人教版高二生物必修三《第四章第2节种群数量的变化》教案.doc

第2节种群数量的变化一教学目标一知识方面说明建构种群增长模型的方法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二情感态度与价值观方面关注人类活动对种群数量变化的影响三能力方面尝试建立数学模型用数学模型解释种群数量的变化二教学重点和难点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再次在教学中可以循着现象本质现象或者具体抽象具体的思路通过分析问题探究数学规律解决实际问题建构数学模型的方法让学生体验由具体到抽象的思维转化过程本节教学可以从教材提供的问题探讨延伸开去细菌的繁殖速度很快如果在营养和生存空间没有限制的情况下在短时间内细菌的种群数量就能达到一个天文数字在已有数学知识的基础上学生不难得出代细菌数量的计算公式教师可直接要求学生完成教材第页上表格并依据表中的数值画出细菌种群的增长曲线让学生感受到生物现象和规律可用数学语言公式和曲线图表达出来当然有条件的学校也可预先将教材中的探究培养液中酵母菌种群数量的变化作为研究性学习的课题让学生在课外进行研究在学生研究的基础上再进行本节内容的教学接着教师简要讲解数学模型的概念强调以下两点数学方法的介入使我们对大自然有了更多的认识数学方法并非是近年来才出现的新方法在科学史上牛顿等很多伟大的科学家都是建立和应用数学模型的大师他们将各个不同的科学领域同数学有机地结合起来在不同的学科中取得了巨大的成就如力学中的牛顿定律电磁学中的麦克斯伟方程化学中的门捷列夫周期表生物学中的孟德尔遗传定律等都是经典的应用数学模型的光辉范例在当代由于计算机的运用数学模型在生态地质航空等方面有了更加广泛和深入的应用数学模型在生物学中也越来越表现出强大的生命力它通过建立可以表述生命系统发展状况等的数学系统对生命现象进行量化以数量关系描述生命现象再运用逻辑推理求解和运算等达到对生命现象进行研究的目的学生有了以上感性和理性的认识基础教师再进一步阐述建构种群增长模型的方法教材中结合问题探讨的素材介绍了建立数学模型的一般步骤在教学中教师还应当适当加以展开丰富其内涵例如第一步观察研究对象是为了发现问题探索规律细菌每分裂一次便是通过大量观察和实验得出的规律这是建立数学模型的基础在这一基础上运用数学方法将生物学问题转化为数学问题生命现象和规律往往不是数学化的这就需要善于从具体现象中抓住其数学本质第二步合理提出假设是数学模型成立的前提条件假设不同所建立的数学模型也不相同第三步是要运用数学语言进行表达即数学模型的表达形式需要指出的是当呈现为某种数学模型时教师一定要让学生认识到数学模型所蕴涵的生物学意义要避免离开生物学讨论数学的倾向第四步是对模型进行检验和修正这在科学研究中是必不可少的步骤在理想状态下细菌种群数量增长的数学模型是比较简单的而生物学中大量现象与规律是极为复杂的存在着许多不确定因素和例外的现象需要通过大量实验或观察对模型进行检验和修正在上述以细菌在理想状态下种群数量增长为例的教学中已经交待了种群增长的型曲线因此可以通过列举事例引到型增长的数学模型上来又如按达尔文的估计一对象如果保证食物和其他条件在没有其他生物或天敌危害的情况下年后就可繁殖成具有个个体的巨大种群这表明种群具有巨大的增殖能力但是这一现象并没有在自然界中发生因为在没有人为干扰的稳定的自然环境中各个种群在物理因素和生物因素的制约下出生率和死亡率一般说来是平衡的种群的个体数是稳定的由此引入种群增长的型曲线尽管物种具有巨大的增长潜力在自然界中种群却不能无限制地增长因为随着种群数量的增长制约因素的作用也在增大所以在自然界种群总是在增长到一定限度后达到相对稳定有关型曲线的教学可具体分析教材中的高斯实验例如为什么大草履虫第二天第三天增长较快而第五天以后数量基本稳定高斯实验的条件与问题探讨中的条件有何区别理解了型曲线后学生对环境容纳量的概念就不难理解了关于型曲线应用的实际意义