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        “種群數(shù)量變化”

        2010-04-29 00:00:00孔馨玲
        中學(xué)生物學(xué) 2010年6期

        摘要 敘述了根據(jù)創(chuàng)設(shè)的種群數(shù)量變化的具體情景,首次通過(guò)“三維模擬實(shí)驗(yàn)”,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)標(biāo)志重捕法,自行繪制J型曲線、s型曲線并結(jié)合創(chuàng)設(shè)情景及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析總結(jié)各模型的條件、增長(zhǎng)特點(diǎn),構(gòu)建種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型,取得了較好的教學(xué)效果。

        關(guān)鍵詞

        標(biāo)志重捕法 三維模擬實(shí)驗(yàn) 數(shù)學(xué)模型

        中圖分類號(hào)G633.91

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

        1教材分析和設(shè)計(jì)思路

        人教版《普通高中課程新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)——生物》高中必修三第四章“種群和群落”的第二節(jié)是“種群數(shù)量的變化”。本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了種群的特征及利用標(biāo)志重捕法測(cè)定種群數(shù)量的基礎(chǔ)上展開(kāi)的一節(jié)內(nèi)容,是本章的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

        課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于本節(jié)的指導(dǎo)思想是“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變動(dòng)”,這是高中首次明確的用數(shù)學(xué)模型來(lái)解決生物學(xué)問(wèn)題。在科學(xué)研究中,數(shù)學(xué)模型是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和探索新規(guī)律的有效途徑之一,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)數(shù)學(xué)模型,有利于培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察能力;同時(shí),通過(guò)科學(xué)與數(shù)學(xué)的整合,有利于培養(yǎng)學(xué)生簡(jiǎn)約嚴(yán)密的思維品質(zhì)。

        依據(jù)種群增長(zhǎng)趨勢(shì)會(huì)因環(huán)境不同而出現(xiàn)區(qū)別,設(shè)計(jì)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):將野兔種群分為兩部分,分別遷往兩個(gè)環(huán)境(A為理想環(huán)境——澳大利亞草原,B為一般的自然環(huán)境——塔里木盆地),研究種群數(shù)量變化。

        由于時(shí)空限制,課堂中轉(zhuǎn)化為模擬實(shí)驗(yàn):玉米模擬野兔,燒杯模擬一定的時(shí)間、空間。教師取14個(gè)燒杯,分為A、B兩組,每組7個(gè)燒杯,每個(gè)燒杯表示某年的某地區(qū),再根據(jù)“J”型、“S”型曲線的增長(zhǎng)特點(diǎn),在每個(gè)燒杯中放入相應(yīng)數(shù)目的玉米。學(xué)生通過(guò)標(biāo)志重捕法,得出7年中A、B地區(qū)種群數(shù)量,繪制兩個(gè)地區(qū)種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化曲線:“J”型曲線、“s”型曲線,再結(jié)合創(chuàng)設(shè)情景和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析歸納出各模型的條件、增長(zhǎng)特點(diǎn)。

        2教學(xué)目標(biāo)

        2.1知識(shí)目標(biāo)

        ①學(xué)會(huì)建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型;②依據(jù)數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。

        2.2能力目標(biāo)

        ①自主探究:根據(jù)創(chuàng)設(shè)的具體情景,用數(shù)學(xué)圖形來(lái)描述宏觀生物學(xué)中的生物數(shù)量動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律;②繪圖、識(shí)圖、析圖訓(xùn)練:分析討論“J”型曲線和“s”型曲線的條件及特點(diǎn)。

        2.3情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

        ①激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)培養(yǎng)探索精神和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí);②培養(yǎng)實(shí)事求是、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及簡(jiǎn)約、嚴(yán)密的思維品質(zhì)。

        3教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

        3.1教學(xué)重點(diǎn)

        嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型,并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。

        3.2教學(xué)難點(diǎn)

        建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。

        4教學(xué)過(guò)程

        課前準(zhǔn)備:多媒體課件、實(shí)驗(yàn)報(bào)告單、燒杯、培養(yǎng)皿、黃(白)玉米、直尺等。

        4.1溫故知新,導(dǎo)入新課

        教師提問(wèn)1:(展示圖片)圖中的生物群體屬于生命系統(tǒng)的哪個(gè)結(jié)構(gòu)層次?什么是種群?提問(wèn)2:舉例,請(qǐng)學(xué)生判斷該群體是否屬于種群:①博斯騰湖里所有的魚(yú);②教室里所有的學(xué)生和教師。通過(guò)這2個(gè)問(wèn)題,教師幫助學(xué)生復(fù)習(xí)種群的概念及基本特征。

