1、高中生物种群密度及其调查方法教学设计【教学目标】知识目标：1、正确地解释种群的概念、种群密度的概念。 2、说出种群密度调查的现实意义。 3、了解种群密度调查的基本方法：逐个计数法、样方法、标志重捕法。能力目标：1、能够在新情境下正确选择应用逐个计数法、样方法、标志重捕法分析或解决问题。 2、模拟样方法和标志重捕法的过程，尝试分析调查过程中减少误差的方法。情感目标：1、关注种群密度相关知识在生产生活中的应用。 2、通过模拟实验，体验科学研究的过程。 3、通过问题解决，提高科学探究能力。【教学重点】种群的概念、样方法和标志重捕法的原理和操作过程。【教学难点】进行样方法和标志重捕法时减少误差的方法。
2、【设计思路】本节为高中生物生态学部分学习的第一节，是学生从细胞水平到个体水平认识生命及生命现象到种群、群落、生态系统等宏观层面学习生物学的衔接点。因此，做好知识的衔接是课程引入的关键。可以选择一个贴近生活实际的例子，让学生感受到个体到群体的不同，从而激发学习兴趣，进入新的学习情境。在对种群概念的理解上，最有效的方法就是进行举例说明，一方面给出范例，另一方面给出错误的例子让学生辨析，在辨明真伪命题的过程中，掌握种群的概念。对于种群密度的调查意义，以教师讲解为主，通过生产生活中的一些例子，让学生体会进行种群密度调查的重要性。样方法和标志重捕法的原理和操作过程是本节的重点，为了更好地建构知识，让学生
3、在动手中体会过程，在解决问题中学会思考和深入理解原理，是最好的方法。设置一定的情境，让学生主动思考，如何进行种群密度的调查。逐个计数法较为直观，学生容易想到，而样方法和标志重捕法的引入则需要通过一定问题的设置来进行。“调查一片草地上蒲公英的种群密度”就是对逐个计数的挑战，学生需要思考解决的方案，“以部分代表整体”也是容易想到的解决方法。在肯定学生的问题解决思路后，可以让学生通过模拟实验，体会样方法的进行过程，并且尝试分析调查过程中减少误差的方法，让学生在动手中发现新问题，在思考中锻炼解决问题的能力。从样方法到标志重捕法的过度，同样需要设置一定的矛盾，“调查一片森林里灰喜鹊的种群密度”的任务就能
4、让学生直观地感受到样方法的局限性何在，当矛盾出现，再引导学生探讨得出解决方案，即标志重捕法。同样让学生通过模拟活动来体会标志重捕法的过程，而作为操作难度较大的调查方法，学生在活动中会遇到更多的问题，怎样解决这些问题，能够激发学生的学习热情和潜能，及时地组织讨论和总结，能够深化学生所学的知识，并进一步内化为科学探究能力的提高。【活动安排】模拟样方法和标志重捕法进行种群密度调查【教学模式】小组合作探究、师生共同解决【课时安排】45分钟【内容要点（板书设计）】第四章 种群第一节 种群的特征一、 数量特征（一）种群密度 1、种群密度的概念 2、种群密度调查的意义 3、种群密度调查的方法逐个计数法种群密
5、度=种群个体数量/体积或面积 样方法 标志重捕法 N = Mn / m【教学过程】主题时间具体过程设计意图引入 3过去的一段时间，我们学习了植物和动物对生命活动的调节，这些内容都是从生物个体的角度来讨论的，然而，在地球上，每个“个体”总要生活在一定的“群体”当中，当我们站在“群体”的角度来看待生命，就会发现许多新的值得研究的问题。先请大家看一组与人类群体有关的标语：1、 这些标语的主题是什么？2、 为什么要实行计划生育？如果不实行计划生育会有什么样的后果？这些问题是我们仅从个体的角度出发来考虑所无法解决的，因此，从这节课开始，我们将从更为宏观的角度，从群体的角度来学习生物学。“人口”，特指人类
6、的群体，在生物学研究中，我们还要研究更多的生物群体，所以我们用“种群”这个概念来描述我们所要研究对象。建立从个体到群体的生物学层次。从思考身边的问题打开思路，理解为什么要从群体的角度来学习生物学。种群的概念 5阅读课本63页导言部分，回答：种群的概念是什么？这个概念有4个要素：一定空间、一定时间、同一物种、个体的集合。（出示图片：池塘中的各种鱼群。）根据这个概念，我们可以说：一个池塘里的全部鲤鱼是一个种群。那我们可以说一个池塘里的某一条鲤鱼是一个种群吗？一个池塘里的全部鱼是一个种群吗？我们还能举出更多的关于种群的例子吗？通过这些例子，大家应该都能理解种群的概念了，这是我们学习种群这一章所要解决
