_种群的数量变化_一节的教学设计
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2011年(第36卷)第11期
“种群的数量变化”一节的教学设计
洪永清
摘
要
(江苏省徐州市侯集高级中学221121)
本节课以建构主义理论作指导,通过一系列发现问题、解决问题的探究活动,引导学生建构揭示生物学规律的数学模型;种群
数量变化
数学模型
教学设计
运用数学模型解释种群的数量变化规律和解决生产生活中的实际问题。关键词
1教材分析
《稳态与环境》人教版生物学教材第四章“种群和
3.1创设情景,激趣导入课件展示外来入侵的物
种:从清澈的河流到堵塞河道的水葫芦、从青翠的山峦到满山遍野的加拿大一枝黄花。
上述图片描述的是种群数量的变化。研究种群数量变化,对于生活、生产,对社会和整个自然界都有许实质上就是要实现人和自然的和谐发多重要的意义,
展,这节课我们就来研究种群数量变化的规律。3.2
自主学习,提升能力
课件展示导学提纲,指导
学生在阅读教材的过程中,找出本节内容的单点知识,注重与前后知识的联系,并形成知识网络。
导学提纲:①什么是数学模型?②如何建立数学模“J”型?③列举种群数量型增长曲线的增长特点及形成“S”条件;④列举种群数量型增长曲线的增长特点及形成条件;⑤指出引起种群数量的波动和下降的原因。3.3
探究活动1:构建种群增长的数学模型
课件播
在放细菌分裂的录像并提出问题:假如现有一种细菌,食物、空间等充裕的条件下,每20min左右通过分裂完成下列问题:①细菌的生殖方式是怎样繁殖一代,
的?72h后,由一个细菌分裂产生的后代数量是多少?②n代细菌数量是多少?③对细菌种群数量增长而在什么情况下2公式成立?④这个公式揭示了细言,
菌种群数量增长的什么规律?⑤在学过的生物学内容中,还有哪些生物学问题可以用数学语言来表示?
组织学习小组讨论,每组代表陈述各自的观点,学教师最后给予点评。接着投影下面的表格和生互评,
坐标图,要求学生填写表格1,并依据表格1的数据,画出细菌的种群数量增长曲线图(图1)。
表1
时间(
min)20细菌数量
40
60
细菌增长记录表80
100
120
140
160
180
n
“种群数量的变化”,群落”第二节包括建构种群增长种群增长的“J”型曲线、种群增长的“S”模型的方法、
型曲线、种群数量的波动和下降等内容。本节课是在学生学习了种群的特征,尤其是各种数量特征基础上,进一步利用建立数学模型的方法去描述、解释和预测这对于帮助学生更好地理解种种群数量的发展变化,
群的数量特征和数量变化规律具有重要意义。
基于以上分析,可把建构种群增长模型的方法、根据建构的数学模型解释种群数量的变化规律作为教学重点,建立种群增长的数学模型作为教学难点。教学过程中,采用多媒体教学课件,引导学生分析种群数量变化的各种实例,使学生初步体验科学探究的基本研总结建构种群增长模型的方法,突破教学的重究思路,
“J”、“S”点;比较种群增长的型型曲线的数学模型,突破教学的难点。在学习种群数量的波动和下降时,结合与生产生活社会的联系,知道研究种群数量的变化规律及影响种群数量的变化因素的现实意义。22.12.2
教学目标知识目标能力目标
解释种群数量增长的一般规律;说明尝试建构种群数量增长的数学模型;
建构种群数量增长数学模型的方法。
运用数学模型解释种群数量变化规律及解决生产生活中的实际问题。2.33
情感态度与价值观目标教学过程
认同数学模型在科学
研究中的应用;关注人类活动对种群数量变化的影响。
檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶
很多特点可以适合于课堂教学。例如①兼容性:电子Flash等制作背景的课白板环境下可以导入播放PPT、
件;②便捷性:电子白板触摸屏可以点击换页,避免教师奔走于屏幕和电脑之间;③以及它的书写、修改、存储等功能可以很好地实现交互式体验学习等。
主要参考文献
[1]邵永刚.2009.电子交互白板在初中生物学教学中的运用.生物
34(10):24~25?学教学,
图1细菌种群的增长曲线
2011年(第36卷)第11期
让学生独立完成图表,相互交流结果,对绘制的曲线进行评价。教师给出数学模型的概念:数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。常用的模型形式有曲线模型和公式模型。
课件展示建构数学模型的基本步骤:①观察研究对象,提出问题—模型准备;②提出合理的假设—模型用适当的数学形式对事物的性假设;③根据实验数据,
质进行表达—模型建立;④通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正模型分析—模型校正。3.4
探究活动2:种群增长“J”型曲线模型的构建课件展示:在20世纪30年代,环颈雉被引入美国一个岛屿,在1937-1942年期间,这个种群的数量增长情况如图2所示
:
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出生率降低,死亡率增高;当出生率与死亡率相等时,种群的增长就会停止,有时会稳定在一定的水平。3.5
“S”探究活动3:种群增长的型曲线
课件展示问
题:自然条件下有哪些环境阻力?学生讨论后回答。(例如自然因素:气候、食物、被捕食、传染病等;人为因素:人类的活动;直接因素:出生率、死亡率、迁入、迁出)
如果我们考虑这些环境压力,那么曲线将如何变化?组织学生讨论种群在自然环境中真实的变化情况。
课件呈现高斯实验:在0.5mL培养液中放入5个大草履虫,每隔24h统计一次大草履虫的数量,得出结果如图4所示
。
图4大草履虫种群的增长曲线
课件展示下列问题,组织学生讨论:(1)大草履虫哪几天增长较快?何时处于稳定?(2)经过一定时间种群数量为什么会基本保持不变?的增长后,
图2
某岛屿环颈雉种群数量的增长
学生从资源和空间上回答种群增长问题,归纳出,大草履虫种群的增长曲线类似于字母“S”称为“S”型曲线。
教师给出概念:种群经过一定时间的增长后,数量“S”称为型曲线(图5)。在环境趋于稳定的增长曲线,
一定空间中所能维持的种群条件不受破坏的情况下,
最大数量称为环境容纳量,又称K值
。
小结:自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式。继续以细菌的增长方式为例,根据构组织学生尝试建立种群增长建数学模型的基本步骤,
“J”的公式模型(略)和种群增长型曲线的建立:
学生继续讨论图1构建的细菌种群的增长曲线。“J”,“J”因为形如字母称之为型增长曲线(图3),这是在理想条件下种群数量增长的形式。曲线模型与公式模型相比,具有形象、直观的优点,但不够精确
。
图5
图3
“J”种群增长的型曲线
“S”种群增长的型曲线
组织学生继续讨论:种群数量的变化就是增长和种群数量怎么变稳定吗?如果高斯的实验继续下去,化?