        導(dǎo)入新課,教師設(shè)問(wèn):一個(gè)種群的基本特征是固定不變的嗎?這些基本特征改變的同時(shí)往往伴隨著種群什么的改變?學(xué)生這時(shí)會(huì)想到種群數(shù)量變化。教師順勢(shì)再問(wèn):自然界中,種群的數(shù)量可能會(huì)有哪幾種變化趨勢(shì)?學(xué)生可能的回答是:增長(zhǎng)、下降、穩(wěn)定、波動(dòng)。

        4.2創(chuàng)設(shè)情景,激發(fā)學(xué)生探索欲望

        教師創(chuàng)設(shè)情景一:當(dāng)某兔種群遷入一個(gè)新的、比較適宜的環(huán)境。問(wèn)題1:其數(shù)量可能會(huì)出現(xiàn)以上的哪種趨勢(shì)?為什么?學(xué)生通過(guò)思考回答“增長(zhǎng)”,因?yàn)樯锒加羞^(guò)度繁殖的傾向。問(wèn)題2:某兔種群的數(shù)量會(huì)一直增長(zhǎng)下去嗎?受到什么因素的影響和制約?學(xué)生的回答有了分歧,教師要求雙方學(xué)生分析、討論如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)汪明自己的結(jié)論,鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)自己的實(shí)驗(yàn)方案,并根據(jù)學(xué)生的方案,創(chuàng)設(shè)情境二。

        教師創(chuàng)設(shè)情景二:現(xiàn)有一個(gè)野兔種群,把它分為相同數(shù)量的兩群,分別遷入兩個(gè)不同的區(qū)域(A組遷入澳大利亞草原,B組遷入塔里木盆地),研究其數(shù)量變化。

        教師告知學(xué)生,完成這樣的工作需要10~20年的時(shí)間,由于時(shí)間和空間的限制,因此開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)。教師需要向?qū)W生介紹模擬實(shí)驗(yàn)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系:燒杯模擬的是一定的時(shí)間和空間,燒杯標(biāo)簽上寫(xiě)有年限和地點(diǎn)。例如:這個(gè)燒杯標(biāo)的是A.1859,那么它模擬的是1859年的澳大利亞,燒杯中的玉米模擬的是兔子。提出問(wèn)題:大家看看A.1859年和A.1864年燒杯中玉米的數(shù)量相同么?為什么?學(xué)生很快回答野兔種群數(shù)量在增長(zhǎng)。讓學(xué)生明白只有合作才可以測(cè)出1859N1865年,某地區(qū)種群數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì),培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

        4.3

        引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)探究的步驟

        對(duì)于高中生來(lái)說(shuō),他們有很強(qiáng)的探索欲望,希望通過(guò)自己的努力來(lái)獲得知識(shí),但是,學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中往往顯得慌亂,不知道該怎樣展開(kāi)自己所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。所以,教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)探究的步驟。

        教師引導(dǎo)學(xué)生討論得出以下幾點(diǎn):①研究目標(biāo)——建構(gòu)種群的增長(zhǎng)模型;②研究對(duì)象種群的數(shù)量;③研究方法——標(biāo)志重捕法;④研究思路:定期統(tǒng)計(jì)種群的數(shù)量,描繪增長(zhǎng)曲線圖;⑤研究方案:這是研究過(guò)程中較難的一部分,對(duì)于剛接觸探究性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)很困難,所以,給出了一些提示問(wèn)題,學(xué)生通過(guò)提示問(wèn)題4人一組討論實(shí)驗(yàn)方案。(怎樣標(biāo)志?標(biāo)志數(shù)目?怎樣攪勻?怎樣重捕?重捕數(shù)目?重捕數(shù)目應(yīng)大于還是小于標(biāo)志數(shù)目?怎樣計(jì)算?列出公式。是否需要多次重復(fù)試驗(yàn)?怎樣重復(fù)?如何處理這些數(shù)據(jù)?)教師要求學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案并互評(píng),規(guī)范實(shí)驗(yàn)方案。

        然后,教師再要求學(xué)生4人一組,明確分工,按課件提示步驟操作實(shí)驗(yàn),填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,8 min后,請(qǐng)大組長(zhǎng)匯報(bào)各地區(qū)每年的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并對(duì)個(gè)別“特殊組”的實(shí)驗(yàn)偏差進(jìn)行分析。然后告訴學(xué)生,生態(tài)學(xué)家都是在野外做重捕實(shí)驗(yàn),重復(fù)次數(shù)高達(dá)百余次,而且還要用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法處理數(shù)據(jù),從而讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)工作者的艱辛。

