視頻標(biāo)簽：種群數(shù)量的變化

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視頻課題：人教版高中生物必修三第四章第2節(jié)《種群數(shù)量的變化》吉林

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人教版高中生物必修三第四章第2節(jié)《種群數(shù)量的變化》吉林市第一中學(xué)

《種群數(shù)量的變化》教學(xué)設(shè)計 


一、 指導(dǎo)思想 
北師大肖川教授認為：“從學(xué)科角度講，要為素養(yǎng)而教，學(xué)科及其教學(xué)是為學(xué)生素養(yǎng)服務(wù)的，而不是為學(xué)科而教，把教學(xué)局限于狹隘的學(xué)科本位中，過分的注重本學(xué)科的知識與內(nèi)容，任務(wù)和要求，這樣講十分不利于培養(yǎng)視野開闊、才思敏捷并具有豐富文化素養(yǎng)和哲學(xué)氣質(zhì)的人才。”生物學(xué)核心素養(yǎng)的形成不是自然形成的，而是以生物知識為載體，通過具有針對性的有效課堂教學(xué)逐步培育的。 
    美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》把模型和科學(xué)事實、概念、原理、理論并列為科學(xué)主題的重點，在我國高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)中也把模型建構(gòu)作為極為重要的研究方法收納入了高中生物教學(xué)實踐之中，其中數(shù)學(xué)模型是常見的模型方法之一 二、教材分析 
《種群數(shù)量的變化》是人教版高中生物必修3第四章第2節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)課分為2個課時，第一課時的內(nèi)容分別是“建構(gòu)種群增長模型的方法”、“種群增長的J型曲線”、“種群增長的S型曲線”、 “種群數(shù)量的波動和下降”，第二課時的內(nèi)容“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”探究實驗。本節(jié)課為第一課時。本節(jié)課重點研究種群數(shù)量的變化，與《種群的特征》介紹最基本的特征——種群密度是密不可分的，同時種群數(shù)量的變化與種群所生存的環(huán)境條件，如天敵、食物等有著很大的關(guān)系，因而為第3節(jié)群落的特征和第五章生態(tài)系統(tǒng)的引出作了鋪墊。本節(jié)最后分析了影響種群數(shù)量變化的各種因素，意在培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境保護及正確的資源利用意識。提高學(xué)生的社會責(zé)任感，養(yǎng)成正確的生命觀念。 三、學(xué)情分析 
本課的學(xué)習(xí)主要是以探究構(gòu)建數(shù)學(xué)模型為主，因此需要學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)功底。本冊為高中必修3第4章的內(nèi)容，對象是高二或高三學(xué)生，他們具有一定的數(shù)學(xué)能力，對這樣的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建來說還是較有能力能夠把握的，最多需要一些小小的提示。因此，可以讓學(xué)生進行小組探討活動，而不用為他們講解太多。對于種群數(shù)量變化的幾種形式則較易于理解。同時，也需要學(xué)生對上一節(jié)課的知識掌握比較充分，才有利于這節(jié)課的進行。 四、教學(xué)目標(biāo) 知識目標(biāo)： 
1.  說明建構(gòu)種群增長模型的方法。（理解水平） 2.  解釋種群數(shù)量增長的類型和成立條件。（理解水平） 情感態(tài)度價值觀目標(biāo)： 
1.關(guān)注人類活動對生物的影響（認同水平） 
2.確立生物與環(huán)境之間的相互影響的生物學(xué)觀念（領(lǐng)悟水平） 能力目標(biāo)： 
1、通過討論細菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型（模仿水平） 2、運用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化（獨立操作水平） 五、重難點 
重點：嘗試建構(gòu)種群增長的“J”型、“S”型數(shù)學(xué)模型，解釋種群數(shù)量增長的類型和成立條件，并據(jù)此解釋實際生活中的種群數(shù)量 
變化的實際問題 
難點：研究種群數(shù)量的方法──建立數(shù)學(xué)模型 六、教學(xué)過程 （一）導(dǎo)言 
 
