種群的增長(zhǎng)方式教學(xué)設(shè)計(jì)

工作室成員習(xí)作周應(yīng)章名師工作室工作室成員習(xí)作“種群的增長(zhǎng)方式”教學(xué)設(shè)計(jì)黃敏(定海一中316000)一、設(shè)計(jì)思想本節(jié)課循著現(xiàn)象f本質(zhì)f現(xiàn)象的思路，將本節(jié)的探究活動(dòng)“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”作為研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容，事先布置，讓學(xué)生在課外完成。通過(guò)學(xué)生在活動(dòng)中得到的數(shù)據(jù)，輔以教師的層次設(shè)問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生依次推導(dǎo)種群增長(zhǎng)的“J”形曲線、“S”形曲線及衰退曲線，構(gòu)建種群的增長(zhǎng)模型。再經(jīng)討論、分析，引導(dǎo)學(xué)生的思路漸次深入，直至發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的核心，揭示出影響種群增長(zhǎng)的內(nèi)部和外部因素，最終運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)小組得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。上述方法體現(xiàn)了生物實(shí)驗(yàn)與探究性教學(xué)結(jié)合的理念，可讓學(xué)生階段式體驗(yàn)成功，感受探究的樂(lè)趣，產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。同時(shí)，通過(guò)分析問(wèn)題一探究數(shù)學(xué)規(guī)律f解決實(shí)際問(wèn)題f建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法，讓學(xué)生體驗(yàn)由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察能力。二、教學(xué)分析.教材分析(1)內(nèi)容與地位：本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容是《生物(必修)?穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》(浙江科學(xué)技術(shù)出版社)第4章第2節(jié)內(nèi)容，承接第1節(jié)《種群的特征》，種群的數(shù)量也是種群的特征之一，因此種群的增長(zhǎng)方式是種群特征的進(jìn)一步深入。同時(shí)也為后面的種群數(shù)量波動(dòng)及調(diào)節(jié)打下基礎(chǔ)，具有承上啟下的作用。本節(jié)教材有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系，了解數(shù)學(xué)方法在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用并領(lǐng)悟系統(tǒng)分析的思想和方法；此外，還有助于強(qiáng)化學(xué)生的生態(tài)意識(shí)和環(huán)保意識(shí)。浙科版教材中這節(jié)內(nèi)容包括兩方面：一是探究活動(dòng)——培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化；二是種群的指數(shù)增長(zhǎng)和邏輯斯諦增長(zhǎng)兩種方式以及環(huán)境容納量。由于探究活動(dòng)周期長(zhǎng)，安排在課余時(shí)間完成。(2)教學(xué)重點(diǎn)：①種群的增長(zhǎng)方式和環(huán)境容納量；②利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立酵母菌種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此解釋種群的數(shù)量變化。(3)教學(xué)難點(diǎn)：指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量連續(xù)7天的觀察后所收集的數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，探究變化規(guī)律，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，繪制變化曲線，并嘗試解釋種群數(shù)量變化的原因。.