        4.4分析結(jié)果,推出新知

        根據(jù)兩組的的數(shù)據(jù)(表1),繪出種群增長(zhǎng)曲線(圖1、圖2)。

        教師要求學(xué)生觀察圖1、2,并提問(wèn)1:A組澳兔、B組塔兔圖像像英文字母中的什么字母?請(qǐng)學(xué)生描述.“J”型的增長(zhǎng)趨勢(shì)。學(xué)生觀察思考回答增長(zhǎng)形式分別為“J”型形,“s”型形;澳兔種群數(shù)量一直瘋長(zhǎng),塔兔種群數(shù)量增長(zhǎng)到一定值時(shí),則停止增長(zhǎng)。提問(wèn)2:為什么同樣是一種野兔,在澳大利亞和塔里木盆地,種群數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)會(huì)不同呢?學(xué)生會(huì)很快回答環(huán)境,然后根據(jù)相關(guān)地理知識(shí)分析澳大利亞和塔里木盆地的環(huán)境,并由此推出“J”、“S”模型的模型條件??偨Y(jié)環(huán)境不同,種群增長(zhǎng)趨勢(shì)也有所不同,請(qǐng)學(xué)生舉例鞏固條件與模型對(duì)應(yīng)關(guān)系。提問(wèn)3:“J”、“s”的增長(zhǎng)曲線有無(wú)最大值?最大值是否恒定不變?通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析“J”、“s”的增長(zhǎng)曲線增長(zhǎng)率的變化。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出“J”、“s”的增長(zhǎng)曲線增長(zhǎng)特點(diǎn)(表2)。

        4.5學(xué)以致用,鞏固新知

        教師創(chuàng)設(shè)情景讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,趣味鞏固知識(shí)點(diǎn)。情景1:小李最近新建了一個(gè)養(yǎng)雞場(chǎng),向各位專家請(qǐng)教如何才能增加雞的數(shù)量?引導(dǎo)學(xué)生回答小李的目的——想讓雞的種群增長(zhǎng),并且呈J型增長(zhǎng),所以給予相應(yīng)的條件。

        情景2:家鼠的繁殖力很強(qiáng),種群每天增加速率為1.47%。一般是采用什么方法滅鼠的?有什么弊端嗎?學(xué)完這節(jié)課,你打算采取什么措施來(lái)控制家鼠的數(shù)量?學(xué)生據(jù)上例分析很快分析出:自然狀態(tài)下,家鼠種群呈s型增長(zhǎng),所以要通過(guò)改變環(huán)境來(lái)降低K值,并列舉出措施。

        情景3:為了保護(hù)森林、魚(yú)類資源不受破壞,并能持續(xù)地獲得最大捕魚(yú)量、木材量,應(yīng)使被捕魚(yú)群的種群數(shù)量保持在什么水平?為什么?學(xué)生通過(guò)思考回答。

        總結(jié):通過(guò)坐標(biāo)圖,引導(dǎo)學(xué)生小結(jié):J型曲線是在空間、食物等資源無(wú)限理想狀態(tài)下的種群增長(zhǎng)曲線,體現(xiàn)了達(dá)爾文學(xué)說(shuō)中生物都有過(guò)度繁殖的觀點(diǎn);s型是在空間、食物等資源有限狀態(tài)下實(shí)際種群增長(zhǎng)曲線,體現(xiàn)了達(dá)爾文學(xué)說(shuō)中適者生存的觀點(diǎn),而陰影部分則表示環(huán)境中影響種群增長(zhǎng)的環(huán)境阻力,其數(shù)量表示通過(guò)生存斗爭(zhēng)被淘汰的個(gè)體數(shù)。

        5教學(xué)體會(huì)

        本節(jié)課設(shè)計(jì)了一個(gè)開(kāi)放的體系,通過(guò)創(chuàng)設(shè)種群數(shù)量變化的具體情景及“三維模擬實(shí)驗(yàn)”,讓學(xué)生經(jīng)歷了一次知識(shí)的“探索與發(fā)現(xiàn)”,啟動(dòng)了課堂探究,讓學(xué)生成為了知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建者。另外,通過(guò)本節(jié)課的表達(dá)和交流,學(xué)生的科學(xué)思維得到了培養(yǎng),處理、分析、解決問(wèn)題的能力和語(yǔ)言的表達(dá)交流能力得到了提高。

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