7、的第一个问题。通过实例辨析，理解种群的概念。通过举例，掌握种群的概念。种群密度的概念2既然种群是一个群体的概念，那么它必然有一些区别于个体的特征，接下来，我们就来研究种群的特征。（展示照片：两片水域的局部照片。）如果让你选择，你愿意选择哪片水域进行捕捞作业？为什么？生物学上我们把单位空间或单位面积内种群的个体数量叫做种群密度。种群密度是种群的一个非常重要的数量特征。种群密度是指：某个种群在单位空间或单位面积内的个体数量。（p65）根据种群密度的定义，怎么计算种群的密度？种群密度=种群个体数量/体积或面积。通过实例，理解种群密度的概念及计算公式种群密度调查的意义 3在生产生活中，其实不仅在捕捞地
8、点的选择上我们可以依据种群密度的大小，在确定捕捞时间、捕捞数量时，我们仍然把种群密度的大小作为重要的参考依据。此外，在虫灾的预测预测预报，以及动物保护工作中，种群密度的大小也是关键的参考依据。因此，对种群密度进行调查具有重要的意义。通过实例介绍种群密度调查的意义。种群密度的调查方法（样方法）15那么我们应该怎样进行种群密度的调查呢？根据种群密度的定义，要计算种群的密度，首先要统计出种群的个体数量。那么，怎么统计种群的个体数量呢？最直接、最准确的方法是逐个计数法，通过逐个计数，统计种群中个体的总数。例如，我们可以用逐个计数法统计北京动物园熊猫馆里熊猫的数量。逐个计数法的优点是准确度高，但是在很多
9、情况下，我们会发现逐个计数法存在一些缺点（工作量太大。）这时我们应该怎么办？在对调查结果不要求十分精确的情况下，我们可以调查其中一部分空间的密度，用来估算整个种群的密度。这种方法称为“样方法”。我们可以在要调查的草地上划定一块“样方”，计数这个样方里的个体数量，从而求得这个样方的密度。下面我们模拟一下样方法进行种群数量调查的过程。介绍实验材料：塑料托盘，代表一片草地，塑料托盘的长和宽分别是32cm和10cm，比例尺1：100，青豆和黄豆代表这片草地上生长的小草和蒲公英。我们要调查这片草地上蒲公英种群密度。老师给大家提供了小培养皿作为划定样方的工具，它的半径是3cm。大家自己思考怎么用这个小培养
10、皿？在大家动手完成模拟活动的同时，希望大家考虑这样一个问题：样方的密度，就等于整个种群的密度吗？如果不是，你要怎么做才能减小误差？（活动一：样方法调查种群密度）活动讨论：活动中有些同学把黄豆取出来数，这样做好吗？样方的密度，就等于整个种群的密度吗？你调查得出的种群密度是多少？准确答案是1棵/m2。为什么同学的结果有的误差大有的误差小？我们怎么减小误差？ 活动小结：样方法最重要的是做到“随机”和“多次”，通常我们可以用五点取样法或者等距取样法来进行随机取样，然后取平均值。逐个计数法学生一般能够想到。设置矛盾，启发学生思考解决问题的办法，引出样方法。模拟活动的设计留白，让学生参与到设计活动中来。带
11、着问题进行活动，活动的目的性更强性。让学生交流活动中获得的经验。及时小结，强化知识点。种群密度调查方法（标志重捕法）17现在老师有一个问题：所有的种群密度我们都可以用样方法来进行调查么？（展示蘑菇种群集群分布的照片只有被调查的对象分布得比较均匀的时候才能用样方法。）（展示灰喜鹊种群的照片只有被调查的对象位置相对固定的时候才能用样方法。）如果我们想调查这片树林里灰喜鹊的种群密度，怎么解决这个困难呢？这时候，我们可以采用“标志重捕法”来调查种群的密度。标志重捕法的具体操作过程是：从被调查的种群中随机捕获一部分个体，做上一定的标记，如让鸟类带上金属或塑料环志，再放回原来的环境中，经过一段时间，使被标
