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2019-2020年高中生物《種群數(shù)量的變化》教案4 新人教版必修3 一、教學(xué)目標的確定 在課程標準的內(nèi)容標準中規(guī)定了“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動”。該條內(nèi)容標準有兩層涵義：其一，“嘗試建立數(shù)學(xué)模型”屬模仿性技能目標，旨在通過原形示范（細菌的數(shù)量增長）和具體指導(dǎo)，學(xué)生能完成建立數(shù)學(xué)模型；其二，“解釋種群的數(shù)量變動”屬理解水平的知識目標，旨在把握數(shù)學(xué)模型（抽象）與種群的數(shù)量變動（具體）之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。 由此，本節(jié)教學(xué)目標確定為三條（詳見前面本節(jié)的教學(xué)目標）。 二、教學(xué)設(shè)計思路 高中學(xué)生對數(shù)學(xué)模型的概念并不陌生，在學(xué)習(xí)生物學(xué)其他內(nèi)容時，學(xué)生已對運用數(shù)學(xué)解決生物學(xué)中的問題有了一定的認識，例如，對遺傳規(guī)律的認識。因此，本節(jié)是在學(xué)生已有知識的基礎(chǔ)上，重新建構(gòu)新的知識──建構(gòu)揭示生物學(xué)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。 本節(jié)的引入有兩種思路：一是按照教材的編排順序進行，即以“問題探討”引入，然后逐步展開教學(xué)，將本節(jié)的探究活動作為驗證性實驗活動；二是將本節(jié)的探究活動作為研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容，事先布置，讓學(xué)生（或部分學(xué)生）在課外完成。從學(xué)生在活動中產(chǎn)生的問題或體驗引入，結(jié)合教材中的“問題探討”和“建構(gòu)種群增長模型的方法”，討論相關(guān)內(nèi)容，展開教學(xué)。 現(xiàn)以第一種思路為例說明，本節(jié)共2課時。 第一課時的教學(xué)應(yīng)當(dāng)遵循具體→抽象→再具體→再抽象……循環(huán)上升的軌跡。 1.具體。教師以“問題探討”引入，由于學(xué)生已有相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，不難回答問題。教師應(yīng)啟發(fā)學(xué)生思考：得出的數(shù)學(xué)公式有何生物學(xué)意義（說明細菌數(shù)量增長具有哪些性質(zhì)）？ 2.抽象。進一步讓學(xué)生討論：細菌的數(shù)量增長模型是怎樣建構(gòu)的？數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式有哪些？由此，總結(jié)出建構(gòu)種群增長模型的方法。 3.再具體。聯(lián)系實例說明種群增長的兩種數(shù)學(xué)模型。 4.再抽象。結(jié)合細菌的數(shù)量增長模型，得出種群數(shù)量增長的“J型”數(shù)學(xué)模型；結(jié)合實例討論“K”值。 5.進一步回到具體。討論數(shù)學(xué)模型的生物學(xué)意義（說明“J型”和“S型”增長的生物學(xué)意義），列舉實例。 6.進一步抽象?？偨Y(jié)用數(shù)學(xué)模型揭示生物學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律的意義。 在教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生對問題作深入的思考，啟發(fā)學(xué)生從現(xiàn)象揭示出本質(zhì)和規(guī)律，使學(xué)生認同運用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型能夠較好地表達某些生物學(xué)規(guī)律。一定要避免從數(shù)學(xué)到數(shù)學(xué)，為計算而計算的教學(xué)。 第二課時為探究活動：培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化。 由于該探究活動需要較長的時間（連續(xù)觀察7 d），因此，活動的管理是教學(xué)的難點。教師要在制定計劃、同伴的合作、記錄實驗數(shù)據(jù)等方面給予必要的提示。 三、教學(xué)實施的程序（第一課時） 學(xué)生活動 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)知識進行演算。 播放細菌分裂的錄像或演示細菌分裂的計算機模擬動畫。 提示：在自然界中細菌無處不在，有些細菌的大量繁殖會導(dǎo)致疾病。假如現(xiàn)有一種細菌，在適宜的溫度、濕度等環(huán)境下，每20 min左右通過分裂繁殖一代。 引導(dǎo)學(xué)生思考： 1.細菌的生殖方式是怎樣的？ 