種群的數(shù)量變化說

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,《,種群數(shù)量的變化,》,成都石室中學(xué) 陳亮,教學(xué)設(shè)計及實施,設(shè)計理念,高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念,,1.,提高生物科學(xué)素養(yǎng)；,,2.,面向全體學(xué)生；,,3.,提倡探究性學(xué)習(xí)；,,4.,注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。,,“,領(lǐng)悟系統(tǒng)分析、建立數(shù)學(xué)模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”。并且在新課改考綱的理解能力要求中提出“用數(shù)學(xué)方式等多種表達(dá)形式準(zhǔn)確地描述生物學(xué)方面的內(nèi)容”，在實驗與探究能

2、力要求中提出“具有對一些生物學(xué)問題進(jìn)行初步探究的能力，包括運用建立模型與系統(tǒng)分析等科學(xué)研究方法”。,科學(xué)思想和科學(xué)方法的教育，已經(jīng)成為生物學(xué)課程的重要內(nèi)容。,,,“提高（學(xué)生）的生物科學(xué)素養(yǎng)”是高中生物課程的核心任務(wù)。,,,通過對建立數(shù)學(xué)模型的體驗過程，可引導(dǎo)學(xué)生運用生物學(xué)的原理和方法參與公眾事務(wù) 的討論，使學(xué)生將生物學(xué)的學(xué)習(xí)與環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)活動相結(jié)合，實現(xiàn)了“與現(xiàn)實生活相聯(lián)系”的課程理念。,教材分析,,學(xué)生已經(jīng)知道了種群特征的核心是種群密度，而且也知道了哪些因素會影響到種群密度。學(xué)生也知道了如何利用標(biāo)志重捕法或者是樣方法來測定種群的密度。,,同時學(xué)生也會產(chǎn)生這樣的問題：種群密度會不會變化，這

3、種變化有無規(guī)律？,,在課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于本節(jié)課的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動”，并提出了相應(yīng)的活動建議“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，是培養(yǎng)學(xué)生能力的一個教學(xué)重點。這也是新舊教材在這一節(jié)的一個非常大的變化。,此外，教材內(nèi)容中除了保留了環(huán)頸雉和高斯實驗以外，增加很多很豐富的事例，如野兔，人口增長，大熊貓保護(hù)，捕鯨，使我們教學(xué)更加生動，,,還有一點，將研究種群變化的意義，改為思考與社會的聯(lián)系，這是希望學(xué)生在反思人類的活動對種群數(shù)量變化的影響的時候，提升學(xué)生的情感態(tài)度價值觀念。,,學(xué)情分析,學(xué)生在高二上期已經(jīng)在數(shù)學(xué)學(xué)科中學(xué)習(xí)了函數(shù)及其曲線等數(shù)學(xué)知識，

4、也具有數(shù)學(xué)建模的簡單思想；在必修,1,中也體驗了物理模型的建立過程。,我的困惑,,1.,是否必須要進(jìn)行酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化的探究性實驗？這個實驗在操作過程中存在許多的困難，例如周期很長，一般需要一周的時間；對于學(xué)生的操作要求很高，比如要利用血細(xì)胞計數(shù)板對酵母菌進(jìn)行計數(shù)。,,2.,如何對學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的培養(yǎng)，本節(jié)課教材中給我們的教學(xué)事例,——,細(xì)菌的數(shù)量變化規(guī)律是很簡單的，高中生很容易計算得出細(xì)菌數(shù)量變化的數(shù)學(xué)公式。如果只在這一環(huán)節(jié)體驗一次探索過程并不能達(dá)成教學(xué)目的。但是，如果過多強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，學(xué)生體驗數(shù)學(xué)建模的過程增強(qiáng)了，但可能會把整節(jié)課上成數(shù)學(xué)課。,,研讀教材和課標(biāo)，我認(rèn)為,第一：

