高中生物教学论文 “种群”的教学组织(pdf).pdf

2 8 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 7期 种群 的教学组织 赵 京秋 北京 市 西城区 教 育 研修 学院 北 京 1 0 0 0 3 4 中国 图 书分 类 号 G 6 3 3 9 1 文 献标 识 码 C 保护生态环境 已经成为全人类共 同关心 的问 题 高 中生物学新课程也将生态学基础知识列入 学习 内容之一 种群是生态学研究的重要课题之 一 在高 中生物学中主要阐述了种群 的特征 种群 数 量 动 态 及 调 节 本 文 将 探 讨 种 群 部 分 的教 学 组 织 1 教 学 内容 的 组 织 在高 中生物学新课标必修模块 稳态与环境 的 内容标 准 中 对 种群 的具 体要求 是 列举 种 群 的 特 征 尝试 建 立 数 量模 型解 释 种 群 的 数 量 变 动 依据标准的要求 种群的单元知识点应包括 种 群 的 概 念 种 群 的 空 间 时 间 数 量 和 遗 传 特 征 种 群 数 量 的 统 计 量 值 种 群 数 量 动 态 种 群 的 增 长 曲 线 影 响种 群 动 态 的 因素 研 究 种 群 动 态 的 意义等 本单元 知识 的结构如下 一 百 空 间特 征 罂 时 间 特 征 一 种 群 密 度 数 量特 征 基 因库 遗传 特征 统计 量值 数量 动态 年龄 I l 2 对 l l 影响 l l 动态 l I 增长l l 影响 结构 l l 变量l l 因素l l 模型 l l 曲线l l 因素 图 1 种群 单元 的知 识结构 图解 2教 学 目标 的 表 述 2 1 知识 目标 表述种 群概念的定义陈述句 列 举种群 中个体 的空间配置格局 识 别种群的 3种 生存 曲线 说 出种群 的遗传特征 简述种群数量特 征 的 统 计 量 值 构 建 种 群 密 度 出 生 率 与 死 亡 率 迁入 与迁出 年龄结构 和性别 比率 的概念模型 举 例说 出 种 群 密 度 的调 查 方 法 列 举 种 群 随 时 间 发 生的数量变动 举例说 明种群 的 2种增长 曲线 探 究培养 液中酵母 菌种群数量 的动态 变化 并尝试 依据实验数据建立数 学模 型 简述种群动态的调 节因素及其研究种群 动态的意义 2 2 能 力 目标 初 步 学 会 在 野 外 调 查 动 物 种 群 密度的方法 提 高 自主探究 的实验能力 尝试构建 数 学模 型 培 养 获 取 新 知 识 和 处 理 信 息 的能 力 增 强思 维 能力 培 养 综 合 应 用 的能 力 2 3情感态度价值观从种群 生态学的角度 认 识 人 口急剧 增 长对 环 境 产 生 的 巨 大 压 力 认 同发 展经济 与计划生育之 间的必然联 系 树立 可持续 发 展 的 观念 明确 研 究 种 群 动 态 规 律 的实 践 意 义 认 同生 物 科 学 研 究 的重 要 价 值 3教 学 过 程 的 组 织 3 1 解 析 种 群 的概 念 确 认 种 群 的 基本 特 征在 生 物 进 化 单 元 学 生 已经 习 得 种 群 的 概 念 本 单 元 教学 的起始 先展示几幅相关的图片资料 让学生 从 中识 别 表 示 一 个 种 群 的 图片 并 阐述 确 定 一 个 种 群 的依 据 然 后 启 发 学 生 解 析 种 群 概 念定 义 的 陈述句 从 中确认种群应具有 4个 基本特征 空 间 特征 时 间特征 