資源簡介

《種群數量的變化》教學設計
一、教材分析
本節課是高中生物必修3的第四章第2節，在第1節課中已經介紹了種群的一些基本特征，而其中最基本的特征是種群密度，與種群密度密不可分的是種群的數量，在第2節中，就對種群的數量變化進行了探討。同時種群數量的變化與種群所生存的環境條件，如天敵、食物等有著很大的關系，因而為第3節群落的引出作了鋪墊。本節，在新課標中具體內容標準是：嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動。通過實例來說明如何建構種群增長模型，通過建構的數學模型來解釋種群數量的增長，這是本節教學的重點。并且詳細討論了種群增長的兩種方式的產生條件及特點等：在理想環境中，種群增長呈“J”型曲線；在存在環境阻力的情況下，種群增長呈“S”型曲線。種群數量變化除了增長以外，還存在波動、下降等其他形式。本節最后分析了影響種群數量變化的各種因素，意在培養學生的環境保護及正確的資源利用意識。
二、學情分析：
本課的學習主要是以探究構建數學模型為主，因此需要學生有一定的數學功底。本冊為高中必修3第4章的內容，對象是高二或高三學生，他們具有一定的數學能力，對這樣的數學模型構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，可以讓學生進行小組探討活動，而不用為他們講解太多。對于種群數量變化的幾種形勢則較易于理解。同時，也需要學生對上一節課的知識掌握比較充分，才有利于這節課的進行。
三、教學目標
知識目標：
1.? 說明建構種群增長模型的方法。
2.? 闡述種群數量增長的種類和特點。
能力目標：
1、通過討論細菌種群數量的變化，嘗試建構種群增長的數學模型。
2、用數學模型解釋種群數量的變化。
情感態度價值觀目標：
意識到人類活動對生物的影響，生物與環境之間的相互影響。
四、教學重難點
教學重點：嘗試建構種群增長的數學模型，并據此解釋種群數量的變化。
教學難點：建構種群增長的數學模型。
五、教學方法：討論法、探究法
六、教學思路：
首先以三個關于種群數量變化的實例引出本課的課題——種群的數量變化。學生觀察細菌分裂的視頻后，通過已知的一些條件，小組合作，共同探討出細菌數量變化的公式以及時間—數量曲線圖，完成學案。探究活動結束后讓小組代表來展示探究成果。加強對細菌數量增長情況的認識。總結數學模型構建的探討活動，讓學生對這種方法的使用更加有條理。提出現實環境不能無限制，質疑之前結果的正確性，并且通過兩個例子來幫助理解。進而引出種群數量增長的“J”型曲線。學生按照推導細菌數量增長公式和曲線的方法，自主推導出在自然條件適宜的情況下種群數量增長的“J”型曲線及其公式。小結“J”曲線的成立條件，特點及現實實例等。通過兩個例子，說明現實生活中生物并不是都生長在環境沒有限制的情況下的，而是存在環境阻力的。學生通過閱讀教材上的材料案例，學習種群數量增長的“S”型曲線的相關特性，并解決老師提出的問題。設置一些于生活情境相關的問題，鞏固對“S”型曲線各種特征的理解，知道它在現實中的應用。小結“S”曲線的成立條件，特點及現實實例等。并通過畫圖等，分析“J”曲線與“S”曲線的異同。最后通過東亞飛蝗的例子，說明生物生存的環境的復雜性，對變性對物種的影響很大。說明種群數量存在著波動和下降。以環境阻力中食物因素引出中間關系，延伸至群落，讓學生思考。結束本課。
七、教學過程：
教學環節 教師活動 教學語言 學生活動 教學意圖