教师可以结合思考与讨论活动来进行教学灭鼠时如果我们只采取杀死老鼠这一办法效果往往不好因为如果我们杀死了一半老鼠存活的老鼠反而降到指数生长期因而老鼠将按指数增长很快就恢复到原来数量更有效的灭鼠办法是既杀死老鼠又清除垃圾严密储存食物使环境容纳量降低这就从根本上限制了老鼠的种群数量地球的容纳量是有限的食物水和空间是影响人口多少和增长率的限制因素自然界中多数生物种群都已达到稳定期总体上看许多种群的种群数量一般不再增长而是波动或变动关于种群数量的波动和下降教师可以引导学生对具体事例进行讨论总结出影响种群数量的主要因素值得注意的是教材中穿插了两则与社会的联系这是将所学知识联系实际的重要途径在教学中要引导学生认真讨论四探究指导探究实验培养液中酵母菌种群数量的变化旨在让学生通过对培养液中酵母菌种群数量连续天的观察探究变化规律进而统计数据建构数学模型绘制变化曲线提出问题教材中提出的问题是培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的教师也可以进一步引导学生依据所学知识分析酵母菌生长的条件与种群数量增长之间的关系提出探究的问题例如在不同温度以及通氧通等条件下酵母菌种群数量增长的情况如何不同培养液如加糖和不加糖中酵母菌种群数量增长的情况如何等等作出假设科学研究始于问题作出假设可以使科学研究更具有针对性而不是盲目搜集资料进行研究作出假设需要立足于已有知识但更需要充分发挥想像力和创造力在教学中要鼓励学生积极大胆地提出假设但同时教师应提出合理提出假设的要求要围绕着问题根据预期结果作出符合逻辑的假设讨论探究思路这是开展探究活动的重要内容之一通过讨论能使学生明白实验设计的基本原理在具体操作时做到心中有数制订计划本实验时间较长天因此事前一定要做好周密的计划定程序定时间定人员实施计划按计划中确定的工作流程认真操作做好实验记录分析结果得出结论将记录的数据用曲线图表示出来讨论分析实验的结果与假设是否一致种群数量的变化教学设计第一课时一教学目标的确定在课程标准的内容标准中规定了尝试建立数学模型解释种群的数量变动该条内容标准有两层涵义其一尝试建立数学模型属模仿性技能目标旨在通过原形示范细菌的数量增长和具体指导学生能完成建立数学模型其二解释种群的数量变动属理解水平的知识目标旨在把握数学模型抽象与种群的数量变动具体之间的内在逻辑联系由此本节教学目标确定为三条详见前面本节的教学目标二教学设计思路高中学生对数学模型的概念并不陌生在学习生物学其他内容时学生已对运用数学解决生物学中的问题有了一定的认识例如对遗传规律的认识因此本节是在学生已有知识的基础上重新建构新的知识建构揭示生物学规律的数学模型本节的引入有两种思路一是按照教材的编排顺序进行即以问题探讨引入然后逐步展开教学将本节的探究活动作为验证性实验活动二是将本节的探究活动作为研究性学习内容事先布置让学生或部分学生在课外完成从学生在活动中产生的问题或体验引入结合教材中的问题探讨和建构种群增长模型的方法讨论相关内容展开教学现以第一种思路为例说明本节共课时第一课时的教学应当遵循具体抽象再具体再抽象循环上升的轨迹具体教师以问题探讨引入由于学生已有相关的数学知识不难回答问题教师应启发学生思考得出的数学公式有何生物学意义说明细菌数量增长具有哪些性质抽象进一步让学生讨论细菌的数量增长模型是怎样建构的数学模型的表现形式有哪些由此总结出建构种群增长模型的方法再具体联系实例说明种群增长的两种数学模型再抽象结合细菌的数量增长模型得出种群数量增长的型数学模型结合实例讨论值进一步回到具体讨论数学模型的生物学意义说明型和型增长的生物学意义列举实例进一步抽象总结用数学模型揭示生物学现象与规律的意义在教学中教师要引导学生对问题作深入的思考启发学生从现象揭示出本质和规律使学生认同运用恰当的数学模型能够较好地表达某些生物学规律一定要避免从数学到数学为计算而计算的教学第二课时为探究活动培养液中酵母菌种群数量的变化由于该探究活动需要较长的时间连续观察因此活动的管理是教学的难点教师