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視頻標簽：種群數量的變化
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：人教版高中生物必修三第四章第2節《種群數量的變化》吉林
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人教版高中生物必修三第四章第2節《種群數量的變化》吉林市第一中學
《種群數量的變化》教學設計
一、 指導思想
北師大肖川教授認為：“從學科角度講，要為素養而教，學科及其教學是為學生素養服務的，而不是為學科而教，把教學局限于狹隘的學科本位中，過分的注重本學科的知識與內容，任務和要求，這樣講十分不利于培養視野開闊、才思敏捷并具有豐富文化素養和哲學氣質的人才。”生物學核心素養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逐步培育的。
美國《國家科學教育標準》把模型和科學事實、概念、原理、理論并列為科學主題的重點，在我國高中生物課程標準中也把模型建構作為極為重要的研究方法收納入了高中生物教學實踐之中，其中數學模型是常見的模型方法之一 二、教材分析
《種群數量的變化》是人教版高中生物必修3第四章第2節的內容，本節課分為2個課時，第一課時的內容分別是“建構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”、 “種群數量的波動和下降”，第二課時的內容“培養液中酵母菌種群數量的變化”探究實驗。本節課為第一課時。本節課重點研究種群數量的變化，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節群落的特征和第五章生態系統的引出作了鋪墊。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。提高學生的社會責任感，養成正確的生命觀念。 三、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式則較易于理解。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。 四、教學目標 知識目標：
1. 說明建構種群增長模型的方法。（理解水平） 2. 解釋種群數量增長的類型和成立條件。（理解水平） 情感態度價值觀目標：
1.關注人類活動對生物的影響（認同水平）
2.確立生物與環境之間的相互影響的生物學觀念（領悟水平） 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（模仿水平） 2、運用數學模型解釋種群數量的變化（獨立操作水平） 五、重難點
重點：嘗試建構種群增長的“J”型、“S”型數學模型，解釋種群數量增長的類型和成立條件，并據此解釋實際生活中的種群數量
變化的實際問題
難點：研究種群數量的方法──建立數學模型 六、教學過程 （一）導言
以俄羅斯境內爆發的蝗蟲視頻資料為切入點，提出問題：蝗蟲種群數量是如何變化的？導致蝗蟲爆發的原因是什么？如果防治蝗蟲？從而引出本節課
設計意圖：以與生活和農業生產息息相關的實例引入，通過視頻的視覺效果，學生一方面關注了種群數量的變化，一方面關注蝗蟲防治的方法，激發學生的學習興趣和解決實際問題的愿望。 （二）新課
活動一：建立種群增長的數學模型
情境一：以問題探討中細菌增長為情境引入：科學家通過大量的觀察發現，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,根據此情境完成以下問 題：
1.完善表格并根據表中數據以時間為橫軸，以細菌數量為縱軸繪制曲線
2.觀察上述表格中的數據，細菌個數（N）與代數（n）之間的關系是_________ N=2n 追問：2代表什么含義？
3.72小時后，一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？
4.若把起始細菌數量增加到5，則公式該有什么變化? 曲線有什么變化？
5.在一個培養基中，細菌的數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：生態學家高斯做了類似的實驗生態學家高斯曾經做過這樣一個實驗：在0.5ml
培養液中，放入5個大草履蟲，然后每隔24小時，統計一次草履蟲的數量，經過反復實驗，得出了如下表的數據和如圖所示的曲線。
時間（天） 1 2 3 4 5 6 7 數量
5
50
110
290
375
375
376
總結：得出建構數學模型的方法
第一步：觀察現象，提出問題：這是建立數學模型的基礎，在這一基礎上運用數學方法
時間(min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 代數（n） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 細菌個數（N）
1
2
4
8
16
32
64
128
256
將生物學問題轉化為數學問題
第二步：提出合理的假設：這是數學模型成立的前提條件，假設不同，所建立的模型也
不同
第三步：運用數學語言進行表達：形式有公式、曲線等
第四步：對模型進行檢驗和修正。由于生物現象的復雜性和不確定性，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量增長的修正過程。
設計意圖：本節課內容，在課程標準的內容標準中的要求是“嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動”，屬于能力目標的模仿水平和知識目標的理解水平，要求層次很高，這就要求教師在處理這部分內容時，即不能脫離生物現象單純研究數學問題，也不能完全拋開數學模型只講生物知識，所以在研究種群數量變化之前，必需先讓學生理解研究方法，掌握研究方法之后再研究數量變化的規律，比較符合學生的認知水平。教材中以細菌的種群增長為例介紹了建構數學模型的方法，在教學中如果按部就班地按照教材呈現的方式和順序進行難免重復，這樣浪費了大量的時間，也不利于學生興趣的激發，所以教師可以對教材的資源進行調整，以適應自己的教學，從而突破教學難點。 活動二：分析種群數量增長的規律 PPT展示以下問題，學生討論，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系？ （2）AB段數量增長慢的原因？
（3）種群數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系中，陰影部分所代表的含義是什么？
設計意圖：解釋種群數量增長的類型和成立條件是本節課的一個重點內容，以上問題設置是從曲線分析入手，通過問題引導，得出J型曲線和S型曲線成立的條件，水到渠成，符合學生認知規律。
活動三：分析J型曲線和S型曲線的增長率和增長速率 學生討論以下問題：并繪制增長率和增長速率曲線
1.根據導學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，根據高斯實驗結果繪制S型曲線增長率和增長速率的曲線 注：λ=現有個數/原來個數
增長率=出生率-死亡率=（現有個數-原來個數）/原來個數 增長速率=（現有個數-原來個數）/時間 ，即曲線的斜率 高斯實驗的結果
時間（天） 1 2 3 4 5 6 7 數量
5
50
110
290
375
375
376
2.分析當λ＞1 λ=1 0＜λ＜1時種群數量如何變化？ 3. 分析K值時、大于K/2、小于K/2時種群的年齡組成
設計意圖：模型教學應該避免學生糾結與數學問題，而忽略了生物學問題。通常在本節課教學時，通過建構數學模型得出了種群數量增長的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，這個時候學生往往會把重點放在如何繪制曲線，多數學生會對曲線求導，浪費了大量的時間，還沒有完成生物學的分析。所以在此處教學時，可以采取
這樣的策略：給出三個計算公式，學生根據公式繪制J型曲線的增長率和增長速率，學生很容易得出結果。然后出示高斯的實驗數據，再結合公式進行計算，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，這樣很容易得出規律。 活動四：S型曲線在生產實踐中的應用
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？
設計意圖：學以致用是學生學習本節內容后的一個提升，這時先把課前導言視頻中的蝗蟲防治問題提出來，可以達到首尾呼應的效果 七、教學反思：
基于生物學科核心素養，本節課旨在利用科學家研究種群數量變化的過程，調動學生的理性思維，建構數學模型，解決種群數量增長與空間、食物之間的關系的問題，同時應用于生產生活實踐中，提高學生的社會責任感。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
