1、“種群數(shù)量的變化” 教學(xué)設(shè)計(jì)王玨 深圳科學(xué)高中【課標(biāo)分析】新課程標(biāo)準(zhǔn)基本理念中明確說明“教學(xué)過程重實(shí)踐”，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，在經(jīng)歷科學(xué)探究的一般過程中獲得生物學(xué)知識(shí)，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，提升運(yùn)用科學(xué)的知識(shí)和方法探討、解決現(xiàn)實(shí)生活中問題的能力。本節(jié)課以此為指導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生提出問題，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用模型與建模方法，構(gòu)建種群的增長曲線，培養(yǎng)學(xué)生形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀?！窘滩姆治觥俊胺N群數(shù)量的變化”是人教版（2019 版）選擇性必修 2 第 1 章第 2 節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)課在新課程標(biāo)準(zhǔn)“模塊 2 生物與環(huán)境”中，屬于概念 2.1 不同種

2、群的生物在長期適應(yīng)環(huán)境和彼此相互適應(yīng)的過程中形成動(dòng)態(tài)的生物群落?！緦W(xué)情分析】 本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)掌握種群的概念和數(shù)量特征，理解了性別比例可以影響種群數(shù)量，年齡結(jié)構(gòu)可以預(yù)測種群數(shù)量變化，但還不清楚如何描述、解釋種群的數(shù)量變化，需要通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)來掌握相關(guān)知識(shí)?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1.用理論計(jì)算數(shù)據(jù)，分析大腸桿菌種群數(shù)量的變化，構(gòu)建種群數(shù)量的“J”形增長曲線，說出建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟。2.用高斯獲得的數(shù)據(jù)，分析草履蟲種群數(shù)量的變化，構(gòu)建種群數(shù)量的“S”形增長曲線。 3.運(yùn)用種群數(shù)量變化規(guī)律，參與討論有關(guān)防治有害生物、保護(hù)瀕危物種的生物學(xué)議題，增強(qiáng)熱愛生命、尊重生命的社會(huì)責(zé)任感。 4.說出自然種群數(shù)量

3、的變化包括增長、平穩(wěn)、波動(dòng)和下降。【教學(xué)重難點(diǎn)】1.分析大腸桿菌種群數(shù)量的變化，構(gòu)建種群數(shù)量的“J”形增長曲線。2.分析草履蟲種群數(shù)量的變化，構(gòu)建種群數(shù)量的“S”形增長曲線。 【教學(xué)準(zhǔn)備】課件、學(xué)歷案、教案【教學(xué)過程】1.情境導(dǎo)入教師活動(dòng)：展示舒某佳的廣告，提出以下問題：用這些洗手液，真的能長效抑菌嗎？細(xì)菌數(shù)量的增長有什么特點(diǎn)？為什么防范傳染病的有效方法之一是勤洗手？學(xué)生活動(dòng)：獨(dú)立思考，回答相關(guān)問題。細(xì)菌繁殖非常快，用洗手液洗完一段時(shí)間后，細(xì)菌數(shù)量還是會(huì)很快恢復(fù)，所以關(guān)鍵不是用什么品牌的洗手液，而是要勤洗手才能減少手上的細(xì)菌和病毒數(shù)量，降低傳染病的感染概率。設(shè)計(jì)意圖：通過身邊常見的例子導(dǎo)人，激

4、發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。2.建立數(shù)學(xué)模型教師活動(dòng)：為了有效控制某些生物的數(shù)量，科學(xué)家需要了解種群數(shù)量的變化規(guī)律。如何對(duì)種群數(shù)量變化規(guī)律進(jìn)行研究呢？展示教材 “問題探討”中細(xì)菌繁殖的背景資料，提出問題：假設(shè)某種細(xì)菌每20 min分裂繁殖一代，怎樣計(jì)算個(gè)細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量？作出假設(shè)：在資源和生存空間沒有限制的情況下，細(xì)菌種群的增長不受種群密度增長的影響。建構(gòu)模型：請用公式表達(dá)出第n代細(xì)菌的數(shù)量，并在教材相應(yīng)位置畫出曲線圖。最后對(duì)建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟進(jìn)行總結(jié)。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生通過教師的引導(dǎo)，在假設(shè)的前提下，得到第n代細(xì)菌的數(shù)量為Nn=2n，并在教材中相應(yīng)位置完成繪圖。體會(huì)建立數(shù)學(xué)模型的科學(xué)方法。設(shè)計(jì)意圖

5、：初步建立建模的思維，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)的能力。3.種群的“J”形增長教師活動(dòng)：自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎樣的？提供“思考 討論”中的相關(guān)資料，并且補(bǔ)充深圳市的入侵生物紅火蟻和微甘菊的資料提出問題。（1）在有關(guān)野兔和紅火蟻的兩個(gè)資料中，兩個(gè)種群的增長情況有什么共同點(diǎn)？（2）種群出現(xiàn)這種增長的原因是？（3）野兔和紅火蟻種群的增長曲線是否類似于細(xì)菌種群的增長曲線？ 自然界中有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形式，曲線大致呈“J”形。這種類型的增長叫作“J”形增長。假設(shè)對(duì)紅火蟻來說，本地的食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種，第一個(gè)月紅火蟻的數(shù)量為N0只，第二個(gè)月是第一個(gè)月的倍，那

