1、第四章第二節(jié)種群數(shù)量的變化教學過程設(shè)計：教學內(nèi)容教師行為與學生行為1導入教師以“問題討論”直接引發(fā)學生討論：在營養(yǎng)和生存空間無限的情況下，某種細菌每20min分裂一次。請同學們思考：n代細菌的數(shù)量是多少？（看教材 “細菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量”圖）學生：2n那么，你是怎么得到這個式子的？你是如何思考的？2種群增長模型的構(gòu)建（1）我們通過觀察發(fā)現(xiàn)：觀察對象，提出問題細菌每20min分裂一次，分裂后的數(shù)量是上一次的2倍作出合理的假設(shè)如果資源和空間無限的話，它的增長就不受種群密度的影響第1代：2；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，以數(shù)學形式描述事物的性質(zhì)第2代：4第3代：8；第n代：2n 若以Nn代表n代的細菌數(shù)量，則可以

2、數(shù)學形式表示：Nn2n進一步觀察和實驗，檢驗和修正數(shù)學模型數(shù)學模型是否正確，需要 進一步的驗證和修正。（2）接著，大家來嘗試構(gòu)建數(shù)學模型。在營養(yǎng)和生存空間無限的情況下，某種一年生生物T有4個體，一年后為40個個體。請同學們思考：此種生物第n年時的數(shù)量是多少？（要求同學們按照研究方法構(gòu)建數(shù)學模型，臨近同學可以討論）每隔一年繁殖一次，繁殖后的數(shù)量是前一年的10倍；若資源和空間無限，其數(shù)量不受種群密度的影響；第1代：40；第2代：400第3代：4000；第n代：410n 若以Nn代表n代的生物數(shù)量，即Nn410n ；進一步的檢驗和修正。請大家完成T種群的增長曲線。（請一學生在黑板上完成曲線圖，并修改

3、）數(shù)量/萬個時間/年0 1 2 3 4 5 403020103種群增長的“J”型曲線和數(shù)學模型在營養(yǎng)和資源無限的情況下，種群增長的曲線近似于字母“J”，所以稱為“J”型曲線。根據(jù)前面的實例，同學們能否歸納出“J”型增長的數(shù)學模型？N0為種群的起始數(shù)量，則在問題探討中N0為多少？在后一實例中N0為多少？t為時間（年），也可以是月、日、小時等；為種群數(shù)量是一年前的種群數(shù)量的倍數(shù)，則在問題探討中為多少？在后一實例中為多少？Nt為t年后該種群的數(shù)量。數(shù)學模型：NtN0t實例：1859年，一個英國人到澳大利亞定居，帶去了24只野兔，沒想到，一個世紀之后，這24只野兔的后代竟然達到6億只以上。大量的野兔與

4、牛羊爭食牧草，啃樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。問題：為什么24只野兔可以發(fā)展到6億只以上？學生：食物、空間充裕，氣候適意，沒有天敵問題探究：你能否計算出這個實例中的？學生：N024；t100；Nt6108；則 6108241004種群增長的“S”型曲線種群“J”型增長的過程中，如果突然出現(xiàn)了資源和空間限制，種群的數(shù)量增長將發(fā)生什么變化？請你修改“J”型曲線，假設(shè)這個區(qū)域最多能容納20萬個生物T。數(shù)量/萬個時間/年0 1 2 3 4 5 40302010學生修改結(jié)果：在資源和空間有限的情況下，種群的數(shù)量趨于穩(wěn)定，為什么？學生：資源空間有限的情況下，當種群密度增大時，種內(nèi)對資源空間的競爭加劇，

