《种群数量的变化》教学设计

《种群数量的变化》教学设计
一、教材分析
1、内容与地位本节内容包括两个方面：一是构建种群数量增长的数学模型以及种群数量增长的类型，二是探究培养液中酵母菌种群数量的变化。

本章是教材首次向学生介绍有关生态学的知识，是后面学习群落和生态系统知识的基础和前哨，而本节内容又是其中的重点和难点，知识点较多而且较难。

在教学深度的把握上应定位在让学生尝试去构建种群增长的数学模型，理解有关专业术语，并用数学模型（数学公式和坐标曲线图）解释种群数量的变化，语言力求形象生动，避免不适当的扩展。

二、学情分析
高二学生对数学模型的概念并不陌生，在学习生物学其他内容时，学生已对运用数学解决生物学中的问题有了一定的认识，例如，对遗传规律的认识。

因此，本节是在学生已有知识的基础上，重新建构新的知识──建构揭示生物学规律的数学模型。

三、教学重难点、重点
尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。

难点建构种群增长的数学模型。

四、教学设计思路
高中学生对数学模型的概念并不陌生，在学习生物学其他内容时，学生已对运用数学解决生物学中的问题有了一定的认识，例如，对遗传规律的认识。

因此，本节是在学生已有知识的基础上，重新建构新的知识──建构揭示生物学规律的数学模型。

本节的引入有两种思路：一是按照教材的编排顺序进行，即以“问题探讨”引入，然后逐步展开教学，将本节的探究活动作为验证性实验活动；二是将本节的探究活动作为研究性学习内容，事先布置，让学生（或部分学生）在课外完成。

从学生在活动中产生的问题或体验引入，结合教材中的“问题探讨”和“建构种群增长模型的方法”，讨论相关内容，展开教学。

现以第一种思路为例说明，本节共2课时。

第一课时的教学应当遵循具体→抽象→再具体→再抽象……循环上升的轨迹。

1.具体。

教师以“问题探讨”引入，由于学生已有相关的数学知识，不难回答问题。

教师应启发学生思考：得出的数学公式有何生物学意义（说明细菌数量增长具有哪些性质）？
2.抽象。

进一步让学生讨论：细菌的数量增长模型是怎样建构的？数学模型的表现形式有哪些？由此，总结出建构种群增长模型的方法。

3.再具体。

联系实例说明种群增长的两种数学模型。

4.再抽象。

结合细菌的数量增长模型，得出种群数量增长的“J型”数学模型；结合实例讨论“K”值。

5.进一步回到具体。

讨论数学模型的生物学意义（说明“J型”和“S 型”增长的生物学意义），列举实例。

6.进一步抽象。

总结用数学模型揭示生物学现象与规律的意义。

在教学中，教师要引导学生对问题作深入的思考，启发学生从现象揭示出本质和规律，使学生认同运用恰当的数学模型能够较好地表达某些生物学规律。

一定要避免从数学到数学，为计算而计算的教学。

第二课时为探究活动：培养液中酵母菌种群数量的变化。

由于该探究活动需要较长的时间（连续观察7 d），因此，活动的管理是教学的难点。

教师要在制定计划、同伴的合作、记录实验数据等方面给予必要的提示。

五、教学过程（第一课时）
学生活动教师的组织和引导教学意图
学生基于已有的数学知识进行演算。

播放细菌分裂的录像或演示细菌分裂的计算机模
拟动画。

提示：在自然界中细菌无处不在，有些细菌的大量
繁殖会导致疾病。

假如现有一种细菌，在适宜的温度、湿
度等环境下，每20 min左右通过分裂繁殖一代。

引导学生思考：
1.细菌的生殖方式是怎样的？
2.72 h后，由一个细菌分裂产生的后代数量是多
少？
3.n代细菌数量是多少？
通过创设具体
的情境，让学生感受
活生生的生命现象。

认识细菌种群
数量增长的数学规
律。

学生讨论，充分陈述自己的观点。

提出问题，组织讨论：
1.对细菌种群数量增长而言，在什么情况下2n公
式成立？
2.这个公式揭示了细菌种群数量增长的什么规
律？
3.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。

提示：数学工具在生物学研究中的作用越来越突
出。

用数学语言揭
示生物学问题时，要
充分考虑到生物学自
身的特点。

认识到在生物
学中有许多现象和规
律可以用数学语言来
表示。

学生独立操作完成图表，相互交流结果。

请学生算出一个细菌产生的后代在不同时间的数
量，并填写教材中的表格，然后画出细菌的种群数量增长
曲线。

认识种群数
量增长模型的另一种
表现形式。

提示：这是在理想条件下对细菌种群数量的推测。

引导学生讨论，同数学公式相比，曲线图表示的模
型有什么局限性？
小结：在描述、解释和预测种群数量的变化时，常常需要建立数学模型。

数学模型的表现形式可以为公
式、图表等。

学生讨论建立“培养液中酵母菌种群数量的数学模型”的方案：程序和方法。

提出问题，组织讨论：如何建立“培养液中酵母
菌种群数量的数学模型”，我们应该怎么做？
结合本节的
探究实验，认识建立
种群增长模型的程序
和方法。

学生讨论：
1.野兔种群增长的原因
有哪些？
2.怎样用数学语言来描
述野兔种群增长的规律？
3.如果用N0表示野兔种群的起始数量，用λ表示野兔种群数量每年的增长倍数，用Nt表示t年后野兔种群的数量，那么，Nt为多少？
4.根据上述素材，估算1869年时，野兔种群数量为多少？（说明计算方法）
5.列举在自然界中还有哪些与素材中野兔种群数量增长相类似的情况。

