2019-2020年高中生物 种群数量教案 新人教版必修3.doc

2019-2020年高中生物 种群数量教案 新人教版必修3一、教学目标1.说明建构种群增长模型的方法。2.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型。3.用数学模型解释种群数量的变化。4.关注人类活动对种群数量变化的影响。二、教学重点和难点1.教学重点尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。2.教学难点建构种群增长的数学模型。三、教学策略首先，教师要领会和把握好本节的教学要旨。课程标准关于本节的具体内容标准为“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“探究培养液中酵母种群数量的动态变化”。显然，引导学生用数学方法解释生命现象，揭示生命活动规律是本节教学策略的着眼点。其次，教师应对数学模型及其教育价值有一个基本的认识。数学模型是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能。在科学研究中，数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径之一。引导学生建构数学模型，有利于培养学生透过现象揭示本质的洞察能力；同时，通过科学与数学的整合，有利于培养学生简约、严密的思维品质。四、教学过程屏幕显示：中国水利网宁波、昆明、武汉等地，人躺在铺满水葫芦的湖面上，可以不沉；上海去年3万吨的水葫芦打捞量，今年已翻了3倍有余，上升至10万吨；水葫芦所带来的水体富营养化，让越来越多的水中生物痛失“家园”。国家地理在几百年前，金丝猴在许多地区广泛分布，人口的增加和山林的破坏使金丝猴的分布区越来越小。现在，黔金丝猴的数量只有500600只，处于濒危状态，只在贵州省的梵净山区生存。我国人口出生率和自然增长率分别由1970年的3.343%和2.583%，下降到xx年的1.286%和0.65%。师：以上无论是动物，还是植物，还是人的实例描述的都是一类问题，同种生物的数量变化，那就是种群数量的变化，种群数量变化的研究对于我们的生活、生产，对社会和整个自然界都有许多重要的意义。课题：种群数量的变化（板书）讨论：从以上事例，我们研究种群数量的变化有什么意义呢？（学生讨论回答）无论是什么意义我们最大的愿望就是实现人和自然的和谐发展。那么我们就来研究种群数量有那些变化。师：实例：以前农村医生用的针头在使用前要放在沸水中煮一段时间，然后放在一定浓度酒精中后才能使用，为什么？ 学生思考，回答：细菌污染。师：当有细菌污染后，哪怕是只有一个细菌，在培养基上也会在很短的时间内形成大量个体，我们把他叫作菌落。实际上由某个细菌形成的菌落就是指的一种细菌的种群。（图示：菌落）。那么一个细菌怎么变成一个种群呢？（繁殖）。那是细菌种群数量的增长，如果在某个培养基上长时间培养，种群数量会怎样变化呢？（学生讨论回答，老师总结。）我们先来探究种群数量的增长这种变化。细菌的繁殖是一种二分裂生殖。有的细菌每20分钟就繁殖一代，我们就以这样的细菌作为观察对象进行研究。板书：观察研究对象师：这样，其实就是开始了一种研究种群数量变化的方法。讨论：如果在营养和生存空间等条件都适宜的情况下，细菌会增殖为多少？以每20分钟繁殖一代计算。完成表格：（学生讨论完成）时间分钟20406080100120140160180细菌数量实际上我们刚才的工作是对特定环境下细菌种群增长的假设。板书：提出合理假设进一步讨论：N表示细菌数量，n表示繁殖产生细菌的代数，写出n代细菌数量的计算公式。同时以表格中得到的数据，以时间为横轴，以数量为纵轴，画出细菌种群数量增长的曲线。学生讨论完成，并展示成果。数学公式： N=2n 坐标图曲线屏幕显示。 师：当我们得到方程式或者曲线图的时候，实际上是试图在用某种恰当的数学形式来表达种群增长的实质，我们把这样的环节叫做数学表达。板书：数学表达师：用方程式可以比较简单的计算细菌的数量，用曲线能更加直观地反映出种群数量增长的趋势。进一步讨论：能不能根据细菌增长的方程式推导成一个反映一般的种群和细菌种群增长类似的种群增长的方程式？师：Nt表示t年后该种群的数量。种群的起始数量不是1而是以N0表示起始数量。每繁殖一代的时间是确定的，用t表示为时间（不是第几代，而是第一个20分钟，第二个20分钟，就是第几个繁殖期）。表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。学生讨论完成，并展示成果。 Nt=N0 t 一个反映一般的种群增长的方程式。师：其实得到的仅仅是一种可能的种群增长方程式，实际上是不是这样的，我们还不知道，要回答这个问题，我们必须进入下一个步骤，就是检验和修正。板书：检验、修正师：如果我们的实验得到的方程式和曲线符合假设，那么我们的假设就成立。如果不符合，那么我们的假设就有问题，需要重新假设。