高二生物教案：《種群數(shù)量的變化》優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計(jì)（一）

　　一、教材分析

　　“種群數(shù)量的變化”位于高中生物人教版必修Ⅲ第四章第二節(jié)，它是第一節(jié)“種群的特征”的延續(xù)。種群數(shù)量的變化直接影響種群的密度，同時(shí)從食物鏈或食物網(wǎng)的角度來(lái)分析，某種生物種群數(shù)量的改變，也會(huì)很大程度地影響到某些群落甚至某些生物圈中其他生物種群數(shù)量的變化，因此，本節(jié)內(nèi)容不僅在本章中具有承上啟下的作用，對(duì)于人與自然的可持續(xù)發(fā)展及生物和環(huán)境的和諧發(fā)展具有極其重要的指導(dǎo)作用。

　　新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)的規(guī)定是“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”，依據(jù)此規(guī)定我確定了本節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)有兩個(gè)：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用生物數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型和對(duì)“J”型、“S”型增長(zhǎng)曲線的分析及實(shí)際應(yīng)用。數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)過(guò)程正是學(xué)生思考分析生物現(xiàn)象的過(guò)程，學(xué)生通過(guò)細(xì)菌種群數(shù)量變化描述方法的探討，在腦海中即滲透了模型構(gòu)建的過(guò)程；大自然的生物不會(huì)像“問(wèn)題探討”中的細(xì)菌那樣無(wú)節(jié)制的繁殖，它會(huì)受到環(huán)境阻力而呈“S”型曲線增長(zhǎng)，及時(shí)分析“J”型、“S”型增長(zhǎng)曲線特點(diǎn)，能夠拯救瀕危物種、降低外來(lái)物種對(duì)本地物種的侵害、保護(hù)野生生物資源等，是生態(tài)保護(hù)的風(fēng)向標(biāo)，因此，分析總結(jié)“J”型、“S”型增長(zhǎng)曲線產(chǎn)生的條件、自身特點(diǎn)和應(yīng)用是本節(jié)課的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。“知識(shí)成就文明”，種群數(shù)量的變化除了增長(zhǎng)外，還存在波動(dòng)和下降等其他形式，本節(jié)最后分析了影響種群數(shù)量變化的各種因素，意在培養(yǎng)學(xué)生“愛護(hù)環(huán)境，人人有責(zé)”的意識(shí)，要學(xué)生愛惜生物資源，關(guān)注資源的利用，實(shí)現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。

　　二、學(xué)情分析

　　高二學(xué)生具有數(shù)學(xué)坐標(biāo)系的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，在生物數(shù)據(jù)的支撐下，構(gòu)建種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型不會(huì)有困難，但是對(duì)模型的生物學(xué)意義及應(yīng)用可能有一定的障礙。

　　三、教學(xué)目標(biāo)

　　知識(shí)目標(biāo)  1、說(shuō)明建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法。

　　2、會(huì)用“J”型、“S”型增長(zhǎng)曲線解釋種群數(shù)量的變化。

　　能力目標(biāo)  建立用數(shù)學(xué)模型解釋生物現(xiàn)象的思想，初步學(xué)會(huì)使用數(shù)學(xué)模型解釋生物現(xiàn)象。

　　情感態(tài)度和價(jià)值觀  培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響，深刻認(rèn)識(shí)人與自然和諧發(fā)展的重要意義，樹立人與自然的可持續(xù)發(fā)展的觀念。

　　四、教學(xué)重難點(diǎn)

　　教學(xué)重點(diǎn)  構(gòu)建種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型

　　教學(xué)難點(diǎn)  用“J”型、“S”型增長(zhǎng)曲線的特點(diǎn)解釋生物現(xiàn)象

　　五、教學(xué)方法

　　講授法、小組討論法

　　六、教學(xué)過(guò)程

　　新課導(dǎo)入

　　師：【展示】PPT播放兩張圖片：密密麻麻的水葫蘆、瀕危物種大熊貓。

　　以上兩張圖片與我們今天要講的種群數(shù)量的變化密切相關(guān)，如何有效地控制水葫蘆的瘋長(zhǎng)？如何更好的保護(hù)大熊貓？帶著這些問(wèn)題我們來(lái)共同學(xué)習(xí)《種群數(shù)量的變化》。

　　自主學(xué)習(xí)

　　師：首先，請(qǐng)大家自主研習(xí)【問(wèn)題探討】：

　　在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過(guò)分裂繁殖一代。

　　請(qǐng)你算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間（單位為min）的數(shù)量，填入下表。

