種群數(shù)量的變化教學(xué)設(shè)計(jì)
作為一位杰出的教職工，時(shí)常需要準(zhǔn)備好教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)設(shè)計(jì)是教育技術(shù)的組成部分，它的功能在于運(yùn)用系統(tǒng)方法設(shè)計(jì)教學(xué)過程，使之成為一種具有操作性的程序。怎樣寫教學(xué)設(shè)計(jì)才更能起到其作用呢？以下是小編為大家收集的種群數(shù)量的變化教學(xué)設(shè)計(jì)，希望對(duì)大家有所幫助。
一、教學(xué)設(shè)計(jì)思想
在課堂教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生的主體意識(shí)，發(fā)展學(xué)生的主體能力，塑造學(xué)生的主體個(gè)性，使學(xué)生的主體性得到充分的發(fā)展。本節(jié)課通過具體的實(shí)例、大量問題情境的設(shè)置，讓學(xué)生利用所學(xué)的數(shù)學(xué)等知識(shí)分析、歸納總結(jié)，自己得出結(jié)論，為學(xué)生發(fā)揮其主體性提供盡可能多的機(jī)會(huì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，促進(jìn)學(xué)生主體性的發(fā)展和科學(xué)素養(yǎng)的提高。
二、教材分析
種群數(shù)量的變化一節(jié)是新課程標(biāo)準(zhǔn)教材人教版生物必修3第四章第2節(jié)的內(nèi)容。
1.本節(jié)課可分為三部分：第一部分是建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法。正文結(jié)合問題探討中的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生分析建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法，并嘗試進(jìn)行模型形式的轉(zhuǎn)換;第二部分是種群數(shù)量的變化情況，包括種群增長(zhǎng)的j型曲線、種群增長(zhǎng)的s型曲線、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降。教材以問題串的形式揭示了這四種情況之間的內(nèi)在聯(lián)系。第三部分是 探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化。由于這項(xiàng)探究所需的時(shí)間較長(zhǎng)，安排在第二課時(shí)完成。
2.建立數(shù)學(xué)模型的方法是本模塊科學(xué)方法教育的側(cè)重點(diǎn)，這方面的內(nèi)容又集中在本節(jié)。因此，教材將如何建構(gòu)數(shù)學(xué)模型放在突出的位置。本節(jié)內(nèi)容還十分重視聯(lián)系社會(huì)實(shí)際，應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感態(tài)度價(jià)值觀教育。
三、教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)與技能
(1)通過探究細(xì)菌種群數(shù)量變化，嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。
(2)掌握用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。
(3)了解種群數(shù)量變化的影響因素及意義。
2.情感態(tài)度與價(jià)值觀方面
通過聯(lián)系生產(chǎn)、生活等實(shí)際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣和動(dòng)機(jī)，養(yǎng)成學(xué)生關(guān)心生態(tài)科學(xué)的發(fā)展、關(guān)心社會(huì)生活的意識(shí)。
四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
1.教學(xué)重點(diǎn)
嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。
2.教學(xué)難點(diǎn)
建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。
五、教學(xué)方法
1、通過多媒體手段展示細(xì)菌的繁殖的動(dòng)態(tài)過程，讓學(xué)生進(jìn)行動(dòng)態(tài)想象，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的能力。
2、通過引導(dǎo)學(xué)生閱讀分析資料建立種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。
3、通過引導(dǎo)學(xué)生討論比較j型曲線和s型曲線區(qū)別和聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生比較和歸納的能力。
六、教學(xué)實(shí)施的程序(第一課時(shí))
學(xué)生活動(dòng)
教師的組織和引導(dǎo)
教學(xué)意圖
學(xué)生基于已有的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行演算。
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(wú)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20 min左右通過分裂繁殖一代。引導(dǎo)學(xué)生思考：1.細(xì)菌的生殖方式是怎樣的？2.72 h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？
通過創(chuàng)設(shè)具體的情境，讓學(xué)生感受活生生的生命現(xiàn)象。認(rèn)識(shí)細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)規(guī)律。
學(xué)生討論，充分陳述自己的觀點(diǎn)。
提出問題，組織討論：1.對(duì)細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)而言，在什么情況下2n公式成立？2.這個(gè)公式揭示了細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)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(yǔ)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。
用數(shù)學(xué)語(yǔ)言揭示生物學(xué)問題時(shí)，要充分考慮到生物學(xué)自身的特點(diǎn)。認(rèn)識(shí)到在生物學(xué)中有許多現(xiàn)象和規(guī)律可以用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來表示。