學(xué)情分析(1)初中時(shí)學(xué)生對(duì)種群已有初步了解，且在本章的第一節(jié)已經(jīng)強(qiáng)化了種群的概念，學(xué)習(xí)了種群的特征，尤其是各種數(shù)量特征，在此基礎(chǔ)上過(guò)渡到種群增長(zhǎng)方式的學(xué)習(xí)順理成章；由生活經(jīng)驗(yàn)也熟悉環(huán)境中部分生態(tài)因素對(duì)生物的影響也為探究種群的增長(zhǎng)方式提供了基礎(chǔ)。(2)基于數(shù)學(xué)知識(shí)坐標(biāo)系的學(xué)習(xí)，學(xué)生不難構(gòu)建種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型，但對(duì)于數(shù)學(xué)模型的生物學(xué)意義及其應(yīng)用可能理解起來(lái)會(huì)有一定的障礙。.教學(xué)條件分析“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”這一探究活動(dòng)所需時(shí)間在7天左右，需要顯微鏡、恒溫培養(yǎng)箱、血球計(jì)數(shù)板、比濁計(jì)和高壓蒸汽滅菌設(shè)備等。受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)時(shí)間所限，我以實(shí)驗(yàn)小組的形式，利用課余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)校實(shí)驗(yàn)里完成。三、教學(xué)目標(biāo)工作室成員習(xí)作周應(yīng)章名師工作室工作室成員習(xí)作.知識(shí)目標(biāo)(1)嘗試建立數(shù)學(xué)模型并解釋種群的數(shù)量變動(dòng)。(2)區(qū)別種群的指數(shù)增長(zhǎng)和邏輯斯諦增長(zhǎng)。(3)舉例說(shuō)明環(huán)境容納量。.能力目標(biāo)(1)學(xué)會(huì)微生物實(shí)驗(yàn)的基本技能，培養(yǎng)觀察能力。(2)嘗試培養(yǎng)酵母菌，學(xué)會(huì)用血球計(jì)數(shù)板測(cè)定酵母菌的細(xì)胞數(shù)量。(3)能應(yīng)用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化，分析生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題。.情感目標(biāo)(1)體驗(yàn)科學(xué)研究的方法，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和獨(dú)立自主、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。(2)認(rèn)識(shí)研究種群動(dòng)態(tài)的意義，關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)各種生物種群增長(zhǎng)的影響。四、教學(xué)策略與手段.教學(xué)策略(1)本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)語(yǔ)言解釋生命現(xiàn)象，揭示種群數(shù)量增長(zhǎng)的規(guī)律。因此，我將探究實(shí)驗(yàn)安排在相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容之前進(jìn)行，讓學(xué)生去探索未知領(lǐng)域，再根據(jù)自己的探究結(jié)果，做出科學(xué)的解釋。由于酵母菌的培養(yǎng)過(guò)程需歷時(shí)1周，并且每天要對(duì)培養(yǎng)中的酵母菌數(shù)量進(jìn)行一次計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)(每次只需15分鐘左右)，所以，我決定用課余的時(shí)間來(lái)完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。(2)以視頻創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣，引入課題。再根據(jù)學(xué)生在課前探究活動(dòng)中得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分段分析，教師以層次設(shè)問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生依次推導(dǎo)種群增長(zhǎng)領(lǐng)形曲線、S形曲線及衰退曲線，經(jīng)討論、分析，引導(dǎo)學(xué)生的思路漸次深入，直至發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的核心，揭示出影響種群增長(zhǎng)的內(nèi)部和外部因素。并找出種群的數(shù)量動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，用以解決生產(chǎn)、生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題。