高中生物 42《种群数量的变化》同步教案 新人教版必修31Word下载.docx
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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20min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19000000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
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之一，通过讨论能使学生明白实验设计的基本原理，在具体操作时做到心中有数。
4.制订计划
本实验时间较长（7天），因此事前一定要做好周密的计划，定程序、定时间、定人员。
5.实施计划
按计划中确定的工作流程认真操作，做好实验记录。
6.分析结果，得出结论
将记录的数据用曲线图表示出来，讨论分析实验的结果与假设是否一致。
《种群数量的变化》教学设计
（第一课时）
一、教学目标的确定
在课程标准的内容标准中规定了“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”。
该条内容标准有两层涵义：
其一，“尝试建立数学模型”属模仿性技能目标，旨在通过原形示范（细菌的数量增长）和具体指导，学生能完成建立数学模型；
其二，“解释种群的数量变动”属理解水平的知识目标，旨在把握数学模型（抽象）与种群的数量变动（具体）之间的内在逻辑联系。
由此，本节教学目标确定为三条（详见前面本节的教学目标）。
二、教学设计思路
高中学生对数学模型的概念并不陌生，在学习生物学其他内容时，学生已对运用数学解决生物学中的问题有了一定的认识，例如，对遗传规律的认识。
因此，本节是在学生已有知识的基础上，重新建构新的知识──建构揭示生物学规律的数学模型。
本节的引入有两种思路：
一是按照教材的编排顺序进行，即以“问题探讨”引入，然后逐步展开教学，将本节的探究活动作为验证性实验活动；
二是将本节的探究活动作为研究性学习内容，事先布置，让学生（或部分学生）在课外完成。
从学生在活动中产生的问题或体验引入，结合教材中的“问题探讨”和“建构种群增长模型的方法”，讨论相关内容，展开教学。
现以第一种思路为例说明，本节共2课时。
第一课时的教学应当遵循具体→抽象→再具体→再抽象……循环上升的轨迹。
1.具体。
教师以“问题探讨”引入，由于学生已有相关的数学知识，不难回答问题。
教师应启发学生思考：
得出的数学公式有何生物学意义（说明细菌数量增长具有哪些性质）？
2.抽象。
进一步让学生讨论：
细菌的数量增长模型是怎样建构的？
数学模型的表现形式有哪些？
由此，总结出建构种群增长模型的方法。
3.再具体。
联系实例说明种群增长的两种数学模型。
4.再抽象。
结合细菌的数量增长模型，得出种群数量增长的“J型”数学模型；
结合实例讨论“K”值。
5.进一步回到具体。
讨论数学模型的生物学意义（说明“J型”和“S型”增长的生物学意义），列举实例。
6.进一步抽象。
总结用数学模型揭示生物学现象与规律的意义。
在教学中，教师要引导学生对问题作深入的思考，启发学生从现象揭示出本质和规律，使学生认同运用恰当的数学模型能够较好地表达某些生物学规律。
一定要避免从数学到数学，为计算而计算的教学。
第二课时为探究活动：
培养液中酵母菌种群数量的变化。
由于该探究活动需要较长的时间（连续观察7d），因此，活动的管理是教学的难点。
教师要在制定计划、同伴的合作、记录实验数据等方面给予必要的提示。
三、教学实施的程序（第一课时）
学生活动
教师的组织和引导
教学意图
学生基于已有的数学知识进行演算。
播放细菌分裂的录像或演示细菌分裂的计算机模拟动画。
提示：
在自然界中细菌无处不在，有些细菌的大量繁殖会导致疾病。
假如现有一种细菌，在适宜的温度、湿度等环境下，每20min左右通过分裂繁殖一代。
引导学生思考：
1.细菌的生殖方式是怎样的？
2.72h后，由一个细菌分裂产生的后代数量是多少？
3.n代细菌数量是多少？
通过创设具体的情境，让学生感受活生生的生命现象。
认识细菌种群数量增长的数学规律。
学生讨论，充分陈述自己的观点。
提出问题，组织讨论：
1.对细菌种群数量增长而言，在什么情况下2n公式成立？
2.这个公式揭示了细菌种群数量增长的什么规律？
3.在学过的生物学内容中，还有哪些生物学问题可以用数学语言来表示。
数学工具在生物学研究中的作用越来越突出。
用数学语言揭示生物学问题时，要充分考虑到生物学自身的特点。
认识到在生物学中有许多现象和规律可以用数学语言来表示。
学生独立操作完成图表，相互交流结果。
请学生算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量，并填写教材中的表格，然后画出细菌的种群数量增长曲线。
这是在理想条件下对细菌种群数量的推测。
