教材实验，利用生态学家高斯的草履虫种群数量变化的经典实验，让学生通过分析实验数据，绘制曲线，定性分析，逐步深入，最后总结形成理论公式，构建种群数量增长的“J”形和“S”形增长曲线。通过动手计算及绘图、成果展示等活动，内化了教材知识，培养了学生构建模型的科学思维和实践探究能力。