(3)本節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的組織和指導(dǎo)。因此，準(zhǔn)備工作要細(xì)致，我是通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行：①布置作業(yè)，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)。②科學(xué)分組和分工。③對(duì)各組長(zhǎng)進(jìn)行培訓(xùn)，確保組長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟和技術(shù)。④對(duì)各實(shí)驗(yàn)小組的數(shù)據(jù)匯總、印發(fā)。.教學(xué)手段(1)教學(xué)視頻、多媒體課件。(2)探究實(shí)驗(yàn)器材及成果：血球計(jì)數(shù)板、顯微鏡、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。.課時(shí)安排本節(jié)教學(xué)安排1課時(shí)，并利用課余時(shí)間完成酵母菌的培養(yǎng)和統(tǒng)計(jì)。五、教學(xué)過(guò)程1.教學(xué)流程圖

工作室成員習(xí)作周應(yīng)章名師工作室工作室成員習(xí)作2.教學(xué)過(guò)程教學(xué)流程教師的組織和引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入新課【展示】展示洞庭湖的人鼠大戰(zhàn)的視頻?！咎釂?wèn)】東方田鼠為什么突然大量增長(zhǎng)？【分析】2007年，湖南洞庭湖鼠災(zāi)大爆發(fā)，原因是洞庭湖水位不斷上漲，東方田鼠原來(lái)?xiàng)⒌乇黄茐?，另外洞庭湖地區(qū)的人民群眾有著的不良飲食習(xí)慣，那就是人們習(xí)慣吃蛇，大量地販運(yùn)蛇，從而導(dǎo)致了老鼠天敵一一蛇的數(shù)量大幅減少。觀看視頻。思考、討論回答。通過(guò)老師的分析歸納，明確田鼠增長(zhǎng)的原因。創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣，引出課題。過(guò)渡田鼠種群數(shù)量接下來(lái)如何變化？鼠到底如何防治才是最有效的？下面我們一起探究下種群的增長(zhǎng)方式后再來(lái)回答。構(gòu)建種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型“J”型曲線的構(gòu)建【展示】投影儀展示各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):起始至第2天酵母菌種群定時(shí)取樣的數(shù)據(jù)，舉例某個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的數(shù)據(jù)如下：分析比較各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的數(shù)據(jù)，與自己小組得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否一致。培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力菌數(shù)（個(gè)/O.lmL）第0天（起始）8第1天（24小時(shí)）29.5第2天（48小時(shí)）72.4【引導(dǎo)分析】①能用更直觀的方法來(lái)體現(xiàn)數(shù)量的變化嗎？【展示】投影儀展示學(xué)生作的曲線圖120100ySO-1 /,J，0 1 1 1 1 1 1 1 112345S7B時(shí)間【歸納】運(yùn)用坐標(biāo)圖這種數(shù)學(xué)方法描述了種群數(shù)量變化這樣一個(gè)生物學(xué)問(wèn)題，我們把這種坐標(biāo)圖稱為一種數(shù)學(xué)模型。描點(diǎn)作圖畫出實(shí)驗(yàn)前兩天酵母菌的實(shí)際增長(zhǎng)曲線。初步了解什么是數(shù)學(xué)模型。學(xué)生能順利使用描點(diǎn)作圖法進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換。推導(dǎo)種群增長(zhǎng)的J形曲線。完成數(shù)學(xué)建模，感受用數(shù)學(xué)語(yǔ)言（曲線圖）表達(dá)生物現(xiàn)象?！疽龑?dǎo)分析】坐標(biāo)圖這種數(shù)學(xué)模型最大的優(yōu)點(diǎn)是直觀，可是如果我們想知道第5天酵母菌的數(shù)量是多少，你能從圖上一眼找到答案嗎？②有沒(méi)有簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)計(jì)算方法？【提示】如果酵母菌按照這兩天里的最高增長(zhǎng)率，一直繁殖下去，推測(cè)酵母菌一天后、兩天后以最高增長(zhǎng)率，推算酵母菌一天后、兩天后及t天后的種群數(shù)量。得出公式：指數(shù)函數(shù)（N=Nt），t 0完成另一種數(shù)學(xué)建模，感受不同條件下要用不同的數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)生物現(xiàn)象及規(guī)律。

