高中生物_第2節 種群數量的變化教學設計學情分析教材分析課后反思

種群數量的變化——教學設計

一、教學目標

知識目標 1、說明建構種群增長模型的方法。

2、會用“J”型、“S”型增長曲線解釋種群數量的變化。

能力目標 建立用數學模型解釋生物現象的思想，初步學會使用數學模型解釋生

物現象。

情感態度和價值觀 培養學生關注人類活動對種群數量變化的影響，深刻認識人與自然和

諧發展的重要意義，樹立人與自然的可持續發展的觀念。

二、教學重難點

教學重點 構建種群增長的數學模型、用“J”型、“S”型增長曲線的特點解釋生物現

象

教學難點 用“J”型、“S”型增長曲線的特點解釋生物現象

三、教學方法

講授法、小組討論法

四、教學過程

新課導入

師：【展示】PPT播放兩張圖片：密密麻麻的水葫蘆、瀕危物種大熊貓。

以上兩張圖片與我們今天要講的種群數量的變化密切相關，如何有效地控制水葫蘆的瘋

長？如何更好的保護大熊貓？帶著這些問題我們來共同學習《種群數量的變化》。

自主學習

師：首先，請大家自主研習【問題探討】：

在營養和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。

請你算出一個細菌產生的后代在不同時間（單位為min）的數量，填入下表。

時間20 40 60 80 100 120 140 160 180

（min）

數量

（個）

推導出細菌增長的計算公式：2 （n代表“代”）

學生行為：獨立思考、計算，并把結果填在表格里

讓學生總結一下構建數學模型的過程

師：根據表格中的數據，然后以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，畫出細菌的種群增長

曲線。（在學生計算數據的同時將模型構建的過程滲入他們的思維中）

以上兩種形式相比，我們可以看出數學表達式能夠準確地表示細菌種群的數量變，曲線

圖能夠清晰、直觀地描述細菌種群數量變化趨勢。

合作探究

師：上述數學表達式的前提是理想條件下，意味著該種群生活在的食物、空間充裕，沒

有敵害、氣候適宜等一系列好的環境，那么現實生活中有相似的情況嗎？

學生：有，1859年一位英國人帶來24只野兔到澳大利亞定居，一個世紀以后，這24只

野兔的后代竟達到了6億只以上；

美國的環頸雉在1937——1942年期間種群數量的增長曲線。

n

師：（小結）通過上述兩個實例可以看出，自然界確有類似細菌在理想條件下種群數量

增長的形式，如果以時間在橫坐標，種群數量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線則大致呈“J”