教學導入 PPT展示關于種群數量變化的圖片及文字；介紹圖片所示內容，引導學生思考它們的共同點 同學們好，在上課之前呢，我們先來欣賞幾幅圖片：第一幅：這是鳳眼蓮，也就是我們平時說的水葫蘆，它曾經被喻為“美化世界的淡紫色花冠”，但是在20世紀被我國作為花卉和飼料引入后，卻成為了我國的災難。因為沒有競爭對手和天敵，它們瘋狂的生長，現在已經達到184萬噸這樣一個重量。
再來看第二幅：這是什么？（金絲猴）對這是金絲猴，在以前，金絲猴的分布很廣，數量也很多，但是由于生境的破壞，它們的數量不斷減少，黔金絲猴就只剩下500-600只了，非常可惜。因此保護它們是非常重要的。
下面這幅圖大家就比較熟悉了，是幾十年來我國人口普查的統計數據，可以看到我國人口自1952-2000年是呈現上升的趨勢，同學們看到是接近直線上升了，而后面幾年里由于我國計劃生育國策的施行，人口增長又得到緩解。
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從上面三個實例我們可以看到，像鳳眼蓮、金絲猴還有人，這樣生活在一定自然區域內的同種生物，根據我們上節課學習的知識，稱他們為什么？（種群）那這些種群的數量有的增加，有的減少，是處于一個怎么樣的狀態的呢？（變化的狀態）那這些變化是怎么樣發展的呢？又有沒有什么規律呢？我們能不能找到規律呢？這就是我們今天要學習的內容——《種群數量的變化》[板書：第二節種群數量的變化]
? 通過對幾個實例的學習，以及對已有知識的回顧，知道各種種群的數量是處在變化的狀態的。 通過幾個略有影響的實際事例的展示，讓學生感受到種群的數量變化與生活息息相關，引入本節課的內容。
同時增強學生對環境保護及對金絲猴（生物）保護的意識。
種群數量增長數學模型構建 帶領學生回顧上節課的內容，強調實驗選材的重要性。 大家想想，如果我們想知道種群的數量的變化（語氣中強調“數量”和“變化”）是不是首先得知道種群的數量呀？（不用學生回答）根據我們上節課所學的知識，如果我們要知道一個樹林中某種樹的數量，應該使用什么調查方法呢？（樣方法）對，看來同學們上節課聽得很認真。當然對于動物種群數量的調查我們可以用（標志重捕法），對于總量較小的種群我們可以用（直接計數的方法）。那么，對于種群數量變化的研究我們應該選擇哪種方法呢？（學生難以回答）很難選擇對吧？要是像剛才告訴你是調查某種樹木的數量，你就會一下子說出來了。也就是說，我們需要根據選定的研究對象的特性來進行方法的研究。
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現在，研究人員就選擇了細菌這種微生物來進行中群數量的研究。我們先來看看細菌的數量是怎么變化的。大家看時想想為什么會選擇細菌來做研究？[觀看細菌分裂生殖的視頻]有誰能說說為什么嗎？（同學回答）對，細菌易得，易培養，易觀察。同時細菌一般是以二分裂的方式進行繁殖的，也就是一分為二，二分為四，很有規律，這樣我們研究起來就更容易了。而且細菌繁殖速度很快，我們能在短時間內就得到想要的數據。因此，我們在做研究的時候，選材很重要。我們在設計實驗時，也應該考慮到這方面問題。
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那再來回想剛剛看到的視頻，你們覺得如果要你畫一條細菌數量增長的曲線，會是什么形狀的呢？（直線，曲線）好，現在同學們，你們化身為科學家，來驗證一下細菌數量增長的形式是不是像自己剛剛猜想的一樣。下面，請同學們以小組的形式完成這樣一個探究，5min后請小組成員來展示你們的成果。 ? ?