                           
                  
                           
                                     以俄羅斯境內(nèi)爆發(fā)的蝗蟲視頻資料為切入點，提出問題：蝗蟲種群數(shù)量是如何變化的？導(dǎo)致蝗蟲爆發(fā)的原因是什么？如果防治蝗蟲？從而引出本節(jié)課 
設(shè)計意圖：以與生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)的實例引入，通過視頻的視覺效果，學(xué)生一方面關(guān)注了種群數(shù)量的變化，一方面關(guān)注蝗蟲防治的方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實際問題的愿望。 （二）新課 
活動一：建立種群增長的數(shù)學(xué)模型 
情境一：以問題探討中細菌增長為情境引入：科學(xué)家通過大量的觀察發(fā)現(xiàn)，細菌主要以二分 
裂的方式進行繁殖，且在條件適宜時，每20分鐘分裂一次,根據(jù)此情境完成以下問 題： 
1.完善表格并根據(jù)表中數(shù)據(jù)以時間為橫軸，以細菌數(shù)量為縱軸繪制曲線 
                   
 
2.觀察上述表格中的數(shù)據(jù)，細菌個數(shù)（N）與代數(shù)（n）之間的關(guān)系是_________   N=2n        追問：2代表什么含義？ 
3.72小時后，一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？ 
4.若把起始細菌數(shù)量增加到5，則公式該有什么變化? 曲線有什么變化？ 
5.在一個培養(yǎng)基中，細菌的數(shù)量會按照上述公式一直增長嗎？為什么？如何驗證你的觀點？ 
情境二：生態(tài)學(xué)家高斯做了類似的實驗生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過這樣一個實驗：在0.5ml 
培養(yǎng)液中，放入5個大草履蟲，然后每隔24小時，統(tǒng)計一次草履蟲的數(shù)量，經(jīng)過反復(fù)實驗，得出了如下表的數(shù)據(jù)和如圖所示的曲線。 
時間（天） 1 2 3 4 5 6 7 數(shù)量 
5 
50 
110 
290 
375 
375 
376 
 
      
總結(jié)：得出建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法 
第一步：觀察現(xiàn)象，提出問題：這是建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，在這一基礎(chǔ)上運用數(shù)學(xué)方法
時間(min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 代數(shù)（n） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 細菌個數(shù)（N） 
1 
2 
4 
8 
16 
32 
64 
128 
256 
 
                           
                  