数量特征和遗传特 征 种 群 中个 体 的 分 布 和 存 活 状 况 是 研 究 种 群 生 态 学 的基 点 空 间特 征 是 指 种 群 个 体 在 一 定 区域 内的分布格局 教学时先 向学生展示南极洲 的企 鹅种群 阴湿遮光环境下 的鼠妇种群 草地上蒲公 英 二 月 兰 紫 花 地 丁 等 植 物 种 群 的 分 布 图片 然 后 鼓 励 学 生 分 别 描 述 各 自的分 布 状 况 并 图示 各 种 类 型 的 空 间 配 置 格 局 图 2 从 而 认 识 种 群 的 3种 分 布 型 均 匀型 随 机 型 图 2种 群 的分布 型 时 间特征 是 指种 群 个体 的死 亡年 龄 分 布状 况 存活 曲线是表示种群 中全部个体死亡过程和 死亡状况 的曲线 教学 时 先结合图 3向学生说 明 种群存活 曲线反映 了在一定 区域 内物种 的死亡年 2 0 1 0 年 第 4 5卷 第 7期 生物学通报 2 9 龄分布状况 目前发现有 3种不 同类 型的存活 曲 线 然后 启发学 生通过识 图说 出三者之间 的主要 区 别 以及 研 究 种 群 时 间特 征 的 意 义 学 生 已经 习 得种群的遗传 特征 本单元不 再重复 年龄 最大生理寿命 图 3 3种存 活 曲线 3 2创 设 问题 情 境 模 拟 调 查 种 群 密 度 种 群 的 数 量 特 征是 种 群 生 态 学研 究 的 重 要 课 题 也 是 本 单元 知 识 的教 学 重 点 之 一 教 学 时 首 先 要 引 领 学 生思考和讨论 种群数量研究 的切人点 重要 课题 及 研 究 方 法 研 究 种 群 数 量 的 意义 等 通 过 讨 论 学 生会认识到确定统计量值是种 群数量研究 的切人 点 种 群 密 度 是 种 群 的最 基 本 的数 量 特 征 种群数量 的统计量值 包括 种群密度 出生率 和死亡率 迁 入和 迁 出 年龄 结 构 性 别 比率 等 教 学 时可 以组 织 学 生 通 过 阅读 课 文 初 步 弄 清 这 些 基本概念 然后为学生提供人 口普查资料 引导学 生通过分析人 口普查数据加深对这 些概念 内涵 的 理 解 进 而 通 过 构 建 概 念 模 型 把 握 这些 概 念 之 间 的 内在 联 系 图 4 增 一一一一一一一一一 j 一 一 一 一 一 一 一 一 一 图 4种 群 数量 的统计 量值 之 间的 关 系 低 为学 生提 供 的人 口数量 普查 数据 如 下 2 0 0 8 年北京市户籍居 民人 口约 1 5 5 0万 常住人 口密 度为 8 8 8人 k in 全年分 娩新生儿 6 3 4 9 8人 出 生率为 5 3 4 死亡 6 2 7 6 7人 死亡率 为 5 2 8 出生人 口性 比率 男 女 1 0 6 3 1 0 0 男性 比例偏 高 总人 口中 男性约 8 3 1万 女性约 7 1 9万 人 口 自然增长数为 7 3 1人 增长率为 0 0 6 目前上海 市常住人 1 3中 0 1 4岁 的人 口为 1 5 8万人 占总 人 I2 I 的 8 8 8 1 5 6 4岁 的 人 口 为 1 4 0 8万 人 占 总 人 口的 7 9 1 7 6 5岁 及 以 上 的 人 口 为 2 1 2万 人 占总人 口的 1 1 9 4 与第 5次人 口普查相 比 O 1 4岁人 V I 的 比重下 降 了 3 3 8个 百 分 点 6 5岁 及 以上 人 口的 比重 上 升 了 0 4 8个 百 分 点 为 了 帮助 学 生理 