引导学生讨论，同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么局限性？
认识种群数量增长模型的另一种表现形式。
小结：
在描述、解释和预测种群数量的变化时，常常需要建立数学模型。
数学模型的表现形式可以为公式、图表等。
学生讨论建立“培养液中酵母菌种群数量的数学模型”的方案：
程序和方法。
提出问题，组织讨论：
如何建立“培养液中酵母菌种群数量的数学模型”，我们应该怎么做？
结合本节的探究实验，认识建立种群增长模型的程序和方法。
学生讨论：
1.野兔种群增长的原因有哪些？
2.怎样用数学语言来描述野兔种群增长的规律？
3.如果用N0表示野兔种群的起始数量，用λ表示野兔种群数量每年的增长倍数，用Nt表示t年后野兔种群的数量，那么，Nt为多少？
4.根据上述素材，估算1869年时，野兔种群数量为多少？
（说明计算方法）
5.列举在自然界中还有哪些与素材中野兔种群数量增长相类似的情况。
以上讨论的是在实验条件下种群的数量变化，在自然界中种群的数量变化情况如何？
提供素材：
《光明日报》消息
澳大利亚野兔成灾。
估计在这片国土上生长着6亿只野兔，它们与牛羊争牧草，啃树皮，造成大批树木死亡，破坏植被导致水土流失，专家计算，这些野兔每年至少造成1亿美元的财产损失。
兔群繁殖之快，数量之多足以对澳洲的生态平衡产生威胁。
澳洲本来没有兔子，1859年，一个叫托马斯·
奥斯汀的英国人来澳定居，带来了24只野兔，放养在他的庄园里，供他打猎取乐。
奥斯汀绝对没有想到，一个世纪之后，这24只野兔的后代达到6亿只之多。
（有条件的学校，教师可播放澳大利亚野兔成灾的录像片。
）
通过具体实例，加深对数学模型的理解，并用数学语言解释种群数量增长的规律。
明确“J”型种群增长的原因。
小结：
自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式。
该种群数量增长的数学模型可表示为“J”型曲线，或数学公式：
Nt=NOλt
学生思考：
有哪些因素制约着种群数量的增长？
学生讨论。
如果自然界的生物种群都是以“J”型方式增长，地球早就无法承受了。
呈现高斯实验（有条件的学校可将高斯实验用计算机模拟技术呈现出来）。
提出讨论题：
1.你认为高斯得出种群经过一定时间的增长后，呈“S”型曲线的原因是什么？
2.在高斯实验的基础上，如果要进一步搞清是空间的限制，还是资源（食物）的限制，该如何进行实验设计？
3.如何理解K值的前提条件“在环境条件不受破坏的情况下”？
请举例说明。
从资源和空间上思考种群增长问题。
用生物学语言解释“S”型曲线（数学模型）。
培养实验设计能力。
学生讨论教材中“思考与讨论”素材。
经过一定时间，在各种因素的作用下，种群数量增长会趋于稳定，呈“S”型曲线。
在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称为“环境容纳量──K值”。
理解K值，并解释和说明实际问题。
学生讨论教材中东亚飞蝗种群数量的波动。
讨论影响种群数量波动的因素。
提出问题：
在自然界中，种群数量是否总能稳定在K值？
为什么？
从多因素思考种群数量的变化？
总结：
从具体的生物现象与规律建立抽象的数学模型，又用抽象的数学模型来解释具体的生物学现象与规律，这是学习本节的要旨。
把握学习方法要旨。
练习P69一、基础题
课后反思
2019-2020年高中生物4.2《种群数量的变化》同步教案新人教版必修3
课题
第四章种群和群落第2节种群数量的变化
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。
教方学法
讲述与学生练习、讨论相结合
教
材
分
析
重点
难点
建构种群增长的数学模型
教具
多媒体、实物投影仪
学
过
程
一、种群数量的变化
1、种群增长的J型曲线（图一）
产生原因：
在食物和空间条件充裕、气候适宜、
没有敌害等理想条件下，种群数量呈J型曲线增长。
2、
种群增长的S型曲线（图二）
环境条件如空间、食物、天敌等制约。
3、影响种群数量变化的因素
（图一）
决定因素：
出生率和死亡率、迁入和迁出
自然因素：
气候、食物、天敌、传染病等（图二）
影响因素
人为因素：
如人工养殖
〖引入〗在第一节中，我们学习了种群数量的影响因素，大家看“问题探讨”，思考讨论准备回答。
〖提示〗1.Nn=2n,N代表细菌数量，n代表“代”。
2.N=2216。
3.细菌数量不会永远按这个公式增长。
可以用实验计数法来验证。
〖问题〗再以“本节聚焦”引起学生的思考和注意力。
〖板书〗一、建构种群增长模型的方法
〖学生活动〗学生阅读并完成P66图4-4细菌种群的增长曲线
〖旁栏思考题1〗生思考回答师提示。
〖提示〗不够精确。
〖问题〗在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？
〖答并板书〗1.种群增长的“J”型曲线
〖学生活动〗阅读P66第三段到第五段。