學(xué)生獨(dú)立操作完成圖表，相互交流結(jié)果。
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(zhǎng)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？
認(rèn)識(shí)種群數(shù)量增長(zhǎng)模型的另一種表現(xiàn)形式。
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)形式可以為公式、圖表等。
學(xué)生討論建立培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的數(shù)學(xué)模型的方案：程序和方法。
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？
結(jié)合本節(jié)的探究實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)建立種群增長(zhǎng)模型的程序和方法。
學(xué)生討論：1.野兔種群增長(zhǎng)的原因有哪些？2.怎樣用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來描述野兔種群增長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)相類似的情況。
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(guó)土上生長(zhǎng)著6億只野兔，它們與牛羊爭(zhēng)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(guó)人來澳定居，帶來了24只野兔，放養(yǎng)在他的莊園里，供他打獵取樂。奧斯汀絕對(duì)沒有想到，一個(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。）
通過具體實(shí)例，加深對(duì)數(shù)學(xué)模型的理解，并用數(shù)學(xué)語(yǔ)言解釋種群數(shù)量增長(zhǎng)的規(guī)律。明確j型種群增長(zhǎng)的原因。
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(zhǎng)的形式。該種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型可表示為j型曲線，或數(shù)學(xué)公式：nt=not
學(xué)生思考：有哪些因素制約著種群數(shù)量的增長(zhǎng)？學(xué)生討論。
如果自然界的生物種群都是以j型方式增長(zhǎng)，地球早就無(wú)法承受了。呈現(xiàn)高斯實(shí)驗(yàn)（有條件的學(xué)校可將高斯實(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(zhǎng)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。
從資源和空間上思考種群增長(zhǎng)問題。用生物學(xué)語(yǔ)言解釋s型曲線（數(shù)學(xué)模型）。培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。
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(zhǎng)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)量稱為環(huán)境容納量──k值。
理解k值，并解釋和說明實(shí)際問題。
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？
從多因素思考種群數(shù)量的變化？
總結(jié)：從具體的生物現(xiàn)象與規(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。
把握學(xué)習(xí)方法要旨。
種群數(shù)量的變化知識(shí)點(diǎn)歸納
(一)種群數(shù)量的J型曲線
1、條件：食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下。
2、特點(diǎn)：種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增大。3、數(shù)學(xué)模型：指數(shù)函數(shù)型。
(二)種群增長(zhǎng)的S型曲線
1、原因：自然環(huán)境條件是有限的，如資源、空間、天敵等的制約。
2、特點(diǎn)：種群達(dá)到環(huán)境條件所能允許的最大值環(huán)境容納量(即K值)后有時(shí)停止增長(zhǎng)，有時(shí)在K值上下波動(dòng)。
二、影響種群數(shù)量變化的因素：(一)內(nèi)因
1、起始種群個(gè)體數(shù)量。
2、導(dǎo)致種群數(shù)量增加的因素：出生率和遷入率。
3、導(dǎo)致種群數(shù)量減少的因素：死亡率和遷出率。
(二)外因
1、自然因素：氣候、食物、天敵、傳染病等。
2、人為因素：種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，砍伐森林，獵捕動(dòng)物、環(huán)境污染等。
三、J型曲線和S型曲線的比較
(一)曲線比較(如下圖)。(二)列表比較
項(xiàng)目J型曲線S型曲線
前提條件環(huán)境資源無(wú)限環(huán)境資源有限
種群增長(zhǎng)率保持穩(wěn)定隨種群密度上升而下降
K值的有無(wú)無(wú)K值有K值
曲線形成
的原因無(wú)種內(nèi)斗爭(zhēng)，
缺少天敵種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇，
天敵數(shù)量增多
(三)聯(lián)系：兩種增長(zhǎng)曲線的差異主要是因環(huán)境阻力大小不同，對(duì)種群增長(zhǎng)的影響不同。因而有：J型曲線因環(huán)境阻力增大而成S型曲線。
四、種群數(shù)量變化規(guī)律在生產(chǎn)中的應(yīng)用
(一)對(duì)于瀕危動(dòng)植物而言，由于環(huán)境污染、人類破壞等，造成環(huán)境對(duì)于此種生物的K值變小，通過建立自然保護(hù)區(qū)等措施提高環(huán)境容納量，是保護(hù)這些生物的根本措施。
(二)在S型曲線中，種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境容納量的一半(K/2)時(shí)，種群增長(zhǎng)速率最大，資源再生能力最強(qiáng)。因此，在野生生物資源合理開發(fā)利用方面，要保證捕撈或利用后，生物種群數(shù)量不得低于K/2，這樣既可獲得最大利用量，又可保持種群的高速增長(zhǎng)。
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