2021_2022學(xué)年高中生物第四章種群和群落第2節(jié)種群數(shù)量的變化2教案新人教版必修3

1、種群數(shù)量的變化一、教材分析在課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”。該條內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)有兩層涵義：其一，“嘗試建立數(shù)學(xué)模型”屬模仿性技能目標(biāo)，旨在通過原形示范（細(xì)菌的數(shù)量增長）和具體指導(dǎo)，學(xué)生能完成建立數(shù)學(xué)模型；其二，“解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”屬理解水平的知識(shí)目標(biāo)，旨在把握數(shù)學(xué)模型（抽象）與種群的數(shù)量變動(dòng)（具體）之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。高中學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)模型的概念并不陌生，在學(xué)習(xí)生物學(xué)其他內(nèi)容時(shí)，學(xué)生已對(duì)運(yùn)用數(shù)學(xué)解決生物學(xué)中的問題有了一定的認(rèn)識(shí)，例如，對(duì)遺傳規(guī)律的認(rèn)識(shí)。因此，本節(jié)是在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，重新建構(gòu)新的知識(shí)建構(gòu)揭示生物學(xué)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。本節(jié)的引入有兩種思路：一是按照教材的

2、編排順序進(jìn)行，即以“問題探討”引入，然后逐步展開教學(xué)，將本節(jié)的探究活動(dòng)作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)；二是將本節(jié)的探究活動(dòng)作為研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容，事先布置讓學(xué)生（或部分學(xué)生）在課外完成。從學(xué)生在活動(dòng)中產(chǎn)生的問題或體驗(yàn)引入，結(jié)合教材中的“問題探討” 和“建構(gòu)種群增長模型的方法”，討論相關(guān)內(nèi)容，展開教學(xué)。二、教學(xué)目標(biāo)1、說明建構(gòu)種群增長模型的方法。2、通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。3、用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。4、關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響。三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決方法1、教學(xué)重點(diǎn)及解決方法 教學(xué)重點(diǎn) 嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。 解決方法

3、遵循具體抽象再具體再抽象的軌跡教學(xué)。通過探究活動(dòng)來驗(yàn)證。2、教學(xué)難點(diǎn)及解決方法 教學(xué)難點(diǎn) 建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。 解決方法 同上。四、課時(shí)安排2 課時(shí)。- 6 -五、教學(xué)方法啟發(fā)式、探究法。教具準(zhǔn)備：課件、探究材料。六、學(xué)生活動(dòng)1、學(xué)生討論、思考、回答問題。2 、學(xué)生完成教材中探究活動(dòng)的操作。七、教學(xué)程序（一）明確目標(biāo)（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)的教學(xué)與目標(biāo)完成過程第 1 課時(shí)播放細(xì)菌分裂的錄像或演示細(xì)菌分裂的計(jì)算機(jī)模擬動(dòng)畫。提示：在自然界中細(xì)菌無處不在，有些細(xì)菌的大量繁殖會(huì)導(dǎo)致疾病。假如現(xiàn)有一種細(xì)菌， 在適宜的溫度、濕度等環(huán)境下，每20min 左右通過分裂繁殖一代。引導(dǎo)學(xué)生思考：1、細(xì)菌的生殖方式是怎

4、樣的？2、72h 后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的后代數(shù)量是多少？3、n 代細(xì)菌數(shù)量是多少？ 提出問題，組織討論：n1、對(duì)細(xì)菌種群數(shù)量增長而言，在什么情況下2 公式成立？2、這個(gè)公式揭示了細(xì)菌種群數(shù)量增長的什么規(guī)律？3、在學(xué)過的生物學(xué)內(nèi)容中，還有哪些生物學(xué)問題可以用數(shù)學(xué)語言來表示。提示：數(shù)學(xué)工具在生物學(xué)研究中的作用越來越突出。請(qǐng)學(xué)生算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間的數(shù)量，并填寫教材中的表格，然后畫出細(xì)菌的種群數(shù)量增長曲線。提示：這是在理想條件下對(duì)細(xì)菌種群數(shù)量的推測(cè)。引導(dǎo)學(xué)生討論，同數(shù)學(xué)公式相比，曲線圖表示的模型有什么局限性？小結(jié)：在描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化時(shí)，常常需要建立數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)

5、形式可以為公式、圖表等。提出問題，組織討論：如何建立“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的數(shù)學(xué)模型”，我們應(yīng)該怎么做？提出問題，組織討論：以上討論的是在實(shí)驗(yàn)條件下種群的數(shù)量變化，在自然界中種群的數(shù)量變化情況如何？提供素材：光明日?qǐng)?bào)消息澳大利亞野兔成災(zāi)。估計(jì)在這片國土上生長著6 億只野兔，它們與牛羊爭牧草，啃樹皮，造成大批樹木死亡，破壞植被導(dǎo)致水土流失，專家計(jì)算，這些野兔每年至少造成1 億美元的財(cái)產(chǎn)損失。兔群繁殖之快，數(shù)量之多足以對(duì)澳洲的生態(tài)平衡產(chǎn)生威脅。澳洲本來沒有兔子，1859 年，一個(gè)叫托馬斯·奧斯汀的英國人來澳定居，帶來了24 只野兔，放養(yǎng)在他的莊園里，供他代獵取樂。奧斯汀絕對(duì)沒有想到，一