                           
                                     將生物學(xué)問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題 
第二步：提出合理的假設(shè)：這是數(shù)學(xué)模型成立的前提條件，假設(shè)不同，所建立的模型也
不同 
第三步：運用數(shù)學(xué)語言進行表達：形式有公式、曲線等 
第四步：對模型進行檢驗和修正。由于生物現(xiàn)象的復(fù)雜性和不確定性，需要通過大量的
實驗和觀察，對模型進行檢驗和修正。例如S型曲線的得出就是對種群數(shù)量增長的修正過程。 
設(shè)計意圖：本節(jié)課內(nèi)容，在課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中的要求是“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動”，屬于能力目標(biāo)的模仿水平和知識目標(biāo)的理解水平，要求層次很高，這就要求教師在處理這部分內(nèi)容時，即不能脫離生物現(xiàn)象單純研究數(shù)學(xué)問題，也不能完全拋開數(shù)學(xué)模型只講生物知識，所以在研究種群數(shù)量變化之前，必需先讓學(xué)生理解研究方法，掌握研究方法之后再研究數(shù)量變化的規(guī)律，比較符合學(xué)生的認知水平。教材中以細菌的種群增長為例介紹了建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法，在教學(xué)中如果按部就班地按照教材呈現(xiàn)的方式和順序進行難免重復(fù)，這樣浪費了大量的時間，也不利于學(xué)生興趣的激發(fā)，所以教師可以對教材的資源進行調(diào)整，以適應(yīng)自己的教學(xué)，從而突破教學(xué)難點。 活動二：分析種群數(shù)量增長的規(guī)律 PPT展示以下問題，學(xué)生討論，研究 
1.J型曲線的變化趨勢是？有無K值？J型曲線形成的原因是什么？ 2.描述S型曲線并分析S型曲線形成的原因？ （1）分析B點和D點出生率和死亡率的關(guān)系？ （2）AB段數(shù)量增長慢的原因？ 
（3）種群數(shù)量增長最快的是哪一段？ （4）CD變慢的可能原因是什么？ 
3.如果我把兩條曲線放到同一個坐標(biāo)系中，陰影部分所代表的含義是什么？ 
設(shè)計意圖：解釋種群數(shù)量增長的類型和成立條件是本節(jié)課的一個重點內(nèi)容，以上問題設(shè)置是從曲線分析入手，通過問題引導(dǎo)，得出J型曲線和S型曲線成立的條件，水到渠成，符合學(xué)生認知規(guī)律。 
活動三：分析J型曲線和S型曲線的增長率和增長速率 學(xué)生討論以下問題：并繪制增長率和增長速率曲線 
1.根據(jù)導(dǎo)學(xué)案中給出的增長率和增長速率的公式，繪制J型曲線增長率和增長速率隨時間變化的曲線，根據(jù)高斯實驗結(jié)果繪制S型曲線增長率和增長速率的曲線 注：λ=現(xiàn)有個數(shù)/原來個數(shù) 
    增長率=出生率-死亡率=（現(xiàn)有個數(shù)-原來個數(shù)）/原來個數(shù)     增長速率=（現(xiàn)有個數(shù)-原來個數(shù)）/時間 ，即曲線的斜率  高斯實驗的結(jié)果 
時間（天） 1 2 3 4 5 6 7 數(shù)量 
5 
50 
110 
290 
375 
375 
376 
 
2.分析當(dāng)λ＞1 λ=1 0＜λ＜1時種群數(shù)量如何變化？ 3. 分析K值時、大于K/2、小于K/2時種群的年齡組成 
設(shè)計意圖：模型教學(xué)應(yīng)該避免學(xué)生糾結(jié)與數(shù)學(xué)問題，而忽略了生物學(xué)問題。通常在本節(jié)課教學(xué)時，通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型得出了種群數(shù)量增長的J型曲線和S型曲線，之后要進行兩條曲線增長率和增長速率的分析，這個時候?qū)W生往往會把重點放在如何繪制曲線，多數(shù)學(xué)生會對曲線求導(dǎo)，浪費了大量的時間，還沒有完成生物學(xué)的分析。所以在此處教學(xué)時，可以采取
 
                           
                  
                           
                                     這樣的策略：給出三個計算公式，學(xué)生根據(jù)公式繪制J型曲線的增長率和增長速率，學(xué)生很容易得出結(jié)果。然后出示高斯的實驗數(shù)據(jù)，再結(jié)合公式進行計算，即可得出S型曲線的增長率和增長速率的曲線。然后再分析λ和K值，這樣很容易得出規(guī)律。 活動四：S型曲線在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用 
通過活動三得到的S型曲線的增長速率曲線分析以下問題： 1.分析大熊貓頻臨滅絕的原因，有效的保護措施是什么？ 
2.捕魚時在哪點捕撈可以獲得單次最大捕撈量，如果持續(xù)捕魚最好在哪點捕？ 3.老鼠的防治在哪點最好？可以采取哪些防治措施？ 4.能否使東亞飛蝗徹底消滅以絕后患？ 
設(shè)計意圖：學(xué)以致用是學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容后的一個提升，這時先把課前導(dǎo)言視頻中的蝗蟲防治問題提出來，可以達到首尾呼應(yīng)的效果 七、教學(xué)反思： 
基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)，本節(jié)課旨在利用科學(xué)家研究種群數(shù)量變化的過程，調(diào)動學(xué)生的理性思維，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，解決種群數(shù)量增長與空間、食物之間的關(guān)系的問題，同時應(yīng)用于生產(chǎn)生活實踐中，提高學(xué)生的社會責(zé)任感。 

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