高中生物《种群数量的变化》教案5 新人教版必修3

用心 爱心 专心 1 种群数量的变化种群数量的变化 教案教案 1 1 一 教学目标一 教学目标 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 二 教学重点和难点二 教学重点和难点 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 2 教学难点 建构种群增长的数学模型 三 教学策略三 教学策略 首先 教师要领会和把握好本节的教学要旨 课程标准关于本节的具体内容标准为 尝试建立数学模型解释种群的数量变动 并提出了相应的活动建议 探究培养液中酵母 种群数量的动态变化 显然 引导学生用数学方法解释生命现象 揭示生命活动规律是本 节教学策略的着眼点 其次 教师应对数学模型及其教育价值有一个基本的认识 数学模型是联系实际问题 与数学的桥梁 具有解释 判断 预测等重要功能 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 再次 在教学中 可以循着现象 本质 现象 或者具体 抽象 具体的思路 通过 分析问题 探究数学规律 解决实际问题 建构数学模型的方法 让学生体验由具体到抽 象的思维转化过程 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 接着 教师简要讲解数学模型的概念 强调以下两点 1 数学方法的介入 使我们对大自然有了更多的认识 数学方法并非是近年来才出 现的新方法 在科学史上 牛顿等很多伟大的科学家都是建立和应用数学模型的大师 他 们将各个不同的科学领域同数学有机地结合起来 在不同的学科中取得了巨大的成就 如 力学中的牛顿定律 电磁学中的麦克斯伟方程 化学中的门捷列夫周期表 生物学中的孟 德尔遗传定律等 都是经典的应用数学模型的光辉范例 在当代 由于计算机的运用 数 学模型在生态 地质 航空等方面有了更加广泛和深入的应用 2 数学模型在生物学中也越来越表现出强大的生命力 它通过建立可以表述生命系 统发展状况等的数学系统 对生命现象进行量化 以数量关系描述生命现象 再运用逻辑 用心 爱心 专心 2 推理 求解和运算等达到对生命现象进行研究的目的 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 740 750 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 四 探究指导四 探究指导 探究实验 培养液中酵母菌种群数量的变化 旨在让学生通过对培养液中酵母菌种群 数量连续 7 天的观察 探究变化规律 进而统计数据 建构数学模型 绘制变化曲线 1 提出问题 教材中提出的问题是 培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的 教师也可以 进一步引导学生 依据所学知识 分析酵母菌生长的条件与种群数量增长之间的关系 提 用心 爱心 专心 3 出探究的问题 例如 在不同温度 以及通氧 通 CO2 等 条件下酵母菌种群数量增长的 情况如何 不同培养液 如加糖和不加糖 中酵母菌种群数量增长的情况如何 等等 2 作出假设 科学研究始于问题 作出假设可以使科学研究更具有针对性 而不是盲目搜集资料进 行研究 作出假设需要立足于已有知识 但更需要充分发挥想像力和创造力 在教学中要 鼓励学生积极大胆地提出假设 但同时 教师应提出 合理提出假设 的要求 要围绕着 问题 根据预期结果作出符合逻辑的假设 3 讨论探究思路 这是开展探究活动的重要内容