5、本節(jié)課的重點不是要求學(xué)生掌握建模的數(shù)學(xué)技能技巧，而是讓教師引導(dǎo)學(xué)生體驗建模的過程，著力培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的洞察力，培養(yǎng)學(xué)生簡約、嚴(yán)密的邏輯思維品質(zhì)，讓學(xué)生體驗有具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過程。,,第二：如果只是針對“研究細(xì)菌的數(shù)量變化”進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的教學(xué)，以后的種群增長的,J,型和,S,型曲線以及種群數(shù)量的波動和下降就生物知識講生物知識的話，數(shù)學(xué)建模的過程會是單薄而枯燥的了。但是，如果將種群增長的,J,型和,S,型曲線以及種群數(shù)量的波動和下降和數(shù)學(xué)建模結(jié)合起來，那么學(xué)生就會一直在體驗數(shù)學(xué)建模的過程，教學(xué)會變得更加豐富和扎實。,,,第三：最重要的是，生物學(xué)中的數(shù)學(xué)建模，是利用數(shù)學(xué)工具解釋和解決生物

6、學(xué)的問題，而不是簡單的數(shù)學(xué)圖形和圖表的計算等。因此，如何把種群的數(shù)量變化中數(shù)學(xué)的變化與生物學(xué)知識結(jié)合起來，使教學(xué)既不會上成數(shù)學(xué)課，還能保證學(xué)生生物學(xué)知識的過手，鞏固本節(jié)課的教學(xué)成果。,,,教學(xué)目標(biāo),1.,說明建構(gòu)種群增長模型的方法,,2.,用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化,,3.,關(guān)注人類活動對種群數(shù)量變化的影響,,教學(xué)重、難點,建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型,學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),1.,種群不同于個體具有哪些特征？,2.,研究出生率和死亡率、遷入率和遷出率有什么意義？,3.,研究年齡組成和性別比例有什么意義？,,營造環(huán)境、導(dǎo)入新課,本環(huán)節(jié)的教學(xué)目的是明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)目的，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容的興趣，并思考如何解

7、決問題。,通過對種群特征內(nèi)涵的復(fù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生明確：種群特征都會影響種群密度、種群數(shù)量的變化，這是自然規(guī)律。關(guān)鍵是這種數(shù)量上的變化是否有規(guī)律可循。如果有規(guī)律，人們通過研究認(rèn)識并掌握這些規(guī)律，對于我們對生物資源的保護(hù)和利用是有很大意義的。,,,如何引導(dǎo)？,1.,種群數(shù)量變化規(guī)律,2.,導(dǎo)致變化的生物學(xué)因素,讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的核心問題,教師引導(dǎo)學(xué)生的核心任務(wù),體驗建立數(shù)學(xué)模型的過程,一、構(gòu)建種群增長模型,本環(huán)節(jié)是教師引導(dǎo)學(xué)生第一次體驗數(shù)學(xué)建模的過程，因此需要教師在教學(xué)過程中不斷的為學(xué)生穿針引線、鋪路搭橋，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)過程中的障礙。,,如何引導(dǎo)？,引導(dǎo)學(xué)生：,,,首先是調(diào)查該種群的原始數(shù)量（即現(xiàn)有數(shù)

8、量值,),；其次是分析、測定該種群在特定時間段中的數(shù)量變化；第三是分析、概念、總結(jié)得出在一定時間內(nèi)，種群數(shù)量變化的規(guī)律，形成數(shù)學(xué)模型；第四是運用該數(shù)學(xué)模型解釋、解決現(xiàn)實問題。,,,最簡單的例子（細(xì)菌的數(shù)量變化）來進(jìn)行研究，體會這種研究的歷程。,1.,這些細(xì)菌個體的總體能否稱為一個種群？,,2.,分析以下培養(yǎng)基上的這個細(xì)菌種群數(shù)量怎樣變化的？,,3.,細(xì)菌繁殖一代也就是分裂一次，一次能產(chǎn)生幾個后代？,,4.,那么，繁殖兩代、三代。。。。,n,代以后有多少細(xì)菌個體？,,計算,25,個細(xì)菌種群數(shù)量隨時間增長的數(shù)量，填寫到課本的表格中,N,t,＝,N,o,2,t,引導(dǎo)學(xué)生分析時間與世代的關(guān)系,時間,2