　　推導(dǎo)出細(xì)菌增長(zhǎng)的計(jì)算公式：2n （n代表“代”）

　　師：根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，然后以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌的種群增長(zhǎng)曲線。（在學(xué)生計(jì)算數(shù)據(jù)的同時(shí)將模型構(gòu)建的過(guò)程滲入他們的思維中）

　　學(xué)生行為：獨(dú)立思考、計(jì)算，并把結(jié)果填在表格里

　　細(xì)菌數(shù)量/個(gè)

　　《種群數(shù)量的變化》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　以上兩種形式相比，我們可以看出數(shù)學(xué)表達(dá)式能夠準(zhǔn)確地表示細(xì)菌種群的數(shù)量變，曲線圖能夠清晰、直觀地描述細(xì)菌種群數(shù)量變化趨勢(shì)。

　　合作探究

　　師：【思考】假設(shè)：某（例如細(xì)菌）種群的起始數(shù)量為No ，每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年是第一年的λ倍；t年后該種群的數(shù)量用Nt表示。我們能否推導(dǎo)出一個(gè)反映一般種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式呢？

　　學(xué)生：建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)方程式即 Nt = No * λt

　　《種群數(shù)量的變化》教學(xué)設(shè)計(jì) 師：上述數(shù)學(xué)表達(dá)式的前提是“每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)”，意味著該種群生活在的食物、空間充裕，沒有敵害、氣候適宜等一系列好的環(huán)境，那么現(xiàn)實(shí)生活中有相似的情況嗎？

　　學(xué)生：有，1859年一位英國(guó)人帶來(lái)24只野兔到澳大利亞定居，一個(gè)世紀(jì)以后，這24只野兔的后代竟達(dá)到了6億只以上；

　　美國(guó)的環(huán)頸雉在1937——1942年期間種群數(shù)量的增長(zhǎng)曲線。（如右圖）

　　師：（小結(jié)）通過(guò)上述兩個(gè)實(shí)例可以看出，自然界確有類似細(xì)菌在理想條件下種群數(shù)量增長(zhǎng)的形式，如果以時(shí)間在橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來(lái)表示，曲線則大致呈“J”型，我們稱為種群增長(zhǎng)的“J”型曲線。

　　現(xiàn)實(shí)的例子是支持我們的假設(shè)了，即說(shuō)明假設(shè)是正確的。這樣我們就可以把得到的數(shù)學(xué)表達(dá)式或曲線圖叫做描述種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。

　　讓我們總結(jié)一下構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的過(guò)程：

　　《種群數(shù)量的變化》教學(xué)設(shè)計(jì)觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題

　　《種群數(shù)量的變化》教學(xué)設(shè)計(jì)提出合理的假設(shè)

　　《種群數(shù)量的變化》教學(xué)設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)

　　通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正

　　師：【展示】生態(tài)學(xué)家高斯及其大草履蟲種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線實(shí)驗(yàn)圖片

　　高斯曾做過(guò)培養(yǎng)大草履蟲實(shí)驗(yàn)：在0.5ml培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到了剛才的曲線圖。

　　【思考】

　　①“S”增長(zhǎng)曲線與“J”型增長(zhǎng)曲線有什么不同呢？

　　學(xué)生：“S”增長(zhǎng)曲線先急速上升，然后緩慢上升，最后達(dá)到K值

　　②“S”增長(zhǎng)曲線產(chǎn)生的條件是什么？

　　學(xué)生：環(huán)境資源有限

　　③如何理解K值？

　　學(xué)生：環(huán)境容納量，即一定環(huán)境中所能承受的最大數(shù)量。

　　師：（小結(jié)）自然界的資源和空間總是有限的，當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)加劇，以該種群為食的動(dòng)物的數(shù)量也會(huì)增加，這就會(huì)使種群的出生率降低，死亡率增高。當(dāng)死亡率增加到與出生率相等時(shí)，種群的增長(zhǎng)就會(huì)停止，有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平。

　　課堂展示

　　師：自然界中，很多種群的數(shù)量都難以維持穩(wěn)定，更多情況下會(huì)處在波動(dòng)中。

　　【思考】引起種群數(shù)量波動(dòng)的因素有哪些？

　　學(xué)生：很多，如氣候、食物、天敵、傳染病等不利因素，有時(shí)種群數(shù)量還會(huì)急劇下降甚至消亡。

　　師：同學(xué)們，我們研究種群數(shù)量的變化，目的在于為生產(chǎn)、生活實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

　　【討論】

　　①         你能提出一些保護(hù)東北虎、大熊貓等瀕危動(dòng)物的措施嗎？

　　學(xué)生：建立自然保護(hù)區(qū)，增加K值；禁止人類捕殺等。

　　②         面對(duì)一些害蟲，如東亞飛蝗、家鼠，我們?cè)撊绾慰刂疲?br />
　　學(xué)生：破壞生存環(huán)境，降低K值；及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)消滅等。