〖板书〗自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”型。
Nt=N0λt
〖问题〗“J”型增长能一直持续下去吗？
〖板书〗2.种群增长的“S”型曲线
〖学生活动〗阅读P67并完成“思考与讨论”。
〖提示〗1.对家鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物捕杀等措施。
2.从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，①如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；
②室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；
③养殖或释放它们的天敌，等等。
〖旁栏思考题3〗生思考回答师提示。
〖提示〗同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。
〖问题〗种群数量达到K值时，都能在K值维持稳定吗？
〖板书〗3.种群数量的波动和下降
典型例题
例1（xx年广东卷）种群是指一个生态系统中
A．同种生物所有成熟个体的总和B．所有生物成熟个体的总和
C．同种生物所有个体的总和D．所有生物个体的总和
解析种群是指一定时间、空间内同种生物个体的总和。
不同的生物不属于同一个种群；
同一时间、空间内的同种个体是一个种群，这些个体不仅包括所有成熟个体，也包括所有幼年、青年、老年等所有个体。
但种群不是同种生物简单的相加，而是具有一系列一个个体所不具备的种群特征。
即具有种群密度、年龄组成、性别比例、出生率和死亡率等特征，才能成为真正的种群。
本题正确答案是C。
例2生活在一个生物群落中的两个种群（a、b）的数量变化如图，下列判断正确的
A．a种群与b种群为捕食关系,a种群依赖于b种群
B．a种群与b种群为竞争关系,竞争程度由强到弱
C．a为S型增长,其增长受本身密度制约
D．b为J型增长,始终受到a种群的制约
解析根据题意，种群a随着时间的延续，种群数量在不断增加，达到K值时趋于平衡，呈现出“S”型增长曲线。
之所以不能无限增长，主要是种群数量的不断增加，种内斗争加剧而致。
种群b在前期不断增长，尚未达到K值就锐减，既不是“S”型、也不是“J”型增长曲线。
从曲线图分析推出二者不是竞争关系，因为开始时二者的数量同步增长了一段时间，排除竞争可能性；
也不是捕食关系，捕食者与被捕食者之间呈波动的关系，且不同步，相差一个时间段。
从图中看不出二者之间的关系。
因此本题正确答案是C。
目标检测
1.适当密植可以提高单位面积的产量，但种植过密反而减产。
用生态学观点进行的
正确解释是（）
A．过度密植导致害虫大量繁殖B．过度密植造成通风不良
C．过度密植造成种内斗争激烈D．过度密植造成杂草生长旺盛
2.用标志重捕法来估计某个种群的数量，例如在对某种鼠群的种群密度的调查中，第一次捕获并标志39只，第二次捕获34只，其中有标志鼠15只，则对该种群的数量估计，哪一项是不正的（）A．种群数量可用N表示B．种群数量大约为88只
C．该种群数量大约为100只D．N＝39×
34÷
15
3.下图是一个鼠群迁入到一个新的生态系统后的生长曲线图。
试分析在曲线中哪段表示食物最可能成为鼠群繁殖速率的限制因素
A.EF段B.DE段C.BD段D.CB段
4.（多选）在适宜的温度、水分和CO2浓度条件
下，分别测定强光和弱光时不同植物的净光合作用量如下图所示，请据此判断，下列叙述正确的是
A.在题中叙述的条件下，植物光合作用的主要限制因素是光照
B.同等光照条件下，玉米比小麦的净光合作用量高
C.植物在强光下，光反应较强，导致植物强光下的净光合作用量高于弱光下
D.大多数农作物属于喜阳植物
5．生态工作者从东到西对我国北方A、B、C三种类型的草原地行调查。
下表是不同调查面积的物种数量统计结果：
（1）A、B、C三种类型的草原对放牧干扰的抵抗力稳定性由强到弱的顺序是。
导致这三种类型的草原物种数量不同的关键生态因素是。
如果将A草原与我国东北针叶林相比，两者之间恢复力稳定性较强的是。
（2）调查B草原某种双子叶草本植物种群密度时，设计如下调查步骤：
①选取40cmX40cm为最佳样方面积。
②在该物种分布较密集的地方取5个样方。
③计数每个样方内该植物的个体数。
若计数结果由多到少依次为N1、N2、N3、N4、N5，则将N3作为种群密度的估计值。
请指出以上设计步骤中的错误并加以改正。
参考答案
1C2.C3.A4.ABD
5．
（1）A、B、C水A草原
（2）①选取的样方面积不对。
应取物种数量达到稳定的最小面积100cm×
100cm。
②取样方法不对。
应在B草原中随机取样。
③对种群密度值的估计方法不对。
应以调查样方的单位面积中种群个体数量的均数作为种群密度的估计值。
作
业
后
记
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