1、种群数量的变化教学设计一、 指导思想北师大肖川教授认为：“从学科角度讲，要为素养而教，学科及其教学是为学生素养服务的，而不是为学科而教，把教学局限于狭隘的学科本位中，过分的注重本学科的知识与内容，任务和要求，这样讲十分不利于培养视野开阔、才思敏捷并具有丰富文化素养和哲学气质的人才。”生物学核心素养的形成不是自然形成的，而是以生物知识为载体，通过具有针对性的有效课堂教学逐步培育的。 美国国家科学教育标准把模型和科学事实、概念、原理、理论并列为科学主题的重点，在我国高中生物课程标准中也把模型建构作为极为重要的研究方法收纳入了高中生物教学实践之中，其中数学模型是常见的模型方法之一二、教材分析种群数量
2、的变化是人教版高中生物必修3第四章第2节的内容，本节课分为2个课时，第一课时的内容分别是“建构种群增长模型的方法”、“种群增长的J型曲线”、“种群增长的S型曲线”、 “种群数量的波动和下降”，第二课时的内容“培养液中酵母菌种群数量的变化”探究实验。本节课为第一课时。本节课重点研究种群数量的变化，与种群的特征介绍最基本的特征种群密度是密不可分的，同时种群数量的变化与种群所生存的环境条件，如天敌、食物等有着很大的关系，因而为第3节群落的特征和第五章生态系统的引出作了铺垫。本节最后分析了影响种群数量变化的各种因素，意在培养学生的环境保护及正确的资源利用意识。提高学生的社会责任感，养成正确的生命观念。
3、三、学情分析本课的学习主要是以探究构建数学模型为主，因此需要学生有一定的数学功底。本册为高中必修3第4章的内容，对象是高二或高三学生，他们具有一定的数学能力，对这样的数学模型构建来说还是较有能力能够把握的，最多需要一些小小的提示。因此，可以让学生进行小组探讨活动，而不用为他们讲解太多。对于种群数量变化的几种形式则较易于理解。同时，也需要学生对上一节课的知识掌握比较充分，才有利于这节课的进行。四、教学目标知识目标：1.说明建构种群增长模型的方法。（理解水平）2.解释种群数量增长的类型和成立条件。（理解水平）情感态度价值观目标：1.关注人类活动对生物的影响（认同水平）2.确立生物与环境之间的相互影
4、响的生物学观念（领悟水平）能力目标：1、通过讨论细菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型（模仿水平）2、运用数学模型解释种群数量的变化（独立操作水平）五、重难点重点：尝试建构种群增长的“J”型、“S”型数学模型，解释种群数量增长的类型和成立条件，并据此解释实际生活中的种群数量变化的实际问题难点：研究种群数量的方法建立数学模型六、教学过程（一）导言以俄罗斯境内爆发的蝗虫视频资料为切入点，提出问题：蝗虫种群数量是如何变化的？导致蝗虫爆发的原因是什么？如果防治蝗虫？从而引出本节课设计意图：以与生活和农业生产息息相关的实例引入，通过视频的视觉效果，学生一方面关注了种群数量的变化，一方面关注蝗虫防
5、治的方法，激发学生的学习兴趣和解决实际问题的愿望。（二）新课活动一：建立种群增长的数学模型情境一：以问题探讨中细菌增长为情境引入：科学家通过大量的观察发现，细菌主要以二分裂的方式进行繁殖，且在条件适宜时，每20分钟分裂一次,根据此情境完成以下问题：1.完善表格并根据表中数据以时间为横轴，以细菌数量为纵轴绘制曲线时间(min)020406080100120140160代数（n）012345678细菌个数（N）1248163264128256 2.观察上述表格中的数据，细菌个数（N）与代数（n）之间的关系是_ N=2n 追问：2代表什么含义？3.72小时后，一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？4.若