解 研 究 种 群年 龄 结 构 的 意 义 可结 合 3种年龄金字塔 图示 解释种群 3个年 龄组 的划分 和 3种年 龄结 构类 型的组分 特征 并 让 学生通过分析和讨论 对不 同种群数量 的变化 趋势做 出合理 的预测 种 群 密 度 的 调 查 方 法 很 多 通 常 用 样 方 法 进 行 陆地上的植物种群密度 植株 表面 的昆虫和土 壤 动 物 的 调 查 用 标 志 重 捕 法 对 活 动 能 力 强 和 活 动 范 围 大 的 动 物 进 行 调 查 目前 开 展 室 外 种 群 密 度 的调查活动困难较多 可 以组 织学生在实验室 内 模 拟 标 志 重 捕 法 进 行 种 群 密 度 的 调 查 实 验 用 具 是 每 组 选 择 红 白 蓝 黄 4种 颜 色 不 同 大 小 相 同 的纽扣 各若干 1 0 0 0 mL大烧 杯 1个 标记 笔 1支 5 0 mL小 烧 杯 1个 实 验 前 将 各 种 纽 扣 混合均匀地放 在一个大烧杯 中 实验 时先 引导学 生思考 用什 么方法能快速估算 出杯 中各 种颜色 纽 扣 的数 量 呢 小 组 讨 论 并 交 流 实 验 设 想 后 按 照 下列步骤进行操作 用小烧 杯从大烧杯 中取 出一 杯纽扣 统计每种颜 色纽扣 的数量 记 录在表 格 中 用标记笔为取 出的纽扣做好 标记 再放 回大烧 杯 中混匀 然后 再次 随地机取 出一杯纽扣 统 计 其 中每种颜色纽扣 的数量 和其 中被标记 的纽扣 的 数 量 记 录 在 表 格 中 见 表 1 表 1 模拟 标志 重捕 法进 行种 群密 度调 查 的数量 统计 表 纽 扣 第 1次样本 并 第 2次 第 2次 样本 该颜 色纽 扣 颜 色 标记 的数 目 M 样本 数 n 中带 标记 数 m 估 测数 目 v 红 色 白色 蓝色 黄色 记 录后将数据 带入公 式 各个小组 汇报实验结果后 教师公布大烧杯 中每种颜色纽扣 的实 际数量 各小组 的实验数 据 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 7期 与 实 际 数 量 之 间 可 能 存 在 误 差 教 师 要 引 导 学 生 讨论 以下问题 为什么取 纽扣标记后 放 回瓶 中 要混合均匀 每次取出的样本量不应超过总数 的 1 5 为什么 怎样操作可 以减少实验误差 野外调查一个动物种群数量时 可能产生一些 统计误差 造成统计误差 的原因可能有哪些 3 3分析相关实验 资料 探究种群数量动态 在 各种环境因素的影响下 自然种群数量不是一成 不 变 的 而 是 随 着 时 间 推 移 而 发 生 一 系 列 规 律 性 变化 教学时 首先展示生态学家调查获取 的欧洲 灰鹭种群数量动态资料 让学生通过分析数据 明 确种群数量变 化 的一般 规律 即增 长 下 降 波动 和稳定 等形式 图 5 从 而为探 究 种群 的增长 方 式 和影 响种 群 动 态 的 因素 打下 伏 笔 寒冬 寒 冬 寒 冬 连 续暖冬 寸f 司 a 图 5 1 9 2 8 1 9 7 7年 欧 洲 灰 鹭 种 群 的 数 量 动 态 种 群 的增 长 方 式 是 本 单 元 教 学 重 点 之 一 种 群数量 的 指数增 长 和 逻 辑斯 蒂增 长 也是 学 生 学 习 的难 点 教 学 的起 始 先 启 发 学 生 思 考 细 菌 的繁殖方式 进而教师设 问 如果在适 宜条件 下 的 1个 大 肠 杆 菌 每 2 0 mi n繁 殖 一 