必修三+人教版第+4+章——種群數(shù)量的變化研究性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì).doc

種群數(shù)量的變化研究性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)作者姓名任職單位學(xué)科生物年級(jí)高一單元標(biāo)題種群和群落研究性學(xué)習(xí)名稱影響種群數(shù)量的因素有哪些小組成員所需時(shí)間【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（或概述）1.說明建構(gòu)種群增長模型的方法。2.通過探究培養(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)注人類活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響。【情境】關(guān)于種群的數(shù)量變化，教材介紹了四種情況：“J”型增長、“S”型增長、波動(dòng)和下降。應(yīng)當(dāng)注意的是，教材以問題串的形式揭示了這四種情況之間的內(nèi)在聯(lián)系：在理想的無限環(huán)境中，即資源和空間十分充足，沒有天敵和其他災(zāi)害等，種群數(shù)量會(huì)呈“J”型增長；而在自然界，資源和空間總是有限的，因此，即使出現(xiàn)“J”型增長，也不可能持續(xù)很久，經(jīng)過一定時(shí)間的增長后，數(shù)量會(huì)在“K”值左右趨于穩(wěn)定，這種增長模型為“S”型增長；在有限環(huán)境中，種群數(shù)量是否都能在“K”值維持穩(wěn)定呢？不是的，由于氣候、食物、天敵、傳染病等因素的影響，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)的，在不利條件下，甚至?xí)霈F(xiàn)持續(xù)的下降乃至消亡。【任務(wù)與預(yù)期成果】（1）通過親自研究一個(gè)真實(shí)的種群，加深對(duì)種群數(shù)量變化知識(shí)的理解；（2）嘗試用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化；（3）運(yùn)用抽樣檢測的方法；（4）運(yùn)用顯微觀察和微生物培養(yǎng)的方法；（5）培養(yǎng)收集、整理、分析數(shù)據(jù)的能力；等等【過程】（過程要體現(xiàn)研究性學(xué)習(xí)的主要環(huán)節(jié)）本節(jié)教學(xué)可以從教材提供的“問題探討”延伸開去：細(xì)菌的繁殖速度很快，如果在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，在短時(shí)間內(nèi)，細(xì)菌的種群數(shù)量就能達(dá)到一個(gè)天文數(shù)字。在已有數(shù)學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生不難得出n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式。教師可直接要求學(xué)生完成教材第66頁上表格，并依據(jù)表中的數(shù)值，畫出細(xì)菌種群的增長曲線，讓學(xué)生感受到生物現(xiàn)象和規(guī)律可用數(shù)學(xué)語言（公式和曲線圖）表達(dá)出來。當(dāng)然，有條件的學(xué)校，也可預(yù)先將教材中的探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”作為研究性學(xué)習(xí)的課題，讓學(xué)生在課外進(jìn)行研究，在學(xué)生研究的基礎(chǔ)上再進(jìn)行本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)。教師簡要講解數(shù)學(xué)模型的概念，學(xué)生有了以上感性和理性的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，教師再進(jìn)一步闡述“建構(gòu)種群增長模型的方法”。教材中結(jié)合“問題探討”的素材，介紹了建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟。在教學(xué)中，教師還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加以展開，豐富其內(nèi)涵。例如，第一步觀察研究對(duì)象是為了發(fā)現(xiàn)問題，探索規(guī)律，“細(xì)菌每20 min分裂一次”便是通過大量觀察和實(shí)驗(yàn)得出的規(guī)律。這是建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，在這一基礎(chǔ)上運(yùn)用數(shù)學(xué)方法將生物學(xué)問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題。