　　師：同學(xué)們說(shuō)的非常好，現(xiàn)在，隨著人口的增長(zhǎng)，科技水平的提高，人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，人類活動(dòng)對(duì)自然界種群數(shù)量變化的影響越來(lái)越大，有時(shí)甚至成為決定性的因素。例如，2007年8月，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)發(fā)表中、美、英、得、日、瑞士六國(guó)科學(xué)家的“2006長(zhǎng)江豚類考察”報(bào)告指出：專家們認(rèn)為白鰭豚已經(jīng)滅絕。

　　研究種群的變化規(guī)律以及影響種群數(shù)量變化的因素，對(duì)于有害動(dòng)物的防治、野生生物資源的保護(hù)和利用，以及瀕危動(dòng)物種群的拯救和恢復(fù)，都有著重要意義。,

　　當(dāng)堂檢測(cè)

　　同步導(dǎo)學(xué)案上的習(xí)題

　　課堂總結(jié)

　　1、  課后練習(xí), 建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法——數(shù)學(xué)表達(dá)式、曲線圖法

　　2、“J”型增長(zhǎng)曲線和“S”型增長(zhǎng)曲線的比較

　　板書設(shè)計(jì)

　　一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法

　　二、“J”型增長(zhǎng)曲線

　　1、  前提條件：環(huán)境資源無(wú)限

　　2、  數(shù)學(xué)表達(dá)式：Nt = No * λt

　　3、  曲線圖：

　　三、“S”增長(zhǎng)曲線

　　1、前提條件：環(huán)境資源有限

　　2、曲線圖：

　　四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降

　　五、研究種群數(shù)量變化的意義

　　課后作業(yè)

　　配套練習(xí)《課時(shí)練》P56,

　　七、教學(xué)反思：

　　生物學(xué)是一門應(yīng)用科學(xué)。本節(jié)課以建構(gòu)數(shù)學(xué)模型為主線，以細(xì)菌繁殖為例，啟發(fā)學(xué)生用數(shù)學(xué)表達(dá)式法和曲線圖法構(gòu)建出該種群的增長(zhǎng)模型，然后用澳大利亞野兔和美國(guó)環(huán)頸雉兩個(gè)事例支撐構(gòu)建模型過(guò)程的正確性，得到建構(gòu)模型的一般步驟：觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題——提出合理的假設(shè)——根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)——通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正。在細(xì)菌實(shí)例的基礎(chǔ)上，我又以生態(tài)學(xué)家高斯培養(yǎng)大草履蟲為例，讓學(xué)生嘗試分析“S”型增長(zhǎng)曲線圖，如““S”增長(zhǎng)曲線與“J”型增長(zhǎng)曲線有什么不同呢？“S”增長(zhǎng)曲線產(chǎn)生的條件是什么？如何理解K值？”然后總結(jié)對(duì)比“J”型增長(zhǎng)曲線和“S”型增長(zhǎng)曲線的不同點(diǎn)。“理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)”，學(xué)生學(xué)習(xí)了這兩種增長(zhǎng)曲線后要能對(duì)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象進(jìn)行解釋和解決，所以我提出兩個(gè)問(wèn)題：你能提出一些保護(hù)東北虎、大熊貓等瀕危動(dòng)物的措施嗎？面對(duì)一些害蟲，如東亞飛蝗、家鼠，我們?cè)撊绾慰刂疲孔匀唤缰械姆N群數(shù)量不是一直上升的，它也會(huì)下降和波動(dòng)，由此我提出了“引起種群數(shù)量波動(dòng)的因素有哪些？人類活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化有什么影響？”，讓學(xué)生看到生物數(shù)量在大量地銳減，人類活動(dòng)嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，這樣學(xué)生勢(shì)必會(huì)聯(lián)想到環(huán)保的重要性，在日常生活中會(huì)從小事做起，關(guān)注資源的利用，關(guān)注環(huán)境的變化，關(guān)注人類活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。

　　本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)符合新課程理念的標(biāo)準(zhǔn)要求，過(guò)渡時(shí)遵循高二學(xué)生的思維特點(diǎn)層層深入，有的放矢，將學(xué)生一步一步地帶入了課堂中，充分挖掘了學(xué)生的主動(dòng)性，體現(xiàn)了“學(xué)生為主，教師為輔”的思想；不足之處就是未能及時(shí)關(guān)注后進(jìn)生，這是我今后努力的方向。