教案：1.2 种群数量的变化（第1课时）-【高效备课】高中生物2025-2026学年人教版（2019）选择性必修2同步资源

第第页1.2种群数量的变化第1课时教案一、教学目标1.说明建构种群增长模型的方法（生命观念、科学思维）2.能够利用数学模型来表征、解释和预测种群数量的变化规律（科学思维）3.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长等数量变化情况。二、教学重难点1.教学重点（1）建构种群增长模型的方法。（2）种群的“J”形增长和“S”形增长。2.教学难点（1）建构种群增长模型的方法。三、教学设计思路教师采用问题驱动的方式自己动手构建数学模型，通过列举实例和实验的方式比较这两种增长曲线，并让学生自己尝试归纳总结其特点。四、教学过程【新课导入】教师利用课件给同学们展示水葫芦的照片，并播放水葫芦危害的视频，通过视频和图片，让学生了解引进外来物种考虑不周带来的危害，并根据这个视频资料，提出问题：1.水葫芦的种群数量增长有什么特点？2.为什么水葫芦会如此迅速增长？3.如何防治水葫芦的增长？【新课讲授】（一）建构种群增长模型的方法教师组织学生分为几个小组，并让学生小组之间合作完成“模拟细菌繁殖的实验”在实验之前，教师首先介绍这个实验的基本内容：（1）实验材料：用生物球代表细菌，用250mL的烧杯代表细菌生存的空间，在烧杯里装上60mL的温水代表细胞生长繁殖所需的营养物质。（2）实验原理：某细菌每20分钟通过二分裂繁殖一代。用生物球表示细菌，生物球可以吸水变大，吸水变大的过程表示细菌的生长。用不同数量的生物球表示出细菌繁殖的结果。（3）过程方法：将准备的7个250mL烧杯编号为1～7号，向7个烧杯中各倒人60mL水。这7个烧杯分别用来代表细菌繁殖的代数。在1号杯子中放1个生物球，表示有1个细菌。这样1号烧杯就代表细菌繁殖的开始，即0代。2号烧杯代表细菌繁殖了1代，根据实验原理，我们就在杯子里放2个生物球，表示有2个细菌。3号烧杯代表细菌繁殖了2代，我们在杯子里放4个生物球，表示有4个细菌。4、5、6、7号烧杯的操作以此类摊接下来学生根据实验原理和过程，按照表格中的时间书安心模拟细菌的繁殖过程杯子编号1234567……时间/min020406080100120……繁殖个数0123456……生物球个数1……小组之间对实验结果进行分析，归纳出种群数量变化的数学公式和曲线图这两种数学模型，并根据模拟实验，归纳出建立数学模型的一般步骤。通过对比数学公式和曲线图，小组之间可以讨论一下各自的优缺点。1.写出第n代细菌数量的计算公式：Nn=1×2n2.以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。3.数学公式与曲线图各有什么优缺点？曲线图：直观，但不够精确。数学公式：精确，但不够直观。4.建构种群增长模型的方法——数学模型：（1）数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式，可以为公式、坐标图等。（2）种群增长数学模型的作用：能够描述、解释和预测种群数量的变化。（3）建立数学模型一般包括以下步骤：（二）种群的“J”形增长教师指导学生阅读教材第8页，根据教材中的两个资料，小组之间互相讨论，并回答问题：思考•讨论：分析自然界种群增长的实例资料11859年，一位来到澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃树皮，造成植被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。资料220世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年，这个种群增长如图所示。讨论1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？答案：种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。2.种群出现这种增长的原因是什么？答案：食物充足、缺少天敌等。3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？答案：不能。因为资源和空间是有限的。根据资料2中的曲线图，我们一般将这种曲线形状类似字母J的，称为种群数量增长的“J”形曲线通过之前的模拟细菌实验和教材中的资料，教师指导学生归纳“J”形曲线的数学公式模型，并尝试总结呈现“J”形曲线的条件和增长特点。1.模型假设：理想条件——食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等。2.数量变化：种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍注意：J形增长的λ为定值；若λ不为定值，则说明种群数量变化非J形增长。3.