有学生做了这样的实验：利用进行分裂生殖的单细胞的原生动物草履虫做实验，使用提纯的草履虫种群放在50ml的烧杯中，用稻草秸杆溶液培养，每天进行观察，并记数、作好记录，每天记数、记录后马上进行分装到更大的容器中，并添加新的稻草秸杆培养溶液，并记数、记录，连续记数、记录6天，结果如下表：时间第一天第二天第三天第四天第五天第六天个数15001580400678201618028130以上数据为平均每毫升溶液中草履虫的种群数量。曲线图见课件实际情况和我们的假设应该的符合的，我们还可以通过计算机推导出相关的方程式，结果也是符合的。说明我们的假设是有效的，那么我们就可以把得到的方程式或者曲线图叫做描述种群数量增长的数学模型，那么这种方法叫做种群增长数学模型的建构过程。板书： 观察对象 合理假设 数学表达 检验、修正建构数学模型如果我们不分装到更大的容器中，不添加新的稻草秸杆培养溶液，结果会是怎样的呢？（学生讨论回答）师：生态学家高斯，曾经做过这样一个实验：在0.5ml培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24小时统计一次草履虫的数量，连续6天，得到一曲线图：见课件。和刚才的实验结果不一样，是谁错了吗？还是有其他原因？实际上是得到了两个不同的种群增长模型。（对于数学模型的建构重新思考，还是要回到第一步，重新观察研究对象，完成建构过程，实际要得到正确的模型，必须要反复这样的过程。）比如细菌，如同学做的草履虫实验，从中得到的模型曲线类似于英文字母J，我们把他叫做“J”型曲线。（板书）。体现种群“J”型增长。比如高斯的实验，他得到的模型曲线类似于英文字母S，我们把他叫做“S”型曲线。（板书）。体现种群“S”型增长。关键我们要理解其中的“K”值（板书），高斯的实验的K值是375，同学们如何理解“K”值。（学生讨论回答）那么，什么情况下是J型增长，什么情况下又是S型增长呢？为什么S型增长不能超过一个最大值呢？（学生讨论回答）师：经过同学的分析，我们知道，两种曲线图之所以不同，原因是他们的条件是不一样的，比如细菌，他是在营养和生存空间等条件都适宜的情况下得到的种群增长情况，如同学做的草履虫实验，是在分装到更大的容器中，并添加新的稻草秸杆培养溶液的情况下得到的种群增长情况。我们把这种，在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下得到的种群增长曲线，是“J”型曲线。我们称这样的条件为理想条件。（板书）那么如高斯的实验指的是在资源和空间有限的情况下，当种群密度增大时，种内斗争就会加剧，以该生物种群为食的动物数量也会增加，这样就会使种群的出生率减低，死亡率增高。当死亡率增高到和出生率相等时，种群的增长就会停止，达到K值，那么所谓的K值就是，在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量，称为环境容纳量，也就是K值。他们的条件是有限的。（板书）你认为K值是个固定值吗，为什么？试从环境容纳量上分析保护大熊猫和控制鼠害的根本措施。（学生讨论回答）体现研究种群数量变化的意义，体现生物与环境的关系。学生讨论并回答问题。老师总结。师：自然界确实存在类似于J型增长的种群，例如1859年，以为英国老人到澳大利亚定居，带去24只野兔，一个世纪以后，他们的后代数量达到6亿只以上。还有就是我们知道的加拿大一枝黄花，作为观赏物种引进后的泛滥，原因就是一开始食物、空间充裕，缺乏天敌等，导致种群表现出J型增长。当然最常见就是最后会因为环境资源的限制而出现种群增长的最大值。也就是出现J型增长。种群数量增长的数学模型的比较：项目J型增长曲线S型增长曲线条件无限环境理想条件有限环境自然条件模型假设食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。有一个环境条件所允许的种群数量的最大环境容纳量K值，种群数量达到K时,种群将不再增长。建立模型Nt=NOtK为环境的容纳量种群经过增长后,种群数量稳定在K值不变,这在自然种群的研究中还没有充分的证据。相反,有证据表明在外界条件稳定的条件下,种群数量在达到K值后仍有变动。见高斯的曲线图，所以只是相对稳定。种群数量变化：稳定（板书）种群数量的变化就是增长和稳定吗？如果高斯的实验继续下去，种群数量怎么变化？学生讨论回答。看图：鲨鱼的种群数量变化。总结：下降（板书）。原因是什么呢？海洋环境的改变，还有在主要原因是人的捕获量越来越大。看图：东亚飞蝗种群数量的变化。（屏幕显示）学生讨论回答。总结：波动（板书）。在自然界，影响种群数量的因素很多，如气候、食物、天敌、传染病等，因此，大多数种群的数量总是在波动中。有的是不规则波动,有的是周期性波动。随着人口的增长，科技水平的提高，人类活动范围的扩大，人类活动对自然界中群数量变化的影响越来越大，有时候甚至成为决定性的因素。讨论：影响种群数量变化的因素有那些？学生讨论回答总结本节内容，解决相关问题。练习巩固。探究课题：培养液中酵母菌种群数量的变化。进一步思考不同条件下（温度、通氧、通二氧化碳、培养液是否加糖等）酵母菌种群数量增长的情况。