6、么t月后，紅火蟻的數(shù)量為多少？學(xué)生活動(dòng)：獨(dú)立思考，回答相關(guān)問題。（1）種群數(shù)量均增長迅猛，且呈無限增長趨勢。（2）食物充足，缺少天敵等。（3）類似，均呈“J”形增長。 討論并建構(gòu)紅火蟻種群增長的數(shù)學(xué)模型：Nt=N0t設(shè)計(jì)意圖： 通過對(duì)野兔和紅火蟻兩個(gè)種群數(shù)量增長案例的分析，加深學(xué)生對(duì)細(xì)菌種群增長模型的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步建立建模的思維。4.種群的“S”形增長教師活動(dòng)：上述實(shí)例（野兔、紅火蟻和微甘菊）中，種群增長的趨勢能否一直持續(xù)下去？如何驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)？展示生態(tài)學(xué)家高斯培養(yǎng)大草履蟲的實(shí)驗(yàn)，以及教材第9頁圖1-5，提出如下問題。（1）大草履蟲種群增長的曲線與“J”形曲線有什么不同？（2）為什么高斯的實(shí)驗(yàn)

7、結(jié)果（教材圖1-5）并不像“J”形曲線，造成該差異的原因可能有哪些？（3）觀察曲線，我們可以發(fā)現(xiàn)曲線的斜率有什么變化？這說明大草履蟲的數(shù)量增長出現(xiàn)什么變化？（4）在實(shí)驗(yàn)第五天后，大草履蟲的數(shù)量基本維持在375個(gè)左右，這個(gè)數(shù)值意味著什么？（5）大草履蟲增長速率最快的點(diǎn)大致在什么位置？引出“S”形曲線、K值的概念。請學(xué)生總結(jié)種群呈“J”形增長和“S”形增長的前提條件、種群數(shù)量的變化趨勢，以及這兩種模型中各參數(shù)的具體含義。學(xué)生活動(dòng)： 學(xué)生獨(dú)立思考，全班討論，回答相關(guān)問題。（1）大草履蟲種群增長的曲線旱 “S”形（2）隨著大草履蟲數(shù)量的增多，它們對(duì)食物和空間的競爭也趨于激烈，導(dǎo)致種群出生率降低，死亡率

8、升高。（3）斜率先增大后減小。種群先快速增長，隨后增長速度放緩，最終穩(wěn)定在一定水平。（4）該環(huán)境條件下所能維持的種群最大數(shù)量，即環(huán)境容納量，又稱K值。（5）大致在K/2處。通過思考上述問題，理解并形成“S”形曲線、K值的概念。利用表格進(jìn)行總結(jié)兩種增長模型的條件、曲線和公式的區(qū)別。設(shè)計(jì)意圖： 通過對(duì)已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖像的分析，培養(yǎng)學(xué)生獲取、處理圖像信息的能力。通過對(duì)比、總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生比較、歸納的能力。5.種群數(shù)量變化的研究意義教師活動(dòng)： 在實(shí)際生活中，研究種群的數(shù)量變化有哪些應(yīng)用呢？（1）假如請你來處理本地紅火蟻泛濫事件，根據(jù)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，你會(huì)給出怎樣的建議？（2）假如大熊貓的棲息地遭到破壞，其

9、K值會(huì)受到什么影響？有哪些措施可以保護(hù)大熊貓？（3）假設(shè)你承包了一個(gè)魚塘，正在因投放多少魚苗而困惑：投放后密度過大，魚競爭加劇，死亡率會(huì)升高；投放后密度過小，水體的資源和空間不能充分利用。怎樣解決這個(gè)難題？學(xué)生活動(dòng)： 在獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上進(jìn)行小組討論，回答問題。（1）應(yīng)降低紅火蟻的環(huán)境容納量（K），并在它的種群數(shù)量達(dá)到K /2之前進(jìn)行人工干預(yù)，避免其數(shù)量急劇增長。具體措施有投放螞蟻藥，進(jìn)行化學(xué)防治；增加天敵或者寄生生物的數(shù)量等。（2）K值會(huì)變小。建立自然保護(hù)區(qū)，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高其K值。（3）如果為了一次性獲得最大收益，可以在剛到達(dá)K值時(shí)進(jìn)行捕撈，如果需要持續(xù)獲得最大收益，最好在K /2時(shí)進(jìn)行捕撈，此時(shí)魚群增長最快。也可以利用課外時(shí)間查閱相關(guān)資料，言之有據(jù)既可。設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生利用生物學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。6.種群數(shù)量的波動(dòng)教師活動(dòng)：種群數(shù)量達(dá)到K值后，一定會(huì)在K值左右保持穩(wěn)定嗎？教師呈現(xiàn)東亞飛蝗、鯨的實(shí)例。提出問題：東亞飛蝗種群數(shù)量波動(dòng)、鯨種群數(shù)量下降的原因可能有哪些？如何對(duì)瀕危物種進(jìn)行保護(hù)。學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行思考，嘗試回答問題。東亞飛蝗種群數(shù)量波動(dòng)、鯨種群數(shù)量下降的原因可能有氣候、食物、天敵、傳染病、人為因素等