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1、种群数量的变化,成都石室中学 陈亮,教学设计及实施,设计理念,高中生物新课程标准的基本理念 1. 提高生物科学素养； 2. 面向全体学生； 3. 提倡探究性学习； 4. 注重与现实生活的联系。,“领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。并且在新课改考纲的理解能力要求中提出“用数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容”，在实验与探究能力要求中提出“具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用建立模型与系统分析等科学研究方法”。,科学思想和科学方法的教育，已经成为生物学课程的重要内容。 “提高（学生）的生物科学素养”是高中生物课程的核心任务。 通过对建立数学模型的
2、体验过程，可引导学生运用生物学的原理和方法参与公众事务 的讨论，使学生将生物学的学习与环境保护、经济活动相结合，实现了“与现实生活相联系”的课程理念。,教材分析,学生已经知道了种群特征的核心是种群密度，而且也知道了哪些因素会影响到种群密度。学生也知道了如何利用标志重捕法或者是样方法来测定种群的密度。 同时学生也会产生这样的问题：种群密度会不会变化，这种变化有无规律？,在课程标准中关于本节课的具体内容标准为“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”，并提出了相应的活动建议“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”。引导学生建构数学模型，是培养学生能力的一个教学重点。这也是新旧教材在这一节的一个非常大的
3、变化。,此外，教材内容中除了保留了环颈雉和高斯实验以外，增加很多很丰富的事例，如野兔，人口增长，大熊猫保护，捕鲸，使我们教学更加生动， 还有一点，将研究种群变化的意义，改为思考与社会的联系，这是希望学生在反思人类的活动对种群数量变化的影响的时候，提升学生的情感态度价值观念。,学情分析,学生在高二上期已经在数学学科中学习了函数及其曲线等数学知识，也具有数学建模的简单思想；在必修1中也体验了物理模型的建立过程。,我的困惑,1. 是否必须要进行酵母菌种群数量的动态变化的探究性实验？这个实验在操作过程中存在许多的困难，例如周期很长，一般需要一周的时间；对于学生的操作要求很高，比如要利用血细胞计数板对酵
4、母菌进行计数。,2. 如何对学生进行数学建模的培养，本节课教材中给我们的教学事例细菌的数量变化规律是很简单的，高中生很容易计算得出细菌数量变化的数学公式。如果只在这一环节体验一次探索过程并不能达成教学目的。但是，如果过多强调数学推导过程，学生体验数学建模的过程增强了，但可能会把整节课上成数学课。,研读教材和课标，我认为,第一：本节课的重点不是要求学生掌握建模的数学技能技巧，而是让教师引导学生体验建模的过程，着力培养学生透过现象看本质的洞察力，培养学生简约、严密的逻辑思维品质，让学生体验有具体到抽象的思维转化过程。,第二：如果只是针对“研究细菌的数量变化”进行数学建模的教学，以后的种群增长的J型
5、和S型曲线以及种群数量的波动和下降就生物知识讲生物知识的话，数学建模的过程会是单薄而枯燥的了。但是，如果将种群增长的J型和S型曲线以及种群数量的波动和下降和数学建模结合起来，那么学生就会一直在体验数学建模的过程，教学会变得更加丰富和扎实。,第三：最重要的是，生物学中的数学建模，是利用数学工具解释和解决生物学的问题，而不是简单的数学图形和图表的计算等。因此，如何把种群的数量变化中数学的变化与生物学知识结合起来，使教学既不会上成数学课，还能保证学生生物学知识的过手，巩固本节课的教学成果。,教学目标,1. 说明建构种群增长模型的方法 2. 用数学模型解释种群数量的变化 3. 关注人类活动对种群数量变
6、化的影响,教学重、难点,建构种群增长的数学模型,学习环节,1. 种群不同于个体具有哪些特征？,2. 研究出生率和死亡率、迁入率和迁出率有什么意义？,3. 研究年龄组成和性别比例有什么意义？,营造环境、导入新课,本环节的教学目的是明确本节课的学习目的，让学生产生学习本节课内容的兴趣，并思考如何解决问题。,通过对种群特征内涵的复习，引导学生明确：种群特征都会影响种群密度、种群数量的变化，这是自然规律。关键是这种数量上的变化是否有规律可循。如果有规律，人们通过研究认识并掌握这些规律，对于我们对生物资源的保护和利用是有很大意义的。,如何引导？,1.种群数量变化规律,2.导致变化的生物学因素,让学生明确
7、学习的核心问题,教师引导学生的核心任务,体验建立数学模型的过程,一、构建种群增长模型,本环节是教师引导学生第一次体验数学建模的过程，因此需要教师在教学过程中不断的为学生穿针引线、铺路搭桥，帮助学生解决学习过程中的障碍。,如何引导？,引导学生： 首先是调查该种群的原始数量（即现有数量值)；其次是分析、测定该种群在特定时间段中的数量变化；第三是分析、概念、总结得出在一定时间内，种群数量变化的规律，形成数学模型；第四是运用该数学模型解释、解决现实问题。,最简单的例子（细菌的数量变化）来进行研究，体会这种研究的历程。,1.这些细菌个体的总体能否称为一个种群？ 2.分析以下培养基上的这个细菌种群数量怎样