6、個(gè)世紀(jì)之后，這24 只野兔的后代達(dá)到6 億只之多。（有條件的學(xué)校，教師可播放澳大利亞野兔成災(zāi)的錄像片。）學(xué)生討論：1、野兔種群增長的原因有哪些？2、怎樣用數(shù)學(xué)語言來描述野兔種群增長的規(guī)律？3、如果用n0 表示野兔種群的起始數(shù)量，用表示野兔種群數(shù)量每年的增長倍數(shù)，用nt表示 t 年后野兔種群的數(shù)量，那么，nt 為多少？4、根據(jù)上述素材，估算1869 年時(shí)，野兔種群數(shù)量為多少？（說明計(jì)算方法）5、列舉在自然界中還有哪些與素材中野兔種群數(shù)量增長相似的情況。t小結(jié)：自然界確有類似細(xì)菌在理想條件下種群數(shù)量增長的形式。該種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型可表示為“j”型曲線，或數(shù)學(xué)公式：n t n0如果自然界的生物種

7、群都是以“j”型方式增長，地球早就無法承受了。呈現(xiàn)高斯實(shí)驗(yàn)（有條件的學(xué)?？蓪⒏咚箤?shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)呈現(xiàn)出來）。提出討論題：1、你認(rèn)為高斯得出種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長后，呈“s”型曲線的原因是什么？2、在高斯實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，如果要進(jìn)一步搞清是空間的限制，還是資源（食物）的限制， 該如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？3、如何理解k 值的前提條件“在環(huán)境條件不受破壞的情況下”？請(qǐng)舉例說明。學(xué)生思考：有哪些因素制約著種群數(shù)量的增長？學(xué)生討論。學(xué)生討論教材中“思考與討論”素材。小結(jié)：經(jīng)過一定時(shí)間，在各種因素的作用下，種群數(shù)量增長會(huì)趨于穩(wěn)定，呈“ s”型曲線。在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為

8、“環(huán)境容納量 k 值”。學(xué)生討論教材中東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)。討論影響種群數(shù)量波動(dòng)的因素。提出問題，在自然界中，種群數(shù)量是否總能穩(wěn)定在k 值？為什么？（三）總結(jié)從具體的生物現(xiàn)象和規(guī)律建立抽象的數(shù)學(xué)模型，又用抽象的數(shù)學(xué)模型來解釋具體的生物學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律，這是學(xué)習(xí)本節(jié)的要旨。（四）作業(yè)布置教材 p69 練習(xí)。（五）板書設(shè)計(jì)第 2 節(jié) 種群數(shù)量的變化一、建構(gòu)種群增長模型的方法1、建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟觀察研究對(duì)象，提出問題 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2、建立種群增長模型的方法二、種群增長的“j”型曲線1、“ j”型曲線形

9、成的條件2、“ j”型增長的數(shù)學(xué)模型三、種群增長的“s”型曲線1、“ s”型曲線形成的條件2、k 值3、“ j”型曲線與“s”型曲線的比較“s”型曲線“ j”型曲線前提條件環(huán)境資源有限環(huán)境資源無限種群增長率隨種群密度上升而下降保持穩(wěn)定有無 k 值有 k 值無 k 值4、“s”型曲線在生產(chǎn)中的應(yīng)用四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降第 2 課時(shí)1、提出問題（實(shí)驗(yàn)探究的目的）；培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間而變化的？2、作出假設(shè)：酵母菌在資源和空間有限的環(huán)境中，其種群的增加會(huì)受種群密度的增加而受影響。3、探究材料及用具：酵母菌的菌種、無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液、試管、血球計(jì)數(shù)板（ 2mm×2

10、mm方格）、滴管、顯微鏡等。4、討論制定計(jì)劃：在小組討論的基礎(chǔ)上，寫出探究方案，方法步驟應(yīng)當(dāng)具體，并且是可操作的。確定小組同學(xué)間的分工。向老師匯報(bào)本小組的探究計(jì)劃，以求得老師的指導(dǎo)。在制定計(jì)劃前，需要認(rèn)真思考以下問題：進(jìn)行酵母菌的計(jì)數(shù)時(shí)，可以采用抽樣檢測(cè)的方法：先將蓋玻片放在計(jì)數(shù)室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。稍待片刻，待酵母菌細(xì)胞全部沉降到計(jì)數(shù)室底部，將計(jì)數(shù)板放在載物臺(tái)中央，計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm，一個(gè)小方格范圍內(nèi)的酵母菌數(shù)為x，則 10ml 中酵母菌培養(yǎng)液中的酵母菌

11、總數(shù)為y 。從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)之前，建議你將試管輕輕震蕩幾次，這是為了使酵母菌在培養(yǎng)液中分布均勻。本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)照實(shí)驗(yàn)中要用較大的容器和更多的營養(yǎng)，但接種的酵母菌量要相同，其他的培養(yǎng)條件也要相同。需要進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，使獲得數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄，要以天作為單位，計(jì)錄7 天的數(shù)據(jù)，算出每一天全班各組數(shù)據(jù)的平均值。如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清，要將其培養(yǎng)液稀釋一定倍數(shù)，再重新記數(shù)。對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)當(dāng)遵循“數(shù)左不數(shù)右，數(shù)上不數(shù)下”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。5、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃：首選通過顯微鏡觀察，估算出10ml 培養(yǎng)液中酵母菌的初始數(shù)量（n0），在此之后連續(xù)觀察7 天，分別記錄下這7 天的數(shù)值。6、分析結(jié)果，得出結(jié)論：將所得數(shù)值用曲線圖表示出來，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否支持你所做的假設(shè)。探究的結(jié)論是：由于種群生長所需要的資源和空間是有限的，所以種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長后，種群趨于穩(wěn)定，數(shù)量不再上升，呈現(xiàn)“s”型曲線增長。7、表達(dá)和交流將本小組的增長曲線與全部的增長曲線比較，分析誤差和相似程度。解釋根據(jù)各組平均數(shù)據(jù)畫出