学生讨论回答,从而引出种群数量的波动和下降。3.6
探究活动4:种群数量的波动和下降
课件展示
东亚飞蝗种群数量的波动(图6),组织学生讨论影响种群数量波动的因素。
组织学生继续讨论:自然界中,种群能以“J”型增长一直持续下去吗?原因是什么?
学生以小组为单位讨论后回答,教师给予指导:种群的增长存在环境阻力。如自然条件(现实状态)下食物等资源和空间总是有限的,当种群密度增大时,种内斗争不断加剧,捕食者数量不断增加,导致该种群的
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图6东亚飞蝗种群数量的波动
教师总结:在自然界,影响种群数量的因素很多,如气候、食物、天敌、传染病等,除此之外,还有出生率、死亡率、迁入率、迁出率、年龄组成、性别比例等因素,因此,大多数种群的数量总是在波动中。有的是不规有的是周期性波动。在不利条件之下,有些种则波动,
群数量还会急剧下降,甚至消亡。
随着人口的增长,科技水平的提高,人类活动范围人类活动对自然界中群数量变化的影响越来的扩大,
越大,有时候甚至成为决定性的因素。
课件展示问题:研究种群数量变化有哪些现实意义?
学生总结回答后教师归纳:研究种群数量变化的规律,在野生生物资源的合理利用和保护、害虫防治等方面有着非常重要的意义。
在对野生动植物资源的合理开发和利用方面,一般将种群的数量控制在环境容纳量的一半,即K/2时,此时种群增长速度最快,可提供的资源数量也最多,而又不影响资源的再生。当种群数量大于K/2时就可以而且获得的量最大。当猎取一定数量的该生物资源,
种群的增长速度过度猎取导致种群数量小于K/2时,
将减慢,猎取的资源数将减少,而且还会影响资源的再生。3.7
归纳比较,攻克难点
表2前提条件种群增长率有无K值模型曲线形成原因
图7
“J”种群增长的型曲线“S”型曲线的比较和
有不同形状的增长曲线。另外,自然种群的数量达到K值后,仍会有变动,其变动方式或有周期性,或不规则,稳定在K值上不变是不现实的。当一个种群迁入“J”常常在一定时期内呈型增长。两种一个新环境后,
增长方式的差异,主要在于环境阻力的作用。3.8
课堂小结
本节课重点学习四个方面的内容。
建构种群增长模型的方法包括观察研究对象,提出问题、提出合理的假设、根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达、通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正等步骤。在理想条件下,种群“J”型曲线增长,而自然界的资源和空间总是有数量呈
“S”限的,种群数量往往呈型曲线增长,并在K值附近波动。人类活动对种群数量变化的影响越来越大,因大多数种群的数量总是在波动中,在不利的条件此,
下,种群数量还会急剧下降甚至消亡。4
教学反思
课程标准中关于本节的具体内容标准为“尝试建,立数学模型解释种群的数量变动”该条内容标准有两层涵义:一是指导学生完成建立数学模型;二是运用数从具体的生学模型解释种群的数量变动规律。因此,
物现象与规律建立抽象的数学模型,再用抽象的数学模型来解释具体的生物学现象与规律,是本节教学的着眼点。
在教学过程中要恰当处理好模型构建活动与运用数学模型解释种群数量的变化之间的关系,避免从数学到数学、为计算而计算的教学误区,造成重点不够突出,预定讲授内容未能按时完成等问题。?
课件展示表2,完成种群
“J”“S”增长的型曲线和型曲线的比较。
“J”“S”种群增长的型曲线和型曲线的比较
“S”型曲线环境资源有限
随种群密度上升而下降
有K值Nt=
N0λt
缺少天无种内斗争,
敌
“J”型曲线环境资源无限保持稳定无K值
K为环境的容纳量种内斗争加剧,天敌增加
课件展示图7,分析形成种群增长的“J”型和“S”型曲线差异的原因。
教师归纳:种群数量的“J”型和“S”型增长曲线是两种典型情况,而自然界的情况是相当复杂的,种群的“J”增长有的接近型,有的接近“S”型,中间还有许多过渡类型。即使同一物种在不同的环境条件下,也会