12、记的个体在整个种群中均匀分布，然后进行重捕，统计重捕到的动物中被标记的比例，这个比例应该与整个种群中被标记的个体比例是近似的。因此我们可以通过这个比例估算整个种群的个体数。例如：种群的个体数量为N，若第一次捕获M=30只，均带上环志，当这30只个体在整个种群中均匀分布后，进行重捕，捕获n=24只，发现其中带环志的有m=6只，由此可知，N=2430/6=120。我们可以用刚才使用过的材料来模拟标志重捕法进行种群数量调查的过程。此时，塑料托盘模拟一片树林，长、宽、高分别为32cm、19cm、5cm，青豆模拟树林里的灰喜鹊，黄豆模拟其他鸟类。操作时要由一名同学晃动托盘，模拟动物的运动，另外的同学从中
13、进行捕捉；捕捉到的个体要记号笔做好标记后，再放回托盘，混合均匀后再进行重捕，重捕时同样要模拟动物的运动。活动的过程中，请大家思考几个问题：问题1：进行重捕之前为什么要混合均匀？问题2：模拟过程中需要记录哪些数据？种群的个体数N的计算公式？问题3：怎样减小误差？（活动二：标记重捕法调查种群密度）活动讨论：1、进行重捕之前为什么要混合均匀？ 2、模拟过程中需要记录哪些数据？3、你调查得出的种群密度是多少？准确答案是0.2只/m3。有的小组的答案似乎更接近一些，跟大家分享一下你们的经验吧，你们是怎样减小误差的？活动小结：在标志重捕法的实践过程中，我们同样要尽量做到随机取样，避免加入主观因素。还可以通
14、过多次重捕的方式，多次取样，取平均值。这样我们能够得到更准确的数据。这个灰喜鹊种群的密度调查是我们在实验室的条件下进行的模拟，在整个模拟的过程中，种群的数量几乎是不发生变化的。但在实地的调查活动中，我们往往会遇到更为复杂的情况，比如在调查的过程中，可能有一些个体死亡、有一些个体出生、有一些个体离开这个区域，又有一些个体进入这个区域，如果这些因素使得种群数量发生较大的变动，那么标志重捕法就不适用了。因此，不论是样方法，还是标志重捕法，都有一定的使用范围，在生态学领域，还有很多种群密度调查的方法，这只是其中经常使用的两种。设置新矛盾，理解样方法的使用有一定条件。同时引出标志重捕法（预计此处学生遇到
15、瓶颈，灵活处理，可以学生发表意见，也可以教师讲授）。结合叙述性讲授和举例说明，让学生理解标志重捕法的原理。交代注意事项。布置模拟活动过程中的思考题。让学生交流活动中获得的经验。及时小结，强化知识点。结束语：1、理解实验室模拟与实地调查存在差异；2、理解调查方法不止这两种；3、为下节课种群的出生率、死亡率、迁出率、迁入率对种群密度的影响做铺垫。【附：探究活动记录设计】一、模拟样方法进行种群密度的调查实验材料：黄豆模拟蒲公英，青豆模拟草地上其他植物托盘模拟一片草地，长32cm，宽19cm，取样工具培养皿半径3cm （注：取3.14，比例尺为1:100）实验过程：取样次数样方中的个体数量平均值123
16、 样方的面积_ 样方的密度_ 样方中的个体数量_二、模拟标志重捕法进行种群密度的调查实验材料：托盘模拟一片森林，长32cm，宽19cm，高5cm，比例尺为1：100 黄豆模拟灰喜鹊，青豆模拟森林里的其他鸟类实验过程：设种群的个体数量为N，第一次捕获并标记M只，重捕数量为n，其中被标记的数量为m。则计算公式为：_第一次捕捉的个体M重捕次数重捕到的个体数目n重捕中被标记的个体数目m种群个体数量N平均值123 种群分布的空间体积_ 样方的密度_ 种群的个体数量_【课后反思】整体而言，这节课进行地较为顺利、流畅。预期的教学目标都能够较好的达成。课堂中与学生的交流、互动能够有效地进行。反思这节课的成功与
17、不足，以下几点经验我希望与大家分享。1、举例：不仅是教师的呈现，更应有学生的主动参与。对于种群概念的理解，虽然是一个简单的问题，但是要让学生牢固地掌握，就需要一些方法，示例、错例辨析用于教师的讲授之中，而在讲授时候让学生自己举例说明就是很重要的检验学生是否切实掌握知识的方式，同时，师生间的交流能够发现问题，及时得到解决。2、问题串：逐步深入的矛盾设置，激发学习兴趣。在介绍种群密度调查的方法时，问题串的设置，矛盾的呈现的确很好地调动了学生的学习积极性，也充分呈现了逐个计数法、样方法和标志重捕法这些方法间的区别和联系，应该说，这是比较成功的设计思路。3、模拟：动手之中体会科学精神。对于进行样方法的