数学公式t年后种群的数量为Nt=N0×λt（N0为该种群的起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是前一年种群数量的的倍数。）4.“J”形增长曲线的含义：自然界有类似细菌在理想条件下种群增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈“J”形。5.坐标曲线图：自然界有类似细菌在理想条件下种群增长的形式，如果将种群的这种连续A增长以时间为横坐标、种群数量为纵坐标表示出来。（三）种群的“S”形曲线我们知道在理想条件下种群数量会一直按照“J”形曲线的方式增长，但是如果遇到资源、空间等发面的限制，种群还会呈着“J”形增长吗？教师利用课件展示实验大草履虫实验，并根据教材中第11页的实验步骤和第9页的总结，观察图1-5，并提出问题：1.大草履虫种群增长的曲线与“J”形曲线有什么不同？2.为什么高斯的实验结果不像“J”形曲线，产生该差异的原因有哪些？3.观察曲线，我们可以发现曲线的斜率有什么变化？4.大草履虫增长速率最快的点大致在什么位置？教师指导学生尝试归纳“S”形曲线的模型并归纳这两种曲线的区别。归纳总结：1.模型假设：资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）2.建立模型：①“S”形曲线：迁入一个新环境后，在一定时期内种群的增长大致符合“J”形曲线，随着生活时间的延续，环境条件限制作用越加明显，种群经过一定时间增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。这种类型的种群增长称为“S”形增长。②环境容纳量是指一定的环境条件所能维持的种群最大数量，又称K值。③影响K值的因素：食物、空间、气候、天敌、传染病和人类的活动等。一般来说，种群数量达到K值以后保持稳定，但K值不是固定不变的，它会随环境的改变而变化。3.曲线图分析ab段：种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；bc段：资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；cd段：资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓；de段：出生率约等于死亡率，种群增长速率几乎为0，种群数量达到K值，且维持相对稳定。4.特点：种群数量由0→k/2时，种群增长速率逐渐增大；种群数量为k/2时，种群增长速率最大；种群数量由k/2→K时，种群增长速率不断降低；在K值时，种群数量达到最大，此时种群数量增长速率为0，出生率=死亡率。小组讨论：种群的环境容纳量（K）值是恒定不变的吗？（1）K值不是一成不变的：K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件状况改善时，K值会上升。（2）在环境条件没有遭受破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动。当种群数量偏离K值的时候，会通过负反馈调节使种群数量回到K值。5.K值和K/2值在实践中的应用（1）对野生生物资源和濒危物种的保护：建立自然保护区，提高环境容纳量。（2）对野生生物资源的利用：（合理开发利用）因为捕鱼后保留在K/2值处，种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，符合可持续发展的原则。（3）有害生物的防治①从环境容纳量考虑：增大环境阻力，降低环境容纳量；②从K/2考虑：在种群增长刚开始（达到K/2之前）的时候就进行防治。（绝对不能让种群数量增长到K/2值）实例：如灭鼠时及时控制种群数量，严防达到K/2值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。思考讨论环境容纳量与现实生活小组讨论，问题探讨：1.有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，必须采取更加严格的措施控制人口出生率；有人却认为科技进步能提高地球对人类的环境容纳量，例如，育种和种植技术的进步，能提高作物产量，从而养活更多人口。对此你持什么观点？你有哪些证据支持你的观点？提示：这道题有较大的开放性，学生可以从不同角度作出回答，要言之有据。例如，世界范围内存在的资源危机和能源紧缺等问题，说明地球上的人口可能已经接近或达到环境容纳量，因此应当控制人口增长；随着科技进步，农作物产量不断提高，人类开发、利用和保护资源的能力不断加强，因而可以养活更多的人口。鼓励学生上网搜集相关数据作为证据。2.鼠害导致作物减产，蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？答案：对鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物防治等措施。从环境容纳量的角