學生探究活動 教師巡班，與學生討論，并給予適當的指導 [板書：成果展示部分] 學生分小組完成探究活動 學生基于已有的數學知識進行演算。
繪圖，并從中認識細菌種群數量增長的數學規律。
成果展示 協助學生完成成果展示 點評：完成的很好，通過同學們的共同努力，確實找到了細菌數量增長的公式和增長的曲線，非常棒，看來大家都有做科學家的潛質呀。 學生代表上臺展示小組成果 鍛煉學生的講解能力，檢查合作學習情況。
小結 總結數學模型構建的過程 其實剛剛大家做的探究，是一個數學模型構建的過程，我們最后是不是用數學推導的方法歸納總結出種群數量增長的數學公式，然后又畫出了數學圖形？（是）我們再來回想一下數學建模的過程：首先我們提出問題——細菌數量是怎樣增長的呢？然后我們提出假設——有的同學說向上的直線，有的說向上的曲線。接著我們列出表格，對數據進行數學形式的表達。最后我們其實還需要做一件事情，那就是對模型進行檢驗和修正。對細菌我們可以用血球計數板來對它們進行計數，用實驗驗證。其實在生物學中，有很多生物學家都是通過這種數學模型構建的方法發現了很多生物學規律，比如孟德爾的豌豆實驗，就是后來他通過對搜集到的數據進行數學統計而得出了分離定律，自由組合定律的。
[板書：
] 與老師一起回顧之前的學習內容，理清思路 鞏固對數學建模的方法及作用的理解
種群數量增長的“J”型曲線 通過對兩個實例的講解，指導學生對比細菌數量增長公式的推導方式，構建適用于普遍種群增長的數學公式
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帶領學生回顧總結“J”型曲線的特征等 不知道同學們有沒有注意到，剛才我們所研究的細菌生存條件是什么？（在營養和生存空間沒有限制的情況下）那我們自然狀態下的生物群落的增長難道都符合這個規律嗎？有沒有符合這樣的規律的呢？我們來看兩個例子。[介紹圖片例子] 實例一：1859年，一位英國人來到澳大利亞定居，他帶來了24只野兔。讓他沒有想到的是，一個世紀之后，這24只野兔的后代竟達到6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數量得到控制。再來看第二個實例：實例二：在20世紀30年代，人們將環頸雉引入美國的一個島嶼。在1937－1942年期間，這個種群數量的增長如這幅圖所示。
大家可以看到，確實很符合我們剛才畫出的細菌的數量增長圖，說明確實有類似細菌在理想條件下種群數量增長的形式。在我們自然條件下，很多時候，一個群落的起始個體不是一個，而可能是幾個、幾十個，或者更多。它們的繁殖方式也不是分裂生殖，可能一次產很多后代。他們都有共同的特點，就是生活在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等條件下。那么，現在你能不能根據剛才推導細菌數量增長公式的方法，推導出像野兔、環頸雉這樣的種群的數量增長公式呢？給大家一分鐘時間思考。好，請一位同學來說說你的結果。（Nt=N0×λt）非常正確，看來大家已經完全掌握了這種推導方法了。我們只需要用Nt代替Nn，N0代替1，λ代替2，t代替n就可以了得出在環境條件能很好適應其生長的種群數量增長公式了。同樣的，它所呈現出來的曲線也是一個指數形式的圖形，很像字母“J”，因此，我們把它稱作種群增長的“J”型曲線。
【小結】
學完了種群增長的“J”型曲線，我們來一起回憶它有什么特征。首先它們生存的條件都是怎么樣的？[同學一起回答]（理想狀態——食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等）增長特點是怎樣的？（種群數量每年以一定的倍數增長，第二年是第一年的λ倍。）增長公式是什么？（Nt=N0×λt）我們一般可以在怎么樣的情況下看到這樣的種群呢？（實驗室條件下、外來物種入侵、遷移入新環境。）[板書：
二、種群數量增長的“J”型曲線
成立條件：理想條件
公式：Nt=No×λt] ?
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聽老師講解，學習兩個實例
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根據細菌種群數量增長方式的推導方法推導在各種條件適宜情況下種群數量增長的公式
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回顧“J”型曲線的成立條件，特點，及了解現實實例 質疑上一環節中得到的細菌種群增長數學模型
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構建適用于普遍種群增長的數學公式
種群增長的“S”型曲線 ?