代 那 么 3 h以 后 大肠杆菌 的后代有多少 呢 学生 的答案 如表 2所 示 表 2 大 肠杆 菌的 分裂繁 殖及 速度 时 间 rai n 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 O 1 2 O 1 4 0 1 6 0 1 8 O 数量 个 2 4 8 1 6 3 2 6 4 1 2 8 2 5 6 5 1 2 随后 启 发 学 生 能 否 用 数 学 公 式 表 示 大 肠 杆 菌 的增殖方式 他们通过推理 能够构建 细菌数量增 长的数学模 型 即 v 2 n 进 而要 求学生利 用表格 中的数据 在直 角坐标 系 中 以时间为横轴 菌体 数量为纵轴 画出大肠杆菌数量增长 的曲线 借此 向学 生 说 明 像 大肠 杆 菌 这 样 的种 群 数 量 增 长 方 式 称 作 指 数 增 长 其 指 数 增 长 曲线 大 致 呈 J 形 又称 为 J 型增 长 曲线 根 据上 列 表 格 中 的数 据 教 师 要 引 导 学 生 区分 种 群 数 量 的增 长 率 和增 长 速 率 通过计算 可以发 现 在种群数量呈指数增长的 过 程 中 增 长 率 每个 单 位 时 间 内种 群 增 长 的 比 率 保持不变 增 长速率 单 位时 间内新产生个体 的数量 则越来越快 学 生 一 旦 理 解 种 群 的 指 数增 长 方式 教 师 要 及 时地 给 出 2组 不 同条 件 下培 养 大肠 杆 菌 的 实 验 及 结 果 一 是 在 1 0 mL培 养 基 中加 入 O 1 m L的 大 肠 杆 菌原 液 3 7 培 养 1 h后 检i 贝 0 细 菌数 量 然 后将 0 1 mL的检测液接种 到更 大的培养容器中 继续培养 以后 每 隔 1 h检测一次细菌数量并进 行 扩 繁 获 得 的 实 验 结 果 如 图 6上 图 二 是 在 1 0 m L培 养 基 中加 入 0 1 mL的大肠 杆 菌 原 液 3 7 培 养 每 隔 1 h检 测 一 次 细 菌数 量 不 再 进 行 细菌 扩 繁 获 得 的实 验 结 果 如 获 得 的实 验 结 果 如 图 6下 图 细菌种 群 的变化 曲线 0 2 4 6 8 时 间 h 细 菌种群 数量 的变 化 曲线 图 6不 同实 验条件 下 大肠杆 菌增值 的 2组 实验 数据分 析结 果 摆 在 学 生 面 前 的 是 种 群 的 2种 增 长 曲 线 学 生 能够 识别 依 据实 验 2数据 绘 制 的指 数增 长 曲 线 因此 让 学 生 顺 势 分 析 说 明 实验 1由于 不 断 更换培养液 和扩大培养空 间 使细菌数量得 以持 续进行指数增长 然后 启发学生联想 若在 自然 界 中 种群按指数方式增 长需要 满足的条件 资源 无 限 空 间无 限和 不受 其 他生 物制 约 等理 想条 件 并 引 导 他 们 结 合 对 增 长 率 和 增 长 速 率 的推 导 构建细菌数量增长的数学模 型 N o X r 其 中 鲫 加 如 0 一 J 0 一 一 亘 龃黑 l三 0 0 0 0 0 f 一 一 涠导 2 01 0 年 第 4 5卷 第 7期 生物学通报 3 1 表示种群起始数量 入表示单位时 间 一个 世代 或 年 月 日 内种 群 的增 长 率 表 示 t 时 间 后 种 群数量 当 入大于 1时 种群就会持续增长下去 学 生理解 了种 群指数 增长 的特 定条 件后 启 发他们分析 比较实验 1的培养条件与实 验 