資源簡介

《第2節 種群的數量變化》教學設計
一、教學目標
1.嘗試構建草履蟲種群數量變化的數學模型，培養推導、對比及構建模型的能力。
2.掌握“J”形曲線和“S”形曲線，通過分析影響種群數量變化的因素，建立生物與環境相統一的觀點。
3.根據種群數量變化的規律，運用K值的意義來解決生產生活中的實際問題，養成關注實踐生產，學以致用的生活態度。
二、學情分析
學生在初中階段已經學習過草履蟲的相關內容，也對種群的概念和特征有了一定的了解，同時，學生已具備一定的數學基礎，有繪制坐標圖和分析指數函數的基本能力。本節是在學生學習了《種群的數量特征》的基礎上對種群的進一步認識。學生對數學應用生物學已經比較熟悉，但在生物學中進行數學模型的構建還是比較陌生。通過本節內容的學習，可以使學生學習構建數學模型探討種群數量的變化。
三、重、難點
學習重點：構建種群增長的數學模型。
學習難點：“J”形曲線和“S”形曲線的分析比較。
四、教學過程
學習任務 教師活動 學生活動 教學意圖
創設情境，激發興趣 教師通過展示草履蟲的增殖動畫，讓學生直觀感受種群數量并非恒定不變，而是處于不斷變化的情況。 提問學生：隨著時間的推移，如何得知草履蟲的種群數量？ 學生思考問題 通過提問，既可以成功激發學生的學習興趣，又點明了本次教學的學習目標。
學習建構種群數量增長模型的方法 1.學習建構種群數量增長模型的方法 2.觀察對象，提出假設 教師對草履蟲及其分裂方式進行簡單介紹，草履蟲的繁殖方式是二分裂生殖，約30mm分裂一次”，1個草履蟲變成2個，假設在資源和空間無限的環境中，草履蟲種群數量的增長不會受到種群密度增加的影響教師據此組織學生計算一個草履蟲的后代在不同時間的數量，完成教材中的表格和種群增長的曲線。回顧草履蟲的增殖方式。 3. 提出問題，分組討論 每4人為一組進行小組討論：（1）如果N。為種群的起始數量，t為時間，λ表示一定時間內種群數量為初始數量的倍數，那么t年后該種群的數量N如何計算？（2）計算該種群數量的增長倍數和增長速率，繪制曲線并觀察其變化趨勢。（3）比較數學公式和曲線圖的優缺點。 5. 分享實驗，修正模型 A組在草履蟲培養過程中，每天定時添加一定量的新鮮培養液，根據實驗數據，繪制曲線圖，展示演算過程以及最終總結的計算公式 該組實驗結果顯示：孕履蟲的增長趨勢呈“J”形增長曲線，符合最初建立的模型，假設成立 由此引發思考：在現實生活中，種群實現“J”形增長的條件是什么？ 經分析討論，師生共同得出種群呈“J”形增長所需的理想條件包括食物和空間條件充裕、氣候適宜，沒有敵害等 B組介紹實驗過程及結果，指出與A組的區別，即在培養過程中不添加新鮮培養液，展示實驗數據，學生根據該數據，繪制草履蟲的種群增長曲線和增長速率曲線 結合該組實驗，教師提問學生：（1）B組的草履蟲的種群數量增長模式還是“J”形嗎”為什么？ （2）該曲線的種群增長速率如何變化？ （3）分析高斯的草履蟲培養實驗，思考什么條件下會出現下K值？K值會不會發生變化？ 學生通過閱讀教材P.7內容，學習構建數學模型的一般方法，理解數學模型是用來描述一個系統及其性質的數學形式。 學生構建理想條件下草履蟲種群增長的數學模型。 學生通過計算和繪制的曲線圖，歸納總結得出“J”形增長模型中，1年后種群的數量增長公式為：Nt＝Noλt通過分析發現，在“J”形增長模型中，增長率（r）與增長倍數（λ）一直保持不變學生小組討論后發現，增長速率即曲線圖的斜率，在“J”形增長曲線中，增長速率不斷增加：比較數學公式和曲線圖后，發現用數學公式表示種群數量的增長更為準確，而曲線圖則比較直接。 學生繪圖后發現，該組實驗中草履蟲種群數量的增長模式不再是“J”形，而是“S”形，從而對前面構建的數學模型進行修正。分析“S”形曲線發現，現實條件下，自然界的資源和空間總是有限的，當種群增長到一定數量后，種群數量的增長就會停止，有時會穩定在一定水平即達到K值（環境容納量）。根據曲線斜率的變化繪制增長速率曲線，學生發現種群數量的增長速率呈現先升高后降低的變化趨勢。 建立模型構建的思維，培養學生歸納總結的能力。通過對已有實驗數據的分析，培養學生構建曲線圖的能力。
遷移應用 將“J”形曲線圖與“S”形曲線圖放置在同一個坐標系中，分析環境阻力對種群數量的影響。結果顯示，K值會受環境因素的影響，因此，可以通過降低環境阻力，如建立自然保護區等措施提高K值，從而保護大熊貓等瀕危物種；同時也可以通過增加環境阻力的方式降低使K值減少的有害生物，如投放天敵，減少食物等，實現對有害動物的控制。 [過渡]在實際生活中，我們研究種群的數量變化有哪些應用呢？ [解決問題] 1. 假如大熊貓的棲息地遭到破壞，其K值會受到什么影響？有哪些措施可以保護大熊貓？ 2. 鼠害導致作物減產，蚊、蠅會傳播疾病。從環境容納量的角度思考，對家鼠等有害動物的控制，應當采取什么措施？ 3. 漁民希望每年既能捕撈較多的魚，又不危及來年的魚產量，也就是希望長期獲得較高的捕撈量。那么，怎樣確定合適的捕撈量呢？ [思考討論] 1.K值會變小；建立自然保護區，改善它們的棲息環境，從而提其K值。 2.降低K值，最好在K/2之前人工干預，可采取器械捕殺、藥物防治等措施。 3.種群即將達到K值的時候捕撈（中等強度的捕撈），捕撈量在K/2左右，剩余量也在K/2左右。 引導學生嘗試將所學知識應用于生產實際，發展科學思維，培養社會責任。
總結，延伸思考 通過板圖，歸納本節重點內容，突出重要概念：種群數量的變化規律可以用數學模型描述。 [課后思考]假設你承包了一個魚塘，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。怎樣解決這個難題呢 請查閱有關的書籍或網站。 思考、總結 通過脈絡清晰的概念圖，幫助學生鞏固所學知識。提高學生對知識的遷移應用能力。
五、教學反思：
本節教學活動，回歸教材實驗，利用生態學家高斯的草履蟲種群數量變化的經典實驗，讓學生通過分析實驗數據，繪制曲線，定性分析，逐步深入，最后總結形成理論公式，構建種群數量增長的“J”形和“S”形增長曲線。通過動手計算及繪圖、成果展示等活動，內化了教材知識，培養了學生構建模型的科學思維和實踐探究能力。

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