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通過講解例子，引導學生發現現實生活中環境不是無限的，而是對種群數量增長存在阻力的。
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提出問題，讓學生思考，使學生從問題的解決中對“S”曲線的理解更深刻
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提出一些與“S”曲線相關的問題，讓學生思考回答。
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小結“S”曲線的特征。 事實上，最簡單的起始數量為1的大腸桿菌種群如果一直按照指數增長下去，只需3天就足夠鋪滿我們整個地球。那如果我給你一個盛有一定培養基的培養皿和一個大腸桿菌，你能不能3天后讓它們鋪滿地區呢？（不能）大家覺得是什么原因使它們沒有長到那么多的呢？（培養基內的養料會消耗殆盡）不錯，由于它們的消耗，使得生存的環境條件變不好了，反作用于它們自己，就使得其數量不能按指數增長了。
另外，我還發現剛才大家看到那幾只小野兔的時候，都覺得它們特別可愛。那要是人們不使用黏液瘤病毒，最后這些兔子會怎么樣？（越來越多，沒得吃，餓死）是呀，植被會很快被迅速增長的兔子啃食完，而兔子的事物會變少，甚至餓死。
從上面兩個例子我們可以看出，一定的環境條件，對于一個種群來說，它都有一定的承受限度，當種群的數量超過環境的承受范圍，環境對種群的供養能力就不足了。環境就會被破壞，甚至崩潰，而被破壞的環境反作用于種群，從而使種群的數量等也會受到影響而降低。我們把在環境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數量稱為環境容納量。從這里我們也可以簡單的理解說，一定的環境其環境容納量大的時候，環境條件就好；反之，若環境遭到破壞等，環境容納量就越小。
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那么這樣的種群數量變化應該有什么規律呢？如果再讓你畫一條線來描述這樣的種群數量變化，應該怎么畫呢？（先上升再下降；先上升快后來變慢）同學們有很多自己的想法，那么到底是不是這樣的呢？請同學們看書第67頁中間部分，看看生態學家高斯是怎么得出他的結論的，想想大草履蟲的增長曲線形狀像什么？其種群達到基本穩定的數量值稱為什么？大草履蟲數量增長過程如何？好，大家都看完了。我們一起來看：曲線形狀像哪個字母？（S）像字母S，因此我們就把類似這樣的種群數量增長曲線叫做：種群數量增長的“S”型曲線[板書：二、種群數量增長的“S”型曲線]那么第二個問題答案是——（環境容納量）對于第三個問題，我們一起來分析：整體來說種群的增長是先慢再快，經過一個轉折點，然后再慢，接著穩定不變。也就是潛伏期，由于個體數量較少增長緩慢；加速期時個體數量增加，種群增長也加速；轉折期時增長速率最快；減速期由于個體數更多，競爭增強，數量增長減慢；飽和期時種群數量達到最大，競爭也最激烈，增長速率為零。
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【小結】
看來同學們對S曲線已經很了解了，能不能應用于生活呢？保護大熊貓，金絲猴這樣的動物時我們常常會建立自然保護區，從環境容納量的角度看這是為什么呢？（改善其棲息環境，提高K值）為了保護魚類資源不受破壞，并能持續獲得最大捕魚量，應使被捕魚群的種群數量保持在什么水平?（保持在K/2水平。這是因為在這個水平上種群增長量最大。）那殺蟲應該在什么時期好呢？（潛伏期）[對學生答案進行逐一點評] 看來我的擔心是多余的，同學們是真正掌握了。
我們再來回顧一下，S型增長曲線產生條件是什么？（存在環境阻力）那增長特點呢？（先快后慢）如果要將S曲線與J型曲線畫到同一個坐標圖上，應該是怎樣的呢？我請一位同學上來畫。同學們說他畫對了沒？（對）[畫對與否都進行講解。一一標出各個重要點或區域：K值，K/2點，環境阻力區域][板書：
三、種群數量增長的“S”型曲線
成立條件：環境阻力
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聽老師講解，理解現實環境一般不是無限制的，而是存在環境阻力的不利條件的。
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閱讀教材，學習“S”型曲線。
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在對教材學習理解后，知道“S”型曲線的基本特征，解決相關問題。
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通過回答思考題，更加深入理解“S”曲線在現實生活中的應用。
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回顧“S”型曲線的成立條件，特征等。思考與“J”型曲線的異同 ?