生命現(xiàn)象和規(guī)律往往不是數(shù)學(xué)化的，這就需要善于從具體現(xiàn)象中抓住其數(shù)學(xué)本質(zhì)。第二步合理提出假設(shè)是數(shù)學(xué)模型成立的前提條件，假設(shè)不同，所建立的數(shù)學(xué)模型也不相同。第三步是要運(yùn)用數(shù)學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)，即數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式。需要指出的是，當(dāng)呈現(xiàn)為某種數(shù)學(xué)模型時(shí)，教師一定要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)模型所蘊(yùn)涵的生物學(xué)意義，要避免離開生物學(xué)討論數(shù)學(xué)的傾向。第四步是對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，這在科學(xué)研究中是必不可少的步驟。在理想狀態(tài)下細(xì)菌種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型是比較簡單的，而生物學(xué)中大量現(xiàn)象與規(guī)律是極為復(fù)雜的，存在著許多不確定因素和例外的現(xiàn)象，需要通過大量實(shí)驗(yàn)或觀察，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。在上述以細(xì)菌在理想狀態(tài)下種群數(shù)量增長為例的教學(xué)中，已經(jīng)交待了“種群增長的J型曲線”。因此，可以通過列舉事例，引到“J型增長的數(shù)學(xué)模型”上來。又如，按達(dá)爾文的估計(jì)，一對(duì)象，如果保證食物和其他條件，在沒有其他生物或天敵危害的情況下，740750年后就可繁殖成具有19 000 000個(gè)個(gè)體的巨大種群。這表明種群具有巨大的增殖能力。但是，這一現(xiàn)象并沒有在自然界中發(fā)生，因?yàn)椋跊]有人為干擾的穩(wěn)定的自然環(huán)境中，各個(gè)種群在物理因素和生物因素的制約下，出生率和死亡率一般說來是平衡的，種群的個(gè)體數(shù)是穩(wěn)定的。由此引入“種群增長的S型曲線”。盡管物種具有巨大的增長潛力，在自然界中，種群卻不能無限制地增長。因?yàn)椋S著種群數(shù)量的增長，制約因素的作用也在增大，所以在自然界，種群總是在增長到一定限度后達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。有關(guān)“S型曲線”的教學(xué)，可具體分析教材中的高斯實(shí)驗(yàn)。例如，為什么大草履蟲第二天、第三天增長較快，而第五天以后數(shù)量基本穩(wěn)定？高斯實(shí)驗(yàn)的條件與“問題探討”中的條件有何區(qū)別？理解了“S型曲線”后，學(xué)生對(duì)“環(huán)境容納量”的概念就不難理解了。關(guān)于“S型曲線”應(yīng)用的實(shí)際意義，教師可以結(jié)合“思考與討論”活動(dòng)來進(jìn)行教學(xué)。滅鼠時(shí)，如果我們只采取殺死老鼠這一辦法，效果往往不好。因?yàn)槿绻覀儦⑺懒艘话肜鲜螅婊畹睦鲜蠓炊档街笖?shù)生長期，因而老鼠將按指數(shù)增長，很快就恢復(fù)到原來數(shù)量。更有效的滅鼠辦法是既殺死老鼠，又清除垃圾，嚴(yán)密儲(chǔ)存食物，使環(huán)境容納量降低，這就從根本上限制了老鼠的種群數(shù)量。地球的容納量是有限的，食物、水和空間是影響人口多少和增長率的限制因素。自然界中多數(shù)生物種群都已達(dá)到穩(wěn)定期，總體上看，許多種群的種群數(shù)量一般不再增長，而是波動(dòng)或變動(dòng)。關(guān)于“種群數(shù)量的波動(dòng)和下降”，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)具體事例進(jìn)行討論，總結(jié)出影響種群數(shù)量的主要因素。值得注意的是，教材中穿插了兩則“與社會(huì)的聯(lián)系”，這是將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際的重要途徑，在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真討論。【評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)】可評(píng)價(jià)的學(xué)習(xí)要素：1. 影響種群數(shù)量變化的因素有哪些評(píng)價(jià)方法：完成小論文和實(shí)驗(yàn)探究（小組內(nèi)+小組間+教師點(diǎn)評(píng)）評(píng)價(jià)指標(biāo)：1）論文寫的科學(xué)性 2）實(shí)驗(yàn)