2.72 h后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的后代數(shù)量是多少？ 3.n代細菌數(shù)量是多少？ 通過創(chuàng)設(shè)具體的情境，讓學(xué)生感受活生生的生命現(xiàn)象。 認識細菌種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)規(guī)律。 學(xué)生討論，充分陳述自己的觀點。 提出問題，組織討論： 1.對細菌種群數(shù)量增長而言，在什么情況下2n公式成立？ 2.這個公式揭示了細菌種群數(shù)量增長的什么規(guī)律？ 3.在學(xué)過的生物學(xué)內(nèi)容中，還有哪些生物學(xué)問題可以用數(shù)學(xué)語言來表示。 提示：數(shù)學(xué)工具在生物學(xué)研究中的作用越來越突出。 用數(shù)學(xué)語言揭示生物學(xué)問題時，要充分考慮到生物學(xué)自身的特點。 認識到在生物學(xué)中有許多現(xiàn)象和規(guī)律可以用數(shù)學(xué)語言來表示。 學(xué)生獨立操作完成圖表，相互交流結(jié)果。 請學(xué)生算出一個細菌產(chǎn)生的后代在不同時間的數(shù)量，并填寫教材中的表格，然后畫出細菌的種群數(shù)量增長曲線。 提示：這是在理想條件下對細菌種群數(shù)量的推測。 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？ 認識種群數(shù)量增長模型的另一種表現(xiàn)形式。 小結(jié)：在描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化時，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)模型”，我們應(yīng)該怎么做？ 結(jié)合本節(jié)的探究實驗，認識建立種群增長模型的程序和方法。 學(xué)生討論： 1.野兔種群增長的原因有哪些？ 2.怎樣用數(shù)學(xué)語言來描述野兔種群增長的規(guī)律？ 3.如果用N0表示野兔種群的起始數(shù)量，用λ表示野兔種群數(shù)量每年的增長倍數(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，野兔種群數(shù)量為多少？（說明計算方法） 5.列舉在自然界中還有哪些與素材中野兔種群數(shù)量增長相類似的情況。 提出問題，組織討論：以上討論的是在實驗條件下種群的數(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：《光明日報》消息 澳大利亞野兔成災(zāi)。估計在這片國土上生長著6億只野兔，它們與牛羊爭牧草，啃樹皮，造成大批樹木死亡，破壞植被導(dǎo)致水土流失，專家計算，這些野兔每年至少造成1億美元的財產(chǎn)損失。兔群繁殖之快，數(shù)量之多足以對澳洲的生態(tài)平衡產(chǎn)生威脅。 澳洲本來沒有兔子，1859年，一個叫托馬斯奧斯汀的英國人來澳定居，帶來了24只野兔，放養(yǎng)在他的莊園里，供他打獵取樂。奧斯汀絕對沒有想到，一個世紀之后，這24只野兔的后代達到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。） 通過具體實例，加深對數(shù)學(xué)模型的理解，并用數(shù)學(xué)語言解釋種群數(shù)量增長的規(guī)律。 明確“J”型種群增長的原因。 小結(jié)：自然界確有類似細菌在理想條件下種群數(shù)量增長的形式。該種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型可表示為“J”型曲線，或數(shù)學(xué)公式： Nt=NOλt 學(xué)生思考：有哪些因素制約著種群數(shù)量的增長？ 學(xué)生討論。 如果自然界的生物種群都是以“J”型方式增長，地球早就無法承受了。 呈現(xiàn)高斯實驗（有條件的學(xué)?？蓪⒏咚箤嶒炗糜嬎銠C模擬技術(shù)呈現(xiàn)出來）。 提出討論題： 1.你認為高斯得出種群經(jīng)過一定時間的增長后，呈“S”型曲線的原因是什么？ 2.在高斯實驗的基礎(chǔ)上，如果要進一步搞清是空間的限制，還是資源（食物）的限制，該如何進行實驗設(shè)計？ 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”？請舉例說明。 從資源和空間上思考種群增長問題。 用生物學(xué)語言解釋“S”型曲線（數(shù)學(xué)模型）。 培養(yǎng)實驗設(shè)計能力。 學(xué)生討論教材中“思考與討論”素材。 小結(jié)：經(jīng)過一定時間，在各種因素的作用下，種群數(shù)量增長會趨于穩(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)量稱為“環(huán)境容納量──K值”。 理解K值，并解釋和說明實際問題。 學(xué)生討論教材中東亞飛蝗種群數(shù)量的波動。討論影響種群數(shù)量波動的因素。 提出問題：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)習(xí)方法要旨。