9、0,40,60,80,100,120,140,160,180,200,細(xì)菌數(shù)量,50,100,200,400,800,1600,3200,6400,12800,25600,分析公式和曲線的優(yōu)缺點,提出思考問題：利用公式計算出來的數(shù)據(jù)是對細(xì)菌種群數(shù)量的變化建立了一種數(shù)學(xué)模型，而模型是否正確？必須要對模型進(jìn)行驗證。,設(shè)計目的：完成模型構(gòu)建的第四個步驟,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同數(shù)學(xué)建模在生物學(xué)中的價值以及數(shù)學(xué)建模的,4,個流程。,回憶我們學(xué)過的生物學(xué)知識中有哪些也曾經(jīng)使用到了數(shù)學(xué)的方法？,數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)步驟：,,研究實例,,研究方法,細(xì)菌每,20min,分裂一次,在資源和空間,無限多,的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長不

10、會受種群密度增加的影響,N,n,=2,n,,N,代表細(xì)菌數(shù)量，,n,表示第幾代,觀察、統(tǒng)計細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢驗或修正,提出合理的假設(shè),觀察研究對象，提出問題,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá),通過進(jìn)一步實驗或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗或修正,,,,,1.,模型目的,,2.,模型假設(shè),,3.,模型構(gòu)成,,4.,模型檢驗,二、種群數(shù)量增長的“,J,”型曲線,在上一個環(huán)節(jié)中，學(xué)生體驗了數(shù)學(xué)建模的過程，本環(huán)節(jié)讓學(xué)生自主的再次嘗試數(shù)學(xué)建模的過程。,如何利用剛才的教學(xué)成果過渡到這一個環(huán)節(jié)的教學(xué)中呢？,引導(dǎo)學(xué)生思考：,,1.,剛才建立細(xì)菌數(shù)量增長模型的時候，作出的假設(shè)條件是什么

11、？,,2.,自然界中如果存在這種理想條件的話，還需要假設(shè)哪些條件？,利用教材中的實例，讓學(xué)生嘗試建立野兔在理想條件下種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型,,我設(shè)計的意圖是引導(dǎo)學(xué)生在體驗建構(gòu)模型的時候還能：,,1.,從數(shù)學(xué)角度將,Nn,＝,N,0,2,n,這個公式中的,2,如何演變成,λ,。,,2.,掌握生物學(xué)中,λ,的含義,,根據(jù),N,t,＝,N,o,2,t,的公式，以上的種群數(shù)量變化需要將公式進(jìn)行怎樣的修改？,N,t,＝,N,o,2,t,,N,t,＝,N,o,λ,t,,特別是在由,2,變?yōu)?λ,的時候，要讓學(xué)生去解釋,λ,的含義，要讓學(xué)生理解,λ,是第二代生物的總數(shù)量除以第一代生物的總數(shù)量。也就是在計算,

12、λ,的時候存在世代重疊的現(xiàn)象，而這一個世代重疊又是在細(xì)菌繁殖過程中不存在的。,,J,型曲線的模型條件是什么？,理想條件具體體現(xiàn)是什么？,結(jié)合,J,型曲線分析外來物種的入侵,三、種群數(shù)量增長的“,S,”型曲線,我覺得并環(huán)節(jié)不能將學(xué)生的學(xué)習(xí)重點繼續(xù)放在重復(fù)數(shù)學(xué)建模的過程體驗上。,,,因為“,S,”曲線本身的數(shù)學(xué)模型就十分的復(fù)雜，以學(xué)生現(xiàn)在的能力不可能得出。因此學(xué)習(xí)的重點不應(yīng)是要求學(xué)生掌握建模的數(shù)學(xué)技能技巧，而是將學(xué)習(xí)的重心放到“用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量變化”上，將培養(yǎng)的目標(biāo)放到“注重與現(xiàn)實生活聯(lián)系”的課程目標(biāo)上。培養(yǎng)學(xué)生分析問題由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化上來。,,,,如何將種群增長模型由“,J,”型過渡