2的差 异 明确 实 验 2是 在 一 个 空 间有 限 资 源 有 限 和 受 到其他生物制约条件下 的种群增 长表征 然后 结 合 图 8向学 生 说 明这 种 种 群增 长 曲线 是 以 培 养 时 间为横坐标轴 以个体数量为纵坐标作 图 其 增长 曲线像个倾 斜伸展 的 S 被称 为 S 型曲线 这个 种 群 增 长 规 律 是 L o g i s t i c发 现 的 又 称 为 逻 辑 斯 蒂 增 长 世 巨 I 蔷 茫 0 时 间 图 7 逻 辑 斯 蒂 增 长 曲线 学 生 对 种 群 的逻 辑 斯 蒂 增 长 及 形 成 原 因很 感 兴趣 教 学 时 教 师 先 说 明 生 态 学 常 用 K表 示 S 型增 长曲线的最大值 是种群在该环 境 中的稳定 平 衡 密 度 进 而让 学 生 通 过 讨 论 和 交 流 弄 清 逻 辑 斯 蒂 增 长 的 特 点 是 当 小 于 K 2时 种 群 呈 加 速 增 长 K 2时 增 长 最 快 此 后 便 呈 减 速 增 长 当 接 近 K 时 种 群 不 再 增 长 或 呈 上 下 波 动 在 此 基础上 启发学生依次分析 种群起始 的增 长速率 快 的原 因 K 2后 种 群 减 速 增 长 的 原 因 以及 达 到 K值种群停止增长 的原 因 学生通过 分析和讨论 会 领 悟 到 在 一 个 有 限 环 境 中 随着 种 群 数 量 的增 长 生 活 空 间 营 养 数 量 种 群 个 体 之 间 的 相 互 关 系 都会制 约种群数 量的发展 lK值则是环境最大 容 纳 量 为 了促 使 学 生 深 入 理 解 种 群 的 增 长 方 式 组 织 学 生 利 用 教 师 提 供 的 培 养 液 和 血 球 计 数 板 等 材 料 分 组 设 计 实 验 方 案 探 究 培 养 液 中 酵母 菌 种 群 数 量 的 动 态 变 化 定 时 取 样 观 察 和 计 数 用 获 得 的实验数据建立坐标 系 用 曲线表示 实验结 果 总 结 出酵母菌种群 的增 长规律 实验 表明 酵母 菌在 适宜条件下 其种群呈逻辑斯蒂增长 研 究 种 群 动 态 规 律 有 多 种 实 践 意 义 可 以分 析 和 解 决 人 口爆 炸 生 物 入 侵 等 实 际 问 题 并 指 导 农 林 渔 业 等 生 产 因 此 这 个 知 识 点 的教 学 要 重视从生产或生活实 际中提出 问题 鼓励 学生运 用种群动态规律解决具体 问题 例如 采取杀死法 灭 鼠 有时会适得其反 施用哪些有效措施 才能 限 制 鼠群数量呢 又如 根据逻辑斯 蒂增长曲线 要 做 到 既保 证 海 洋 鱼 类 资 源 的 更 新 能 力 不 被 破 坏 又能获得最大 的捕捞量 怎样确定鱼类 的捕 捞水 平呢 学生通过探索这些 问题 的解决方案 不仅巩 固和加深对知识 的理解 而且 体验到生态学研 究 的 价 值 3 4关 注 生 物 与 环 境 的关 系 揭 示 种 群 动 态 的 调 节 因 素 自然 界 中种 群 数 量 随 时 间 而 变 化 这 就 是 种 群 的 数 量 波 动 它 是 由 出 生 率 与 死 亡 率 的 变 动和环境条件 的改变引起 的 因此 该单元 知识 点 的教 学 要 关 注 生 物 与 环 境 之 间 的 相 互 作 用 揭 示 影 响种 群 动 态 的各 种 因素 大多数 种 群呈 非周 期 波动 见 图 5 少 数种 群 呈 周 期 波 动 图 8 教 学 时 可 以先 展 示 相 关 图 片 