18、模拟实验，学生动手的热情很高，因为这一方法是自己想出来的，都急于检验这一方法的实效性，同时，也希望通过自己的实验结果与“标准答案”的一致来证明自己的动手能力强。正是在这些因素的驱动下，学生完成得很认真，并且在进行中很注意思考。例如，对于教师提出的“在调查过程中，我们应该尽量不影响调查对象的生存状态”，不少学生能想到“模拟的是植物的密度调查，因此调查对象是不能移动的”，因此，模拟用的豆子是不能取出托盘计数的，有些学生甚至考虑到更多的细节，不用培养皿扣压，而只是轻轻倒置在豆子上面，进一步减少了对调查对象的干扰。在标志重捕法的模拟实验过程中，学生遇到了一些操作上的问题，这些问题，有些是事先预设的，有
19、些则是意料之外的“生成性”问题，但不论预设或生成，都是教师在课堂上应该充分利用和开发的资源，对于培养学生的科学探究的能力、情感都是有帮助的。例如，有的学生在捕捉样本时用培养皿“扣”住对象，但发现难以取出计数，于是他们自己更改了取样方式，用“捞”的方法来捕捉对象；又如，有学生在进行标记时，由于标记的样本过小，重捕时仅能捕捉到一两个标记过的个体，甚至重捕不到标记过的个体；再如，有的学生由于粗心大意，使得模拟用的豆子撒落，造成了较大的误差；等等。他们所面对的这些问题，在单纯的讲授方法的教学中是难以体会到的，只有此时他们才能感受到，进行科学研究，不仅仅是利用书面的原理，在进行实地研究的时候，还要考虑到
20、很多操作的细节，很多客观的影响因素，这些都是需要摸索进行、经验积累的。而当他们对这些问题进行思考并拿出一定的解决方案时，问题的解决能力又得到了很好的锻炼。4、深入探索：学生能力的提高与情感的培养。对于学生在模拟过程中遇到的问题，除了让他们自行解决之外，教师的引导和引申也是十分重要的。在标志重捕法的模拟实验中，学生遇到的问题较多，在课堂的指定时间内基本都没有计算得出种群密度的结果。但这并不意味着模拟活动不成功，而恰恰体现了模拟活动的价值：培养学生发现问题、解决问题的能力。问题的发现，是学生认知的深入过程，在这节课中，教师需要把学生发现的问题进行一定的提高。例如，第一次标记样本过小导致难以重捕的问
21、题，就充分说明了，实地调查过程会出现的问题往往在我们的理论分析中没有体现，理论计算中第一次捕获的个体数对最后结果没有影响。又如，豆子撒落的问题，在实地调查中对应于调查对象的“逃逸”（或者迁出、或者死亡），这就说明了在科学研究过程中，本身会遇到很多理论设计中难以预料到的“意外”状况，这就需要研究者设计更为巧妙的方法来解决。问题的解决，是学生能力的提高，在这节课中，教师更多地，应该扮演“组织者”的角色，对于学生发现的问题，教师无需急于告诉他们解决的方法，一方面，鼓励发现问题的学生积极思考，自行解决问题，另一方面，将发现的问题和全班同学分享，让学生的相互的讨论、启发中找到好的解决方案。5、生成性资源
22、：促进教师能力的提高。在面对这些“生成”的问题时，要能够很好地利用这些资源，和学生进行有效的交流和互动，进而提高学生的能力，我认为一方面需要教师做好充分的课前预设，对一些可能出现的问题有适当的预计，并准备好处理方案，另一方面，也受教师自身修养水平的很大影响，既包括经验知识水平，也包括临场应变的能力。例如处理学生标记样本数过少的问题，就是事先预计到会出现的，因此对于这个问题如何引导学生思考，如何利用这个问题深化情感培养，都是做好了充分的预设，在课堂上就能够流畅地进行。而在处理豆子撒落问题时，就属于生成性资源的利用了，于是紧急调用原本准备在小结中介绍的“实验室条件下调查对象的数量相对固定，而实地调查中往往会有波动”的相关内容，并做了处理转化：“这恰恰体现了实地调查中的某些情况，有些调查对象离开这个调查区域或者死亡”，较短的时间内，只进行了这样的简单应变处理，而没能更深入地进行知识拓展，这是这堂课的一点遗憾，也让我认识到今后努力的方向：一则，要努力提高自己的学科专业知识水平，横向上拓宽自己的学科知识视野，纵向上深化对专业知识的理解，二则，在教学行动中不断地提升自己的教学实践智慧，要在实践的基础上经常进行深刻的反思，在反思的基础上不断总结教训和积累经验。