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以大腸桿菌和野兔不能無限增長為切入點，引導學生從理想條件走向有限條件種群數量的變化。
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通過教材資料，學習種群數量增長的“S”型曲線的特征等。
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鞏固對“S”型曲線各種特征及表示的意義的理解。
種群數量的波動和下降 ?
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對教材第68頁的圖片產生質疑，引發學生的思考。
引導學生意識到環境是不斷變化的，因此對種群的影響也是多種多樣的。
? 看來同學們對這兩種種群數量增長的特點等掌握的不錯了，可是當我翻到書第68頁的時候，看到這幅圖，我就不清楚了，這是科學家調查的東亞飛蝗從1913年到1961年在某一地區的數量變化曲線圖，為什么是有時高，有時低，既不像“J”型曲線，也不像“S”型曲線，怎么看起來沒什么規律呢？你們能不能告訴我這是為什么呢？為什么會有時高，有時低，當它高的時候發生了什么事？低的時候又可能是什么原因造成的呢？（生存條件變化）哦！原來是因為飛蝗生活的環境條件，有時有利于它們的生長，有時不利于它們的生長，再加上天敵的多少，以及疾病等的影響使得種群的數量處在一個波動的狀態呀。
我們在剛才以及談到如果野兔不得到治理，它們也有可能因為環境不能供應它們的需要，或者一些疾病而滅絕。也就是種群數量的下降。[板書：四、種群數量波動和下降]
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看來研究種群數量變化不僅僅只是調查種群的量就可以了的，還要聯系它生存的環境條件來研究。像食物、天敵這樣，就要涉及到不同種生物之間的關系，這將是什么水平研究的問題呢？那我們下節課在“群落”中再繼續去探討它們對種群數量的影響。 ?
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思考為什么東亞飛蝗的數量變化是上下波動，而最后減少到很少。 ?
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讓學生意識到環境是不斷變化的，因此對種群的影響也是多種多樣的。因此要保護種群，保護環境是首要的任務。
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八、板書設計：
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九、教學反思：
總的來說，本節課的進行還是比較流暢和緊湊的，能夠有效的吸引學生的注意力，但是趣味性稍微有些欠缺，在后面的講解中大多都是以講解形式進行，對知識的挖掘還不夠，稍微有點淺顯了。具體有一下優缺點。
優點：
1.本課講解時思路清晰，意圖明確，重點突出。
2.課程進行時前后的聯系比較緊密，主要是以例子的變化聯系起來的，很有整體連貫性，比較能吸引學生目光。
3.學生活動方面采用探究式教學，與能與學生進行一定的互動。
缺點：
1.知識點與知識點之間過渡不夠自然，欠缺潤色，語言能力不強。
2.講解顯得有些單調平淡，課堂氣氛帶動不是很好。
3.由于提問技巧掌握不夠，在提問時不能夠達到想得到的引導作用，需要多加揣摩。
4.語速稍微有點快，而且聲音稍有些含糊。
5.內容稍多，學生活動在真實條件下不能完成的很好，效果也不能達到。因此可以將這部分內容分為兩節課來講。
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附：學案：
《種群數量變化》
——構建種群數量增長的數學模型學案
1、 填寫下表：計算一個細菌在不同時間（單位為min）產生后代的數量。
時間min 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次數 ? ? ? ? ? ? ? ? ?
細胞個數 ? ? ? ? ? ? ? ? ?
2、 n代細菌數量Nn的計算公式是：
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3、 72小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？
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4、以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，畫出細菌的數量增長曲線：
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參考答案：
1、
時間min 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次數 1 2 3 4 5 6 7 8 9
細胞個數 2 4 8 16 32 64 128 256 512
2、Nn=1×2n
3、n＝ ６０min x７２h／２０min＝２１６
Nn＝1×２n ＝２ ２１６
4、

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