高二生物種群數(shù)量的變動(dòng)

1、種群數(shù)量的變動(dòng)一、教學(xué)目標(biāo)1.說(shuō)明建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法。2.通過(guò)探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。3.用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。4.關(guān)注人類(lèi)活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(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。建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。三、教學(xué)設(shè)想首先，教師要領(lǐng)會(huì)和把握好本節(jié)的教學(xué)要旨。課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于本節(jié)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(dòng)”，并提出了相應(yīng)的活動(dòng)建議“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”。顯然，引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法解釋生命現(xiàn)象，揭示生命活動(dòng)規(guī)律是本節(jié)教學(xué)策略的著眼點(diǎn)。其次，教師應(yīng)對(duì)數(shù)學(xué)模型及其教育價(jià)值有一個(gè)

2、基本的認(rèn)識(shí)。數(shù)學(xué)模型是聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題與數(shù)學(xué)的橋梁，具有解釋、判斷、預(yù)測(cè)等重要功能。在科學(xué)研究中，數(shù)學(xué)模型是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和探索新規(guī)律的有效途徑之一。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，有利于培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察能力；同時(shí)，通過(guò)科學(xué)與數(shù)學(xué)的整合，有利于培養(yǎng)學(xué)生簡(jiǎn)約、嚴(yán)密的思維品質(zhì)。再次，在教學(xué)中，可以循著現(xiàn)象本質(zhì)現(xiàn)象，或者具體抽象具體的思路，通過(guò)分析問(wèn)題探究數(shù)學(xué)規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法，讓學(xué)生體驗(yàn)由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過(guò)程。四、教學(xué)方法探究討論法五、教學(xué)過(guò)程：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(huà)。提示：在自然界中

3、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20min左右通過(guò)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？2.72h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(guò)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(wèn)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(guò)的生物學(xué)內(nèi)容中，還有哪些生物學(xué)問(wèn)題可以用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表示。提示：數(shù)學(xué)工具在生物學(xué)研究中的作用越來(lái)越突出。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言揭示生物

4、學(xué)問(wèn)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(lái)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(xiě)教材中的表格，然后畫(huà)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(wèn)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

5、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(lái)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(shuō)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(lèi)似的情況。提出問(wèn)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

6、草，啃樹(shù)皮，造成大批樹(shù)木死亡，破壞植被導(dǎo)致水土流失，專(zhuān)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(lái)沒(méi)有兔子，1859年，一個(gè)叫托馬斯·奧斯汀的英國(guó)人來(lái)澳定居，帶來(lái)了24只野兔，放養(yǎng)在他的莊園里，供他打獵取樂(lè)。奧斯汀絕對(duì)沒(méi)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(guò)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(lèi)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

7、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(lái)）。提出討論題：1.你認(rèn)為高斯得出種群經(jīng)過(guò)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(shuō)明。從資源和空間上思考種群增長(zhǎng)問(wèn)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(guò)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(chēng)為“環(huán)境容納量K值”。理解K值，并解釋和說(shuō)明實(shí)際問(wèn)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(wèn)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(lái)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)