必修三+人教版第+4+章——种群数量的变化研究性学习设计.doc

种群数量的变化研究性学习设计作者姓名任职单位学科生物年级高一单元标题种群和群落研究性学习名称影响种群数量的因素有哪些小组成员所需时间【学习目标】（或概述）1.说明建构种群增长模型的方法。2.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型。3.用数学模型解释种群数量的变化。4.关注人类活动对种群数量变化的影响。【情境】关于种群的数量变化，教材介绍了四种情况：“J”型增长、“S”型增长、波动和下降。应当注意的是，教材以问题串的形式揭示了这四种情况之间的内在联系：在理想的无限环境中，即资源和空间十分充足，没有天敌和其他灾害等，种群数量会呈“J”型增长；而在自然界，资源和空间总是有限的，因此，即使出现“J”型增长，也不可能持续很久，经过一定时间的增长后，数量会在“K”值左右趋于稳定，这种增长模型为“S”型增长；在有限环境中，种群数量是否都能在“K”值维持稳定呢？不是的，由于气候、食物、天敌、传染病等因素的影响，大多数种群的数量总是在波动的，在不利条件下，甚至会出现持续的下降乃至消亡。【任务与预期成果】（1）通过亲自研究一个真实的种群，加深对种群数量变化知识的理解；（2）尝试用数学模型解释种群数量的变化；（3）运用抽样检测的方法；（4）运用显微观察和微生物培养的方法；（5）培养收集、整理、分析数据的能力；等等【过程】（过程要体现研究性学习的主要环节）本节教学可以从教材提供的“问题探讨”延伸开去：细菌的繁殖速度很快，如果在营养和生存空间没有限制的情况下，在短时间内，细菌的种群数量就能达到一个天文数字。在已有数学知识的基础上，学生不难得出n代细菌数量的计算公式。教师可直接要求学生完成教材第66页上表格，并依据表中的数值，画出细菌种群的增长曲线，让学生感受到生物现象和规律可用数学语言（公式和曲线图）表达出来。当然，有条件的学校，也可预先将教材中的探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”作为研究性学习的课题，让学生在课外进行研究，在学生研究的基础上再进行本节内容的教学。教师简要讲解数学模型的概念，学生有了以上感性和理性的认识基础，教师再进一步阐述“建构种群增长模型的方法”。教材中结合“问题探讨”的素材，介绍了建立数学模型的一般步骤。在教学中，教师还应当适当加以展开，丰富其内涵。例如，第一步观察研究对象是为了发现问题，探索规律，“细菌每20 min分裂一次”便是通过大量观察和实验得出的规律。这是建立数学模型的基础，在这一基础上运用数学方法将生物学问题转化为数学问题。生命现象和规律往往不是数学化的，这就需要善于从具体现象中抓住其数学本质。第二步合理提出假设是数学模型成立的前提条件，假设不同，所建立的数学模型也不相同。第三步是要运用数学语言进行表达，即数学模型的表达形式。需要指出的是，当呈现为某种数学模型时，教师一定要让学生认识到数学模型所蕴涵的生物学意义，要避免离开生物学讨论数学的倾向。第四步是对模型进行检验和修正，这在科学研究中是必不可少的步骤。在理想状态下细菌种群数量增长的数学模型是比较简单的，而生物学中大量现象与规律是极为复杂的，存在着许多不确定因素和例外的现象，需要通过大量实验或观察，对模型进行检验和修正。在上述以细菌在理想状态下种群数量增长为例的教学中，已经交待了“种群增长的J型曲线”。因此，可以通过列举事例，引到“J型增长的数学模型”上来。又如，按达尔文的估计，一对象，如果保证食物和其他条件，在没有其他生物或天敌危害的情况下，740750年后就可繁殖成具有19 000 000个个体的巨大种群。这表明种群具有巨大的增殖能力。但是，这一现象并没有在自然界中发生，因为，在没有人为干扰的稳定的自然环境中，各个种群在物理因素和生物因素的制约下，出生率和死亡率一般说来是平衡的，种群的个体数是稳定的。由此引入“种群增长的S型曲线”。尽管物种具有巨大的增长潜力，在自然界中，种群却不能无限制地增长。因为，随着种群数量的增长，制约因素的作用也在增大，所以在自然界，种群总是在增长到一定限度后达到相对稳定。有关“S型曲线”的教学，可具体分析教材中的高斯实验。例如，为什么大草履虫第二天、第三天增长较快，而第五天以后数量基本稳定？高斯实验的条件与“问题探讨”中的条件有何区别？理解了“S型曲线”后，学生对“环境容纳量”的概念就不难理解了。关于“S型曲线”应用的实际意义，教师可以结合“思考与讨论”活动来进行教学。灭鼠时，如果我们只采取杀死老鼠这一办法，效果往往不好。因为如果我们杀死了一半老鼠，存活的老鼠反而降到指数生长期，因而老鼠将按指数增长，很快就恢复到原来数量。更有效的灭鼠办法是既杀死老鼠，又清除垃圾，严密储存食物，使环境容纳量降低，这就从根本上限制了老鼠的种群数量。地球的容纳量是有限的，食物、水和空间是影响人口多少和增长率的限制因素。自然界中多数生物种群都已达到稳定期，总体上看，许多种群的种群数量一般不再增长，而是波动或变动。关于“种群数量的波动和下降”，教师可以引导学生对具体事例进行讨论，总结出影响种群数量的主要因素。值得注意的是，教材中穿插了两则“与社会的联系”，这是将所学知识联系实际的重要途径，在教学中要引导学生认真讨论。【评价设计】可评价的学习要素：1. 影响种群数量变化的因素有哪些评价方法：完成小论文和实验探究（小组内+小组间+教师点评）评价指标：1）论文写的科学性 2）实验