8、变化的？ 3.细菌繁殖一代也就是分裂一次，一次能产生几个后代？ 4.那么，繁殖两代、三代。n代以后有多少细菌个体？,计算25个细菌种群数量随时间增长的数量，填写到课本的表格中,NtNo 2t,引导学生分析时间与世代的关系,分析公式和曲线的优缺点,提出思考问题：利用公式计算出来的数据是对细菌种群数量的变化建立了一种数学模型，而模型是否正确？必须要对模型进行验证。,设计目的：完成模型构建的第四个步骤,引导学生认同数学建模在生物学中的价值以及数学建模的4个流程。,回忆我们学过的生物学知识中有哪些也曾经使用到了数学的方法？,数学模型的建构步骤：,研究实例,研究方法,细菌每20min分裂一次,在资源和空
9、间无限多的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响,Nn=2n N代表细菌数量，n表示第几代,观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正,1. 模型目的 2. 模型假设 3. 模型构成 4. 模型检验,二、种群数量增长的“J”型曲线,在上一个环节中，学生体验了数学建模的过程，本环节让学生自主的再次尝试数学建模的过程。,如何利用刚才的教学成果过渡到这一个环节的教学中呢？,引导学生思考：,1.刚才建立细菌数量增长模型的时候，作出的假设条件是什么？,2.自然界中如果存在这种理想条件的话，还需要假设哪些条件？,利用教材中的实例，让学生尝试建立野兔在理想条件下种群数量增长的数学模型,我设
10、计的意图是引导学生在体验建构模型的时候还能： 1. 从数学角度将NnN02n这个公式中的2如何演变成。 2. 掌握生物学中的含义,根据NtNo 2t的公式，以上的种群数量变化需要将公式进行怎样的修改？,NtNo 2t,NtNo t,特别是在由2变为的时候，要让学生去解释的含义，要让学生理解是第二代生物的总数量除以第一代生物的总数量。也就是在计算的时候存在世代重叠的现象，而这一个世代重叠又是在细菌繁殖过程中不存在的。,J型曲线的模型条件是什么？,理想条件具体体现是什么？,结合J型曲线分析外来物种的入侵,三、种群数量增长的“S”型曲线,我觉得并环节不能将学生的学习重点继续放在重复数学建模的过程体验
11、上。 因为“S”曲线本身的数学模型就十分的复杂，以学生现在的能力不可能得出。因此学习的重点不应是要求学生掌握建模的数学技能技巧，而是将学习的重心放到“用数学模型解释种群数量变化”上，将培养的目标放到“注重与现实生活联系”的课程目标上。培养学生分析问题由具体到抽象的思维转化上来。,如何将种群增长模型由“J”型过渡到“S”？教材中提出了一个问题：“J”型增长能一直持续下去吗？,设计流程,让学生在回顾J型曲线的环境条件后，思考自然界常常出现的有限条件是什么？,在学习提出假设之后，让学生建立数学模型,学生出现建模的知识障碍后，让学生尝试在J型曲线的基础上，结合刚才提出的假设，只是进行曲线的修改，,明确
12、环境最大容纳量的含义,学生的活动,让学生解释特殊区间的变化原因,1. 在种群密度很低的时候，生物在环境中的生存能力是有限的，因此种群的增长比较缓慢，这时候在缓慢的增加。,2. 种群的会在种群密度达到K/2的时候达到最大,3. 种群密度继续增加之后，环境会不断的限制种群的增长，又会逐渐降低，最后等于1。,这种的变化实际上是种群密度和种群增长率之间存在一中反馈调节。,本环节设计的目的是：让学生体会种群数量会因为外界因素的各种变化导致波动和下降，同时也让学生关注人类的活动对于生物种群数量产生的重大影响，让学生认同人类活动必须要以为此生态平衡为标准，在这一情感态度价值观上得到充分的培养。,四、种群数量
13、的波动和下降,在研究种群数量增长的基础上，教师提出问题：不论是“S”曲线，还是“J”型曲线，其变化趋势都是种群数量在增长。那么，是否所有影响种群数量变化的因素都是导致种群数量增长呢？,例如：在鼠群的种群增长中，当鼠群数量达到K值之后，植被会因为过渡啃食而被破坏 ，引起食物短缺和隐蔽条件恶化，而使K值下降；K值下降后会引起更多的鼠死亡，外迁或者被捕食；当鼠群的数量因为死亡率增加而下降到低谷后，植被又逐渐恢复，食物和隐蔽条件得到改善，K值又会上升，于是鼠的数量上升。,分析老鼠种群和植被之间的关系，预测种群数量达到K值后的变化,引起波动和下降变化的除了食物还有哪些因素？,阅读教材关于鲸的数量和捕鲸业发展的关系，体会人类活动也能影响到生物种群数量变化，甚至成为决定因素,1. 分析熊猫数量保护的方法,2. 分析控制家鼠数量的方法,学生活动,改善栖息环境，提高环境容纳量,为什么不能只采用捕杀的方法,教后反思,努力学习新课程理念，并在课堂教学中使之得到体现。,2. 留心每一个细节的设计，让学生的思维得到充分的调动。,谢谢大家，希望得到大家的批评指正,