通 过 识 别 和分 析 图 片 信 息 学 生 能 够 区分 非 周 期波动 和周期 波动 重在启 发他们思考 导致种群 数量波动 的原 因 从 图 5中可知 气候变化影 响欧 洲灰鹭种群 的出生率和死亡率 从 图 8可知 雪兔 与 猞 猁 的种 群 数 量 的 波 动 原 因 涉 及 食 料 植 物 植 食动物和 肉食动物三者之 间的关系 根据 上述 的 例 证 分 析 学 生 会 领 悟 到 种 群 的数 量 波 动 是 由 出 生率与死亡率 的变动 和环境 条件的改变引起 的 l 5 兮1 2 宝 l o o 0 删 5 0 2 5 0 一 执 l 8 5 0 l 8 6 0 l 8 7 0 l 8 8 0 1 8 9 0 l 9 0 0 l 9 l 0 l 9 2 0 I 9 3 0 a 北美的美洲兔和猞猁的种群数量的 9 1 0 年周期性变动 仿S mi t h 1 9 8 o 图 8种 群 数 量 周 期 波 动 的 实 例 种 群 的 出 生 率 和 死 亡 率 受 内 源 性 因 素 的 调 节 气候 食 物 天 敌和疾病 等则 属于外 源性 调节 因 素 内源 性 因素 的调 节 包 括 内分 泌 调 节 和 行 为 调节 如领 域行 为 学生 不难理解 性激 素对 动物 繁殖及 行为 的调节作用 但对 于领域行为 的调节 作用 则缺乏感性认识和理性 知识 教学时 先启发 学 生 根 据 日常 的 生 态 观 察 描 述 鸟 占巢 猫 抢 窝 的 3 2 生物学通报 2 0 1 0年 第 4 5卷 第 7期 植物细胞工程 的教学设计 吴 君 民 江苏省前黄高级中学 江苏常州 2 1 3 1 6 1 中 国 图 书分 类 号 G 6 3 3 9 1 文 献标 识 码 c 1 教 学 背景 分 析 1 1 内容分 析 本节 课是人 教版 生物学 教材 选 修 3 现代 生 物科 技专 题 专 题 2 细胞 工 程 2 1 植物细胞工程 本内容包括 植物细胞工 程的 基本技术 和 植物 细胞 工程的实际应用 2部分 分 2课时 本文讨论第 1 课 时 植物组织培养重点讲 述植物组织培养技术 和 基本原理 即离体培养的植物细胞脱分化 和再 分 化的过程 其不仅在知识上对高二必修课 中有关 内容进行了深化和扩展 而且还为培育无病毒植 株 制备人工种 子 培养转基 因植物 以及植物体 细 胞 杂 交 等 提 供 技 术 支 持 同 时 随 着科 学 技 术 的 不 断 进 步 植 物 组 织 培 养 这 门崭 新 的技 术 将 日益 普 及和深入 成为现代农业 生产中重要的技术手段 1 2课标 要求 课程标 准对选 修 3的总 体要求 是 让学 生开拓视野 增强科技 意识 激 发探索 生 命 奥 秘 和 热 爱 生 物 科 学 的 情 感 为 进 一 步 学 习 现 代 生 物 学 奠 定 基 础 遵 循 这 一 原 则 本课 应该 让 学 生在 细胞层次 上领 略植物细胞 工程 的基 本步骤 原 理 和 应 用 以及 前 沿 动 态 课标对本课 的要求是 简述植 物的组织培养 简述 这一行 为动词 体现 了本课 目标 的制 定应 该 是 在 知 识 性 目标 方 面 以 了解 水 平 为 主 在 技 能性 目标方面 以资料 收集 交流讨论 为主 在情 感性 目标方 面 以感受水平为主 1 3 江苏省教研室 课程标准教学要求 具体 内容标 准 学习要求 简 述细胞 全 能性 的概念 含义 简 述植 物的组 织 培养 简 述植物 组织 培养 的