要在制定计划同伴的合作记录实验数据等方面给予必要的提示三教学实施的程序第一课时学生活动教师的组织和引导教学意图学生基于已有的数学知识进行演算播放细菌分裂的录像或演示细菌分裂的计算机模拟动画提示在自然界中细菌无处不在有些细菌的大量繁殖会导致疾病假如现有一种细菌在适宜的温度湿度等环境下每左右通过分裂繁殖一代引导学生思考细菌的生殖方式是怎样的后由一个细菌分裂产生的后代数量是多少代细菌数量是多少通过创设具体的情境让学生感受活生生的生命现象认识细菌种群数量增长的数学规律学生讨论充分陈述自己的观点提出问题组织讨论用数学语言揭示生物学问题时要对细菌种群数量增长而言在什么情况下公式成立这个公式揭示了细菌种群数量增长的什么规律在学过的生物学内容中还有哪些生物学问题可以用数学语言来表示提示数学工具在生物学研究中的作用越来越突出充分考虑到生物学自身的特点认识到在生物学中有许多现象和规律可以用数学语言来表示学生独立操作完成图表相互交流结果请学生算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量并填写教材中的表格然后画出细菌的种群数量增长曲线提示这是在理想条件下对细菌种群数量的推测引导学生讨论同数学公式相比曲线图表示的模型有什么局限性认识种群数量增长模型的另一种表现形式小结在描述解释和预测种群数量的变化时常常需要建立数学模型数学模型的表现形式可以为公式图表等学生讨论建立培养液中酵母菌种群数量的数学模型的方案程序和方法提出问题组织讨论如何建立培养液中酵母菌种群数量的数学模型我们应该怎么做结合本节的探究实验认识建立种群增长模型的程序和方法学生讨论野兔种群增长的原因有哪些怎样用数学语言来描述野兔种群增长的规律如果用表示野兔种群的起始数量用表示野兔种群数量每年的增长倍数用表示年后野兔种群的数量那么为多少根据上述素材估算年时野兔种群数量为多少说明计算方法列举在自然界中还有哪些与素材中野兔种群数量增长相类似的情况提出问题组织讨论以上讨论的是在实验条件下种群的数量变化在自然界中种群的数量变化情况如何提供素材光明日报消息澳大利亚野兔成灾估计在这片国土上生长着亿只野兔它们与牛羊争牧草啃树皮造成大批树木死亡破坏植被导致水土流失专家计算这些野兔每年至少造成亿美元的财产损失兔群繁殖之快数量之多足以对澳洲的生态平衡产生威胁澳洲本来没有兔子年一个叫托马斯奥斯汀的英国人来澳定居带来了只野兔放养在他的庄园里供他打猎取乐奥斯汀绝对没有想到一个世纪之后这只野兔的后代达到亿只之多有条件的学校教师可播放澳大利亚野兔成灾的录像片通过具体实例加深对数学模型的理解并用数学语言解释种群数量增长的规律明确型种群增长的原因小结自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式该种群数量增长的数学模型可表示为型曲线或数学公式学生思考有哪些因素制约着种群数量的增长学生讨论如果自然界的生物种群都是以型方式增长地球早就无法承受了呈现高斯实验有条件的学校可将高斯实验用计算机模拟技术呈现出来提出讨论题你认为高斯得出种群经过一定时间的增长后呈型曲线的原因是什么在高斯实验的基础上如果要进一步搞清是空间的限制还是资源食物的限制该如何进行实验设计如何理解值的前提条件在环境条件不受破坏的情况下请举例说明从资源和空间上思考种群增长问题用生物学语言解释型曲线数学模型培养实验设计能力学生讨论教材中思考与讨论素材小结经过一定时间在各种因素的作用下种群数量增长会趋于稳定呈S型曲线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K值理解值并解释和说明实际问题学生讨论教材中东亚飞蝗种群数量的波动讨论影响种群数量波动的因素提出问题在自然界中种群数量是否总能稳定在K值为什么从多因素思考种群数量的变化总结从具体的生物现象与规律建立抽象的数学模型又用抽象的数学模型来解释具体的生物学现象与规律这是学习本节的要旨把握学习方法要旨练习一基础题课后反思