6、把起始细菌数量增加到5，则公式该有什么变化? 曲线有什么变化？5.在一个培养基中，细菌的数量会按照上述公式一直增长吗？为什么？如何验证你的观点？情境二：生态学家高斯做了类似的实验生态学家高斯曾经做过这样一个实验：在0.5ml培养液中，放入5个大草履虫，然后每隔24小时，统计一次草履虫的数量，经过反复实验，得出了如下表的数据和如图所示的曲线。时间（天）1234567数量550110290375375376总结：得出建构数学模型的方法第一步：观察现象，提出问题：这是建立数学模型的基础，在这一基础上运用数学方法将生物学问题转化为数学问题第二步：提出合理的假设：这是数学模型成立的前提条件，假设不同，所
7、建立的模型也不同第三步：运用数学语言进行表达：形式有公式、曲线等第四步：对模型进行检验和修正。由于生物现象的复杂性和不确定性，需要通过大量的实验和观察，对模型进行检验和修正。例如S型曲线的得出就是对种群数量增长的修正过程。设计意图：本节课内容，在课程标准的内容标准中的要求是“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”，属于能力目标的模仿水平和知识目标的理解水平，要求层次很高，这就要求教师在处理这部分内容时，即不能脱离生物现象单纯研究数学问题，也不能完全抛开数学模型只讲生物知识，所以在研究种群数量变化之前，必需先让学生理解研究方法，掌握研究方法之后再研究数量变化的规律，比较符合学生的认知水平。教材中以
8、细菌的种群增长为例介绍了建构数学模型的方法，在教学中如果按部就班地按照教材呈现的方式和顺序进行难免重复，这样浪费了大量的时间，也不利于学生兴趣的激发，所以教师可以对教材的资源进行调整，以适应自己的教学，从而突破教学难点。活动二：分析种群数量增长的规律PPT展示以下问题，学生讨论，研究1.J型曲线的变化趋势是？有无K值？J型曲线形成的原因是什么？2.描述S型曲线并分析S型曲线形成的原因？（1）分析B点和D点出生率和死亡率的关系？（2）AB段数量增长慢的原因？（3）种群数量增长最快的是哪一段？（4）CD变慢的可能原因是什么？3.如果我把两条曲线放到同一个坐标系中，阴影部分所代表的含义是什么？设计意
9、图：解释种群数量增长的类型和成立条件是本节课的一个重点内容，以上问题设置是从曲线分析入手，通过问题引导，得出J型曲线和S型曲线成立的条件，水到渠成，符合学生认知规律。活动三：分析J型曲线和S型曲线的增长率和增长速率学生讨论以下问题：并绘制增长率和增长速率曲线1.根据导学案中给出的增长率和增长速率的公式，绘制J型曲线增长率和增长速率随时间变化的曲线，根据高斯实验结果绘制S型曲线增长率和增长速率的曲线注：=现有个数/原来个数 增长率=出生率-死亡率=（现有个数-原来个数）/原来个数 增长速率=（现有个数-原来个数）/时间 ，即曲线的斜率 高斯实验的结果时间（天）1234567数量550110290
10、3753753762.分析当1 =1 01时种群数量如何变化？3. 分析K值时、大于K/2、小于K/2时种群的年龄组成设计意图：模型教学应该避免学生纠结与数学问题，而忽略了生物学问题。通常在本节课教学时，通过建构数学模型得出了种群数量增长的J型曲线和S型曲线，之后要进行两条曲线增长率和增长速率的分析，这个时候学生往往会把重点放在如何绘制曲线，多数学生会对曲线求导，浪费了大量的时间，还没有完成生物学的分析。所以在此处教学时，可以采取这样的策略：给出三个计算公式，学生根据公式绘制J型曲线的增长率和增长速率，学生很容易得出结果。然后出示高斯的实验数据，再结合公式进行计算，即可得出S型曲线的增长率和增
11、长速率的曲线。然后再分析和K值，这样很容易得出规律。活动四：S型曲线在生产实践中的应用通过活动三得到的S型曲线的增长速率曲线分析以下问题：1.分析大熊猫频临灭绝的原因，有效的保护措施是什么？2.捕鱼时在哪点捕捞可以获得单次最大捕捞量，如果持续捕鱼最好在哪点捕？3.老鼠的防治在哪点最好？可以采取哪些防治措施？4.能否使东亚飞蝗彻底消灭以绝后患？设计意图：学以致用是学生学习本节内容后的一个提升，这时先把课前导言视频中的蝗虫防治问题提出来，可以达到首尾呼应的效果七、教学反思：基于生物学科核心素养，本节课旨在利用科学家研究种群数量变化的过程，调动学生的理性思维，建构数学模型，解决种群数量增长与空间、食物之间的关系的问题，同时应用于生产生活实践中，提高学生的社会责任感。