及t天后的種群數(shù)量將會(huì)這樣？并對(duì)N°和作解釋。列出算式：N1=N0A；Nt=N0Atrpl日/t土匚，主口土尸【，*iff#E鑿工rlt河AA十二一P4R-pprn.1占鞏固數(shù)學(xué)?！竟?寸分析】根據(jù)上述酵母菌種群增長(zhǎng)的表達(dá)根據(jù)酵母菌種群式，我們可以得到指數(shù)增長(zhǎng)曲線圖“J”形曲線）。增長(zhǎng)的表達(dá)式，型的建立過(guò)這種增長(zhǎng)方式我們稱為“指數(shù)增長(zhǎng)”推導(dǎo)出J形曲線程，培養(yǎng)用數(shù)7論證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)模型來(lái)分醯/了解其增長(zhǎng)情況析生物學(xué)問(wèn)*4與“J”形曲線相題的能力。是321囿 一1似。li；4 $ 6 7 1帆【提問(wèn)】①種群要呈指數(shù)增長(zhǎng)應(yīng)具備什么條件？思考、討論、回促使學(xué)生掌②指數(shù)增長(zhǎng)的特點(diǎn)是什么？答。握“J”形曲【歸納】指數(shù)增長(zhǎng)的理想條件：在資源無(wú)限、空線增長(zhǎng)規(guī)律，間無(wú)限和不受其他生物制約的理想條件下，種群以及種群指就會(huì)呈指數(shù)式增長(zhǎng)。數(shù)增長(zhǎng)的條增長(zhǎng)特點(diǎn)：起始增長(zhǎng)很慢，但隨著種群基數(shù)的增觀察“J”形曲線，件、特點(diǎn)。大，增長(zhǎng)會(huì)越來(lái)越快，每單位時(shí)間按種群的一定分析指數(shù)增長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)或倍數(shù)增長(zhǎng)。特點(diǎn)。數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式可以為公式、圖表等，其基本步驟是：提出問(wèn)題一作出假設(shè)一過(guò)渡建構(gòu)數(shù)學(xué)模型（公式、曲線）一模型檢驗(yàn)修正。我們剛剛建立的這個(gè)曲線模型是否正確？是不是所有的種群都呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)？應(yīng)如何檢驗(yàn)修正？修正進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)一步【展示】投影儀展示第3天第7天酵母因種群種群的數(shù)量。某一實(shí)驗(yàn)小組的數(shù)據(jù)，舉例如下：數(shù)據(jù)，思考如何的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，增長(zhǎng)時(shí)間困數(shù)（個(gè)/0.1mL）修正剛剛建立的培養(yǎng)學(xué)生分的數(shù)曲線模型。析、思考、質(zhì)學(xué)模第3天110.5疑的能力。型第4至7天109.8左右周應(yīng)章名師工作室工作室成員習(xí)作

【引導(dǎo)分析】①?gòu)纳鲜鰯?shù)據(jù)分析，酵母菌增長(zhǎng)情思考、回答。（答況怎樣變化？與你的預(yù)計(jì)相同嗎？為什么這樣案：酵母菌數(shù)量變化？增長(zhǎng)到一定程度，不再增加；資源、空間有限）②正因?yàn)橘Y源、空間有限，所以有很多個(gè)體在生用進(jìn)一步的存斗爭(zhēng)中死亡。因此，“J”形曲線應(yīng)怎樣修正？實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)“S”【展示】投影儀展示學(xué)生作的曲線圖繼續(xù)描點(diǎn)作圖，檢驗(yàn)修正建形曲12C「畫出酵母菌的實(shí)立的數(shù)學(xué)模線的100■ /際增長(zhǎng)曲線。型。構(gòu)建至60? /無(wú)4。. /20■X" it it it ? I12345573時(shí)間【提問(wèn)】請(qǐng)同學(xué)對(duì)此曲線圖進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。小組討論：培養(yǎng)學(xué)生自描述增長(zhǎng)減緩并主探究的能【歸納】本實(shí)驗(yàn)中，由于空間和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的限制力，推導(dǎo)種群趨于平衡；列舉各種可能的限制增長(zhǎng)的“S”因素，酵母菌到定階階段增長(zhǎng)■減緩并趨JI供丁，這種增長(zhǎng)方式稱為“邏輯斯諦增長(zhǎng)”，其曲線很因素。