“种群数量变化”

来源:用户上传      作者: 吴 娜 孔馨玲

　　摘要　叙述了根据创设的种群数量变化的具体情景，首次通过“三维模拟实验”，引导学生通过标志重捕法，自行绘制J型曲线、s型曲线并结合创设情景及实验数据分析总结各模型的条件、增长特点，构建种群增长的数学模型，取得了较好的教学效果。
　　关键词
　　标志重捕法　三维模拟实验　数学模型
　　中图分类号G633.91
　　文献标识码　B
　　
　　1教材分析和设计思路
　　
　　人教版《普通高中课程新标准实验教科书――生物》高中必修三第四章“种群和群落”的第二节是“种群数量的变化”。本节课是在学生学习了种群的特征及利用标志重捕法测定种群数量的基础上展开的一节内容，是本章的重点、难点。
　　课程标准中关于本节的指导思想是“尝试建立数学模型解释种群数量的变动”，这是高中首次明确的用数学模型来解决生物学问题。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。
　　依据种群增长趋势会因环境不同而出现区别，设计这样一个实验：将野兔种群分为两部分，分别迁往两个环境(A为理想环境――澳大利亚草原，B为一般的自然环境――塔里木盆地)，研究种群数量变化。
　　由于时空限制，课堂中转化为模拟实验：玉米模拟野兔，烧杯模拟一定的时间、空间。教师取14个烧杯，分为A、B两组，每组7个烧杯，每个烧杯表示某年的某地区，再根据“J”型、“S”型曲线的增长特点，在每个烧杯中放入相应数目的玉米。学生通过标志重捕法，得出7年中A、B地区种群数量，绘制两个地区种群数量动态变化曲线：“J”型曲线、“s”型曲线，再结合创设情景和实验数据分析归纳出各模型的条件、增长特点。
　　
　　2教学目标
　　
　　2.1知识目标
　　①学会建构种群增长的数学模型；②依据数学模型解释种群数量的变化。
　　
　　
　　2.2能力目标
　　①自主探究：根据创设的具体情景，用数学图形来描述宏观生物学中的生物数量动态变化的规律；②绘图、识图、析图训练：分析讨论“J”型曲线和“s”型曲线的条件及特点。
　　
　　2.3情感、态度与价值观目标
　　①激发学习兴趣，通过本节学习培养探索精神和团队合作意识；②培养实事求是、认真严谨的科学态度以及简约、严密的思维品质。
　　
　　3教学重点和难点
　　
　　3.1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。
　　
　　3.2教学难点
　　建构种群增长的数学模型。
　　
　　4教学过程
　　
　　课前准备：多媒体课件、实验报告单、烧杯、培养皿、黄(白)玉米、直尺等。
　　
　　4.1温故知新，导入新课
　　教师提问1：(展示图片)图中的生物群体属于生命系统的哪个结构层次?什么是种群?提问2：举例，请学生判断该群体是否属于种群：①博斯腾湖里所有的鱼；②教室里所有的学生和教师。通过这2个问题，教师帮助学生复习种群的概念及基本特征。
　　导入新课，教师设问：一个种群的基本特征是固定不变的吗?这些基本特征改变的同时往往伴随着种群什么的改变?学生这时会想到种群数量变化。教师顺势再问：自然界中，种群的数量可能会有哪几种变化趋势?学生可能的回答是：增长、下降、稳定、波动。
　　
　　4.2创设情景，激发学生探索欲望
　　教师创设情景一：当某兔种群迁入一个新的、比较适宜的环境。问题1：其数量可能会出现以上的哪种趋势?为什么?学生通过思考回答“增长”，因为生物都有过度繁殖的倾向。问题2：某兔种群的数量会一直增长下去吗?受到什么因素的影响和制约?学生的回答有了分歧，教师要求双方学生分析、讨论如何通过实验汪明自己的结论，鼓励学生表达自己的实验方案，并根据学生的方案，创设情境二。
　　教师创设情景二：现有一个野兔种群，把它分为相同数量的两群，分别迁入两个不同的区域(A组迁入澳大利亚草原，B组迁入塔里木盆地)，研究其数量变化。
　　教师告知学生，完成这样的工作需要10～20年的时间，由于时间和空间的限制，因此开展模拟实验。教师需要向学生介绍模拟实验中的对应关系：烧杯模拟的是一定的时间和空间，烧杯标签上写有年限和地点。例如：这个烧杯标的是A.1859，那么它模拟的是1859年的澳大利亚，烧杯中的玉米模拟的是兔子。提出问题：大家看看A.1859年和A.1864年烧杯中玉米的数量相同么?为什么?学生很快回答野兔种群数量在增长。让学生明白只有合作才可以测出1859N1865年，某地区种群数量的增长趋势，培养学生的团队合作意识。