13、到“,S,”？教材中提出了一個問題：“,J,”型增長能一直持續(xù)下去嗎？,設(shè)計流程,讓學(xué)生在回顧,J,型曲線的環(huán)境條件后，思考自然界常常出現(xiàn)的有限條件是什么？,在學(xué)習(xí)提出假設(shè)之后，讓學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型,學(xué)生出現(xiàn)建模的知識障礙后，讓學(xué)生嘗試在,J,型曲線的基礎(chǔ)上，結(jié)合剛才提出的假設(shè)，只是進(jìn)行曲線的修改，,明確環(huán)境最大容納量的含義,學(xué)生的活動,,讓學(xué)生解釋特殊區(qū)間的變化原因,1.,在種群密度很低的時候，生物在環(huán)境中的生存能力是有限的，因此種群的增長比較緩慢，這時候,λ,在緩慢的增加。,2.,種群的,λ,會在種群密度達(dá)到,K/2,的時候達(dá)到最大,3.,種群密度繼續(xù)增加之后，環(huán)境會不斷的限制種群的增長，,

14、λ,又會逐漸降低，最后等于,1,。,這種,λ,的變化實際上是種群密度和種群增長率之間存在一中反饋調(diào)節(jié)。,,,本環(huán)節(jié)設(shè)計的目的是：讓學(xué)生體會種群數(shù)量會因為外界因素的各種變化導(dǎo)致波動和下降，同時也讓學(xué)生關(guān)注人類的活動對于生物種群數(shù)量產(chǎn)生的重大影響，讓學(xué)生認(rèn)同人類活動必須要以為此生態(tài)平衡為標(biāo)準(zhǔn)，在這一情感態(tài)度價值觀上得到充分的培養(yǎng)。,,四、種群數(shù)量的波動和下降,在研究種群數(shù)量增長的基礎(chǔ)上，教師提出問題：不論是“,S,”曲線，還是“,J,”型曲線，其變化趨勢都是種群數(shù)量在增長。那么，是否所有影響種群數(shù)量變化的因素都是導(dǎo)致種群數(shù)量增長呢？,,例如：在鼠群的種群增長中，當(dāng)鼠群數(shù)量達(dá)到,K,值之后，植被會因

15、為過渡啃食而被破壞 ，引起食物短缺和隱蔽條件惡化，而使,K,值下降；,K,值下降后會引起更多的鼠死亡，外遷或者被捕食；當(dāng)鼠群的數(shù)量因為死亡率增加而下降到低谷后，植被又逐漸恢復(fù)，食物和隱蔽條件得到改善，,K,值又會上升，于是鼠的數(shù)量上升。,分析老鼠種群和植被之間的關(guān)系，預(yù)測種群數(shù)量達(dá)到,K,值后的變化,引起波動和下降變化的除了食物還有哪些因素？,閱讀教材關(guān)于鯨的數(shù)量和捕鯨業(yè)發(fā)展的關(guān)系，體會人類活動也能影響到生物種群數(shù)量變化，甚至成為決定因素,1.,分析熊貓數(shù)量保護(hù)的方法,2.,分析控制家鼠數(shù)量的方法,學(xué)生活動,改善棲息環(huán)境，提高環(huán)境容納量,為什么不能只采用捕殺的方法,教后反思,努力學(xué)習(xí)新課程理念，并在課堂教學(xué)中使之得到體現(xiàn)。,2.,留心每一個細(xì)節(jié)的設(shè)計，讓學(xué)生的思維得到充分的調(diào)動。,謝謝大家，希望得到大家的批評指正,