形曲線。像英文字母S，又稱“S”形增長(zhǎng)曲線。［種瞰量DL根據(jù)自己的分析修正已推導(dǎo)得到的J型曲線，推導(dǎo)出S型曲線論用數(shù)學(xué)方法分析生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)一步鞏固數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建方證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。法。時(shí)間【引導(dǎo)分析】邏輯斯諦增長(zhǎng)的特點(diǎn)及增長(zhǎng)速度的小組討論歸納出學(xué)會(huì)分析S變化原因？（可提示學(xué)生：從曲線的斜率變化看，特點(diǎn)：種群起初型曲線的特增長(zhǎng)趨勢(shì)在各階段有何不同？）加速增長(zhǎng)，至K/2點(diǎn)，進(jìn)一步培環(huán)境容納量：舉例說(shuō)明邏輯斯諦曲線中的環(huán)境容時(shí)達(dá)最大值，然養(yǎng)用數(shù)學(xué)模納量。并強(qiáng)調(diào)K值不是一個(gè)固定值，會(huì)隨著環(huán)境后減速增長(zhǎng)，至K型來(lái)分析生的變化而變化。時(shí)處于穩(wěn)定。物學(xué)問(wèn)題的能力?！練w納】在資源有限、空間有限和受到其他生物討論并說(shuō)明：種通過(guò)具體實(shí)制約條件下，種群呈“S”形曲線增長(zhǎng)。群數(shù)量高于K時(shí)例理解環(huán)境增長(zhǎng)特點(diǎn)：起初加速增長(zhǎng)，至K/2時(shí)達(dá)最大值，會(huì)下降，低于K容納量概念。然后減速增長(zhǎng)，至K時(shí)處于穩(wěn)定。時(shí)會(huì)上升，所以強(qiáng)調(diào)環(huán)境容長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)環(huán)境所能維持的種群最大數(shù)量稱為在K值附近會(huì)趨納量是可變周應(yīng)章名師工作室工作室成員習(xí)作5

“環(huán)境容納量——K值”。于平衡。的。過(guò)渡自然界中，在不同的條件下種群的增長(zhǎng)方式主要呈現(xiàn)“J”形和“S”形增長(zhǎng)。在酵母菌這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中，酵母菌的數(shù)量是不是也一直能保持“S”形增長(zhǎng)呢？數(shù)學(xué)模型的進(jìn)步修正種群的衰退【引導(dǎo)分析】①試管中的酵母菌能否保持平衡？【展示】投影儀展示第8天酵母菌種群的數(shù)量。某一實(shí)驗(yàn)小組的數(shù)據(jù)，舉例如下：聯(lián)系具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析、思考問(wèn)題。繼續(xù)描點(diǎn)作圖，發(fā)現(xiàn)種群衰亡。思考、討論種群衰退的可能原因：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)耗盡，有害物質(zhì)積累。推導(dǎo)種群衰退曲線。全面看待生物與環(huán)境的關(guān)系。突出重點(diǎn)，鞏固學(xué)生用數(shù)學(xué)模型來(lái)分析生物學(xué)問(wèn)題的能力。時(shí)間困數(shù)（個(gè)/0.1mL）第8天0.2【展示】投影儀展示學(xué)生作的曲線圖1匆立「\0 1 1 1 1 1 1 ? ?12345573時(shí)間【引導(dǎo)分析】②為什么會(huì)出現(xiàn)種群的衰退現(xiàn)象呢？（提示：讓學(xué)生可考慮相對(duì)封閉的環(huán)境）【小結(jié)】在惡劣的條件下，種群衰亡。過(guò)渡實(shí)驗(yàn)室中的酵母菌種群由于受到空間和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的制約，最終衰亡。那么自然界中種群的數(shù)量會(huì)怎樣變化呢？數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用【提問(wèn)】①洞庭湖中的東方田鼠種群數(shù)量會(huì)如何變化？②我們應(yīng)該如何防治？（【提示】田鼠是繁殖力很強(qiáng)的動(dòng)物考慮應(yīng)當(dāng)采取什么措施來(lái)控制田鼠的數(shù)量？這些措施實(shí)際上是在影響種群增長(zhǎng)模型的什么參麴）討論回答。答案：①田鼠開(kāi)始由于空間、資源比較豐富，天敵較少，接近“J”形增長(zhǎng)；后來(lái)，受空間、資源的制約，呈現(xiàn)