《种群数量的变化》的教学设计

《种群数量的变化》的教学设计

作者：李琳琳

来源：《亚太教育》2015年第23期

摘 要：本课的设计遵循了具体→抽象→再具体→再抽象循环上升的轨迹。从生活实例入手认识种群数量变化，以问题探讨为出发点引导构建细菌种群增长规律，构建自然种群增长模型，通过实例分析总结“J型”和“S型”增长模型形成条件和特点。通过解决实际问题分析研究种群数量变化的意义。

关键词：种群数量；数学模型；建构模型z 一、教学目标

知识目标：说明建构种群增长模型的方法。

能力目标：1.通过讨论细菌的种群数量的变化，尝试去建构种群增长的数学模型。2.学会用数学模型解释种群数量的变化情况。

情感态度的价值观：关注人类活动对种群数量变化产生的影响。

重点难点。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。 二、教学设计思路

教师从生活实例引入课题，以“问题探讨”为出发点引导学生构建细菌种群增长规律，从生活入手构建自然种群增长模型，让学生总结出数量增长模型的构建方法。结合细菌的数量增长模型，让学生得出种群数量增长的“J型”数学模型；结合实例讨论“K”值意义。通过例举实例说明“J型”和“S型”增长的生物学意义。

引导学生对这些问题作深入的思考，启发并引导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。避免了从数学到数学，为计算而计算的教学。导致无用功。 三、教学过程

课题引入。多媒体显示：黔金丝猴的数量变化，我国人口出生率和增长率的变化。引出课题

活动1：细菌种群数量增长模型的建构

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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，然后放在高浓度酒精中才能使用，为什么？学生思考回答：细菌污染。

总结：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，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。 播放细菌分裂生殖视频，并思考讨论以下问题：

1.1个细菌，如果在营养和生存空间等条件都适宜的情况下，以每20分钟繁殖一代计算，会增殖为多少？请完成学案上的表格。2.如果我们用N表示细菌数量，那么第n代细菌数目是多少，用数学公式表示。3.48小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？4.利用表格中的数据，以繁殖代数为横轴，细菌数量为纵轴，尝试画出细菌种群增长的曲线。

引导学生总结建立数学模型的一般步骤：观察研究对象，提出问题→提出合理的假设→根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达→通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正。

活动2：自然种群增长模型的构建

幻灯片展示：澳大利亚野兔的数量变化，美国环颈雉种群数量变化

思考讨论：如果种群的起始数量不是1个，而是No，如果每经历一个繁殖期后，子代种群数量是原来的λ倍。如果繁殖一代的时间是确定的，繁殖代数用t代替n则种群的增长公式应该如何表示？

学生讨论，学生代表汇报结果。

实际上，我们刚才所做的是对已经构建的数学模型进行检验与修正。有条件的话，我们还要亲自去观察实验，来证实我们得到的数学模型是可靠的。 活动3：引导学生总结J型曲线形成条件以及特点。

①产生条件：理想状态——食物充足，空间不限，气候适宜，没有天敌等。②增长特点：种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。③公式：Nt=N0×λt。④实例：实验室条件下、外来物种入侵、迁移入新环境。 活动4：种群S型增长曲线

思考探究：在一个一定容积的培养基中，细菌的数量会一直会按照“J”型曲线增长吗？为什么？

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态学家高斯的实验：在0.5ml培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图（展示S型增长曲线图）所示的结果。 分析曲线图：

1.曲线形状象什么？其种群达到基本稳定的数量值称为什么？2.K值含义是什么呢？3.分析种群数量增长的过程。

活动5：引导学生总结种群“S”型曲线的产生条件和特点

①产生条件：存在环境阻力。自然条件（现实状态）——食物等资源和空间总是有限的，当种群密度增大时，种内竞争不断加剧，天敌数量不断增加，导致该种群的出生率降低，死亡率增高。

②增长特点：种群数量达到环境所允许的最大值（K值），将停止增长并在K值左右保持相对稳定。

活动6：利用我们所学知识，试着解决一些实际生活中遇到的问题：1.为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群种群数量保持在什么水平？2.对家鼠等有害动物的控制，从环境容纳量的角度看，应当采取什么措施？ 总结研究种群数量变化的意义有哪些？

1.对种群的数量变化做出预测，合理利用和保护野生生物资源——例如鱼类的捕捞。2.通过研究种群数量变动规律，为害虫的预测及防治提供科学依据。——例如蝗虫的防治。3.拯救和恢复濒危动物种群，如大熊猫。4.为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。 四、课内练习

1.在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群（m个菌体）接种到培养基上培养，理想条件下，t小时后，该种群的菌体总数是（ ）

A.m·2t B.m·220 C.2t/20 D.m·23t

2.下列有关种群增长的S型曲线的叙述，错误的是（ ）

A.某种群生存环境破坏其K值变小 B.种群出生率在各阶段是不相同的 C.种群增长不受资源和空间限制 D.通常自然界中的种群增长曲线最终呈S型

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3.关于右图中种群数量变化说法错误的是（ ） A.种群J型曲线只是在理想的条件下才可以出现

B.种群S型增长过程中，在达到K值之前就会是J型的增长 C.当自然状态下种群数量达到600时，种群的增长速率变为0 D.环境条件发生变化的时侯，种群的K值也会发生相应的变化 （作者单位：河北沧州实验高级中学）