5、天敵增多，死亡率上升，出生率降低，當死亡率與出生率相等時，種群的增長就停止，從而穩(wěn)定在一定的水平上。在資源、空間有限的情況下，種群的增長曲線近似于字母“S”，我們把它稱為“S”型曲線。著名的生態(tài)學家高斯做過一個實驗：在0.5mL的培養(yǎng)液中放入5只大草履蟲，每隔24小時統(tǒng)計一次數(shù)量。經(jīng)過反復實驗，結(jié)果如圖：在第2、3天時，種群的增長很快，但是在第5天時種群數(shù)量基本維持在375只的水平上。也就是說，0.5mL的培養(yǎng)液所能維持的大草履蟲的最大種群數(shù)量是375只。我們把在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間所能維持的最大種群數(shù)量，稱為環(huán)境容納量，又稱K值。上一個實例中，K值是375只。比如，一個池塘在各

6、種條件沒有明顯變化時，鯉魚最多可以繁殖到2500條，則其環(huán)境容納量即K值為2500條。那么，在實際情況中，K值是不是固定不變的呢？可能發(fā)生什么變化？如果環(huán)境進一步惡化，K值下降；如果環(huán)境進一步改善，K值上升。基于這一認識，你認為應(yīng)該如何保護瀕危動植物資源？說說你的看法學生：建立自然保護區(qū)，改善棲息環(huán)境； 禁止非法獵殺瀕危動物和采集瀕危植物； 減少污染； 避免人類活動的干擾。 總之，目的是提高環(huán)境容納量。家鼠是有害動物之一，你認為應(yīng)該用什么方法才能有效地控制家鼠的數(shù)量？學生：隱藏食物，避免暴露；堵塞洞穴，減少藏身之所；養(yǎng)貓；機械捕捉。總之，目的是降低環(huán)境容納量。5種群數(shù)量的波動和下降可見，種群數(shù)

7、量的變化受到了食物、空間、天敵、氣候以及傳染病等因素的影響。大多數(shù)的種群數(shù)量總是在波動之中的。鯨魚的數(shù)量在二戰(zhàn)時恢復到較高水平，但是戰(zhàn)后捕鯨業(yè)恢復了，捕鯨船噸位不斷上升，導致鯨的數(shù)量急劇下降，甚至瀕臨絕滅。圖示日本捕鯨：日本在11月18日開始，在南太平洋海域進行一次大規(guī)模的捕鯨行動，他們掛著“科學研究”的旗號，不顧國際捕鯨協(xié)會的反對，堅決開始了日本迄今以來規(guī)模最大的一次捕鯨行動，并且計劃捕鯨上千頭，其中包括列入瀕危物種的座頭鯨。在了解這些資料以后，你認為我們應(yīng)該如何合理地利用資源？從“S”型曲線來看，你認為應(yīng)該在曲線的什么區(qū)域上利用資源最好？學生： K/2為什么？學生：增長速度最快，種群數(shù)量的

8、恢復較快。如果在K/2之上呢？學生：可以，這時增長率降低了，但是種群數(shù)量較大，所以可以首先捕獲一定數(shù)量的資源。如果在K/2之下呢?學生：不可以，增長率降低了，而且種群數(shù)量較小，很容易引起種群數(shù)量急劇減少，甚至瀕臨絕滅?？偠灾?，我們要堅持合理的利用資源，以實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用，避免資源由于過度利用而枯竭，這對于生態(tài)環(huán)境和人類社會的發(fā)展具有非常重要的意義。板書： 第二節(jié) 種群數(shù)量的變化構(gòu)建數(shù)學模型的方法觀察：20min分裂一次，2倍假設(shè)：資源空間無限，增長不受影響數(shù)學形式表達：第1次：2第2次：4第3次：8第n次：2nNn2n檢驗修正“J”型曲線的數(shù)學模型：t表示時間（年），N0表示起始數(shù)量，表示倍數(shù)，Nt表示t年后的種群數(shù)量。則 NtN0t 條件：食物、空間充裕，氣候適宜，沒有天敵數(shù)量/萬個時間/年0 1 2 3 4 5 40302010“S”型曲線 條件：資源、空間有限 環(huán)境容納量：環(huán)境不受破壞，一定空間，最大數(shù)量（K值） 環(huán)境惡化，K值降低； 環(huán)境改善，K值升高。種群數(shù)量的波動和下降的因素：食物、空間、天敵、傳染病、氣候?qū)Y源的利用：