提出问题，组织讨论：以上讨论的是在实验条件下
种群的数量变化，在自然界中种群的数量变化情况如何？
提供素材：《光明日报》消息
澳大利亚野兔成灾。

估计在这片国土上生长着6亿
只野兔，它们与牛羊争牧草，啃树皮，造成大批树木死亡，
破坏植被导致水土流失，专家计算，这些野兔每年至少造
成1亿美元的财产损失。

兔群繁殖之快，数量之多足以对
澳洲的生态平衡产生威胁。

澳洲本来没有兔子，1859年，一个叫托马斯·奥斯
汀的英国人来澳定居，带来了24只野兔，放养在他的庄
园里，供他打猎取乐。

奥斯汀绝对没有想到，一个世纪之
后，这24只野兔的后代达到6亿只之多。

（有条件的学
校，教师可播放澳大利亚野兔成灾的录像片。

）
通过具体实例，
加深对数学模型的理
解，并用数学语言解
释种群数量增长的规
律。

明确“J”型种
群增长的原因。

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。

该种群数量增长的数学模型可表示为“J”
型曲线，或数学公式：
N t=N Oλt
学生思考：有哪些因素制约着种群数量的增长？
学生讨论。

如果自然界的生物种群都是以“J”型方式增长，
地球早就无法承受了。

呈现高斯实验（有条件的学校可将高斯实验用计算
机模拟技术呈现出来）。

提出讨论题：
1.你认为高斯得出种群经过一定时间的增长后，呈
“S”型曲线的原因是什么？
2.在高斯实验的基础上，如果要进一步搞清是空间
的限制，还是资源（食物）的限制，该如何进行实验设计？
3.如何理解K值的前提条件“在环境条件不受破坏
的情况下”？请举例说明。

从资源和空间
上思考种群增长问
题。

用生物学语言
解释“S”型曲线（数
学模型）。

培养实验设计
能力。

学生讨论教材中“思考与讨论”素材。

小结：经过一定时间，在各种因素的作用下，种
群数量增长会趋于稳定，呈“S”型曲线。

在环境条件不
受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称
为“环境容纳量──K值”。

理解K值，并解
释和说明实际问题。

学生讨论教材中东亚飞蝗种群数量的波动。

讨论影响种群数量波动的因素。

提出问题：在自然界中，种群数量是否总能稳定
在K值？为什么？
从多因素思
考种群数量的变化？
总结：从具体的生物现象与规律建立抽象的数学
模型，又用抽象的数学模型来解释具体的生物学现象与规
律，这是学习本节的要旨。

把握学习方法
要旨。

六、教学反思
《种群数量的变化》这节内容可以分为三个部分：第一部分时间够种群增长模型的方法，第二部分是种群数量的变化情况，包括种群增长的J型曲线、种群的S型曲线、种群数量的波动和下降，第三部分是探究——培养液中酵母菌种群数量的变化。

本节课着重是讨论前两个内容。

建立数学模型的方法是本模块科学方法教育的侧重点，在建立模型的方法上，我是从一种细菌的繁殖问题出发，与学生一起探讨种群数量的变化特点，启发学生用数学方法表达，归纳出建构种群增长模型的方法，并很自然地从一种细菌推广到其他生物的数量增长的方法。

然后对建构数学模型的方法进行总结：观察对象--合理假设--数学表达--检验修正。

从学生对细菌繁殖的分析中，又拿出生态学家高斯的培养草履虫实验的结果，让学生分析其中的原因。

引出两种种群数
量变化的模型，并讨论：是什么原因导致曲线不同？具体什么条件下就有“S”曲线？为什么有K值？学完了两个增长模型后，举例让学生思考两个海岛上引种得到的不同结果的原因，其中一个是环颈雉的引种，一个是绵羊的引种。

让他们用刚才所学的知识对这两个种群的数量变化进行分析，帮助学生进一步巩固所学知识，紧接着设计表格，让学生总结比较J型曲线、S型曲线的不同点，再次巩固。

接下来通过对“我国30年间蝗虫数量变化”、“南半球鲸鱼捕获量在下降”这两个实例的分析，引出种群数量变化的另外两个类型：波动和下降。

最后联系生活：通过对“城市鼠害的控制”“保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平”这两个与我们生活密切相关的例子的探究，引出研究种群数量变化的意义。

所以从本节课的教学上，我认为教学设计是很好的，符合新课程理念，通过教师的组织和引导，一环套一环，层层深入，将学生一步一步地带入到教学当中，也充分体现了学生的主体性。

课堂气氛也很活跃。

不足之处就是自己的语言不够精炼，表述上有点混乱，要注意过渡自然，这是我在今后的教学中所要追求的最大目标。