　　
　　4.3
　　引导学生掌握科学探究的步骤
　　对于高中生来说，他们有很强的探索欲望，希望通过自己的努力来获得知识，但是，学生们在实验过程中往往显得慌乱，不知道该怎样展开自己所设计的实验。所以，教师要引导学生掌握科学探究的步骤。
　　教师引导学生讨论得出以下几点：①研究目标――建构种群的增长模型；②研究对象种群的数量；③研究方法――标志重捕法；④研究思路：定期统计种群的数量，描绘增长曲线图；⑤研究方案：这是研究过程中较难的一部分，对于刚接触探究性实验的学生来说很困难，所以，给出了一些提示问题，学生通过提示问题4人一组讨论实验方案。(怎样标志?标志数目?怎样搅匀?怎样重捕?重捕数目?重捕数目应大于还是小于标志数目?怎样计算?列出公式。是否需要多次重复试验?怎样重复?如何处理这些数据?)教师要求学生汇报实验方案并互评，规范实验方案。
　　然后，教师再要求学生4人一组，明确分工，按课件提示步骤操作实验，填写实验报告，8 min后，请大组长汇报各地区每年的实验数据，并对个别“特殊组”的实验偏差进行分析。然后告诉学生，生态学家都是在野外做重捕实验，重复次数高达百余次，而且还要用生物统计学的方法处理数据，从而让学生体会科学工作者的艰辛。
　　
　　4.4分析结果，推出新知
　　根据两组的的数据(表1)，绘出种群增长曲线(图1、图2)。
　　教师要求学生观察图1、2，并提问1：A组澳兔、B组塔兔图像像英文字母中的什么字母?请学生描述.“J”型的增长趋势。学生观察思考回答增长形式分别为“J”型形，“s”型形；澳兔种群数量一直疯长，塔兔种群数量增长到一定值时，则停止增长。提问2：为什么同样是一种野兔，在澳大利亚和塔里木盆地，种群数量的增长趋势会不同呢?学生会很快回答环境，然后根据相关地理知识分析澳大利亚和塔里木盆地的环境，并由此推出“J”、“S”模型的模型条件。总结环境不同，种群增长趋势也有所不同，请学生举例巩固条件与模型对应关系。提问3：“J”、“s”的增长曲线有无最大值?最大值是否恒定不变?通过对实验数据的计算分析“J”、“s”的增长曲线增长率的变化。学生根据实验结果总结出“J”、“s”的增长曲线增长特点(表2)。
　　
　　4.5学以致用，巩固新知
　　教师创设情景让学生将所学知识应用到生产实践中，激发学生的学习兴趣，趣味巩固知识点。情景1：小李最近新建了一个养鸡场，向各位专家请教如何才能增加鸡的数量?引导学生回答小李的目的――想让鸡的种群增长，并且呈J型增长，所以给予相应的条件。
　　情景2：家鼠的繁殖力很强，种群每天增加速率为1.47％。一般是采用什么方法灭鼠的?有什么弊端吗?学完这节课，你打算采取什么措施来控制家鼠的数量?学生据上例分析很快分析出：自然状态下，家鼠种群呈s型增长，所以要通过改变环境来降低K值，并列举出措施。
　　情景3：为了保护森林、鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量、木材量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平?为什么?学生通过思考回答。
　　总结：通过坐标图，引导学生小结：J型曲线是在空间、食物等资源无限理想状态下的种群增长曲线，体现了达尔文学说中生物都有过度繁殖的观点；s型是在空间、食物等资源有限状态下实际种群增长曲线，体现了达尔文学说中适者生存的观点，而阴影部分则表示环境中影响种群增长的环境阻力，其数量表示通过生存斗争被淘汰的个体数。
　　
　　5教学体会
　　
　　本节课设计了一个开放的体系，通过创设种群数量变化的具体情景及“三维模拟实验”，让学生经历了一次知识的“探索与发现”，启动了课堂探究，让学生成为了知识的主动构建者。另外，通过本节课的表达和交流，学生的科学思维得到了培养，处理、分析、解决问题的能力和语言的表达交流能力得到了提高。

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