型，我們稱為種群增長的“J”型曲線。

學生：分組討論5min。

討論的問題如下：

1. 若某種群數量增長符合右圖曲線需滿足哪些條件？在這些條件下種群有什么增長特

點？

2．該類曲線的數學表達式是什么？請嘗試繪出種群數量Nt隨t的變化曲線圖？

3. 上述曲線中種群增長率會改變嗎？

師：讓學生分組展示討論的結果，重點講解：

學生建構的種群增長的數學方程式即 Nt = No * λ，解釋各個字母代表的含義。

曲線的增長率變化，引導學生列舉“J”型增長的例子，并思考，“J”型增長能一直持

續下去嗎？

學生：回答不能持續增長的原因

師：【展示】生態學家高斯及其大草履蟲種群數量增長曲線實驗圖片

高斯曾做過培養大草履蟲實驗：在0.5ml培養液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h

統計一次大草履蟲的數量，經過反復實驗得到了剛才的曲線圖。

師：（小結）自然界的資源和空間總是有限的，當種群密度增大時，種內競爭就會加劇，

以該種群為食的動物的數量也會增加，這就會使種群的出生率降低，死亡率增高。當死亡率

增加到與出生率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩定在一定的水平。像這樣，經過一

定時間增長后趨于穩定的曲線，我們稱為種群增長的“S”型曲線。

學生合作探討：

1. 種群經過一定時間的增長后，呈“S”型曲線的原因是什么？并畫出“S”型曲線。

2. “S”型曲線具有怎樣的增長特點？

3. “S”型曲線的增長速率如何變化？并畫出其增長速率曲線。

t

4. 如何理解K值的前提條件“在環境條件不受破壞的情況下”？請舉例說明

5. 從環境容納量的角度思考，對家鼠等有害動物的控制，應采取什么措施？

師：讓學生分組展示討論的結果，重點講解：

K值、增長速率的變化曲線，對于珍惜動物的保護以及有害動物的防治，完成例題1、

例題2

師：自然界中，種群的數量會穩定在K值嗎？

學生：引起種群數量波動的因素很多，如氣候、食物、天敵、傳染病等不利因素，有時

種群數量還會急劇下降甚至消亡。

師：同學們，我們研究種群數量的變化，目的在于為生產、生活實踐提供理論指導。

【討論】

① 你能提出一些保護東北虎、大熊貓等瀕危動物的措施嗎？

學生：建立自然保護區，增加K值；禁止人類捕殺等。

② 面對一些害蟲，如東亞飛蝗、家鼠，我們該如何控制？

學生：破壞生存環境，降低K值；及時發現及時消滅等。

師：同學們說的非常好，現在，隨著人口的增長，科技水平的提高，人類活動范圍的擴

大，人類活動對自然界種群數量變化的影響越來越大，有時甚至成為決定性的因素。例如，

2007年8月，英國皇家學會發表中、美、英、得、日、瑞士六國科學家的“2006長江豚類

考察”報告指出：專家們認為白鰭豚已經滅絕。

研究種群的變化規律以及影響種群數量變化的因素，對于有害動物的防治、野生生物資

源的保護和利用，以及瀕危動物種群的拯救和恢復，都有著重要意義。,

總結：1. K值的應用：

野生生物資源的保護：

有害動物的防治：

合理確定載牧量：

2. K/2值的應用：

a. 資源的開發與利用：

b. 有害生物防治：

課堂總結

1、 課后練習, 建構種群增長模型的方法——數學表達式、曲線圖法

2、“J”型增長曲線和“S”型增長曲線的比較

比較項目 “J”型增長曲線 “S”型增長曲線

前提條件 環境資源無限 環境資源有限

種群增長率 保持穩定 隨種群密度上升而下降

有無K值 無 有

當堂檢測

學案上的習題

課后作業

配套練習

種群數量的變化——學情分析

從能力的方面說，此時的學生已經具備相對較強的探究、分析、解決問題的能力，具有

一定的生物科學素養。從知識方面說，高二的學生已經具有與數學建模相關的數學知識儲備，

學生的生活體驗也足以理解種群數量變化。所以，這堂課的學習，是在教師的引導下，學生

將種群數量變化的生物學問題歸結成數學問題，進而應用建模成果去解決身邊的環境問題。

種群數量的變化——效果分析

教學結果有效達成

課堂上不僅氣氛活躍，學生也能積極主動地參與學習的全過程并在學習方法上有一定收

獲。不僅如此，大多數學生能在課堂上正確掌握知識，并能運用本節課所學的知識解決簡單

的實際問題，達到了教師預定的教學目標。

種群數量的變化——教材分析

“種群數量的變化”位于高中生物人教版必修Ⅲ第四章第二節，它是第一節“種群的特

征”的延續。種群數量的變化直接影響種群的密度，同時從食物鏈或食物網的角度來分析，

某種生物種群數量的改變，也會很大程度地影響到某些群落甚至某些生物圈中其他生物種群

數量的變化，因此，本節內容不僅在本章中具有承上啟下的作用，對于人與自然的可持續發

展及生物和環境的和諧發展具有極其重要的指導作用。

新課程標準對本節的規定是“嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動”，依據此規定我

確定了本節內容的重點有兩個：引導學生學會用生物數據構建數學模型和對“J”型、“S”

型增長曲線的分析及實際應用。數學模型的建構過程正是學生思考分析生物現象的過程，學

生通過細菌種群數量變化描述方法的探討，在腦海中即滲透了模型構建的過程；大自然的生

物不會像“問題探討”中的細菌那樣無節制的繁殖，它會受到環境阻力而呈“S”型曲線增

長，及時分析“J”型、“S”型增長曲線特點，能夠拯救瀕危物種、降低外來物種對本地物

種的侵害、保護野生生物資源等，是生態保護的風向標，因此，分析總結“J”型、“S”型

增長曲線產生的條件、自身特點和應用是本節課的重點也是難點。“知識成就文明”，種群數

量的變化除了增長外，還存在波動和下降等其他形式，本節最后分析了影響種群數量變化的

各種因素，意在培養學生“愛護環境，人人有責”的意識，要學生愛惜生物資源，關注資源

的利用，實現人與自然的可持續發展。

種群數量的變化——評測練習

1．一塊面包上有一個霉菌，如果在其他條件都適宜的情況下，其數量變化在一天內最

可能的是( )

A．“J”型曲線增長 B．“S”型曲線增長

C．“J”型或“S”型曲線增長 D．無規律增長

2．用酵母菌釀酒，其發酵階段的主要工藝為：加料(糖化后的米漿)一接種(主要是酵母

菌)一通氣培養一密封發酵。下圖表示從接種到密封前這一階段酵母菌種群個體數量的

變化，其中正確的是( )

3．為了保護魚類資源不受破壞，并能持續地獲得最大捕魚量，根據種群增長的S型曲線，

應使被捕魚群的種群數量保持在K/2水平。這是因為在這個水平上( )

A．種群數量相對穩定 B．種群數量最大

C．種群增長速率最大 D．環境條件所允許的種群數量最大

4. 下圖所示為某一經濟動物種群遷人一個適宜的環境后的增長曲線圖，請回答：

(1) 圖中表示種群數量最大的一點是______。

(2) 圖中表示種群增長速度最快的一點是______________。

(3) 該種群的增長速度由緩慢到逐漸加快是在遷入______________年后開始的，環境

阻力增長是遷入第______________年后開始的。

(4) 既要獲得最大的捕獲量，又要使該動物資源的更新能力不受破壞，應使該動物種

群的數量保持在圖中______________點所代表的水平上。

種群數量的變化——課后反思

生物學是一門應用科學。本節課以建構數學模型為主線，以細

菌繁殖為例，啟發學生用數學表達式法和曲線圖法構建出該種群的增長模型，然后用澳大利

亞野兔和美國環頸雉兩個事例支撐構建模型過程的正確性，得到建構模型的一般步驟：觀察

研究對象，提出問題——提出合理的假設——根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性

質進行表達——通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正。在細菌實例的基礎上，

我又以生態學家高斯培養大草履蟲為例，讓學生嘗試分析“S”型增長曲線圖，如““S”增

長曲線與“J”型增長曲線有什么不同呢？“S”增長曲線產生的條件是什么？如何理解K值？”

然后總結對比“J”型增長曲線和“S”型增長曲線的不同點。“理論是實踐的基礎”，學生學

習了這兩種增長曲線后要能對現實現象進行解釋和解決，所以我提出兩個問題：你能提出一

些保護東北虎、大熊貓等瀕危動物的措施嗎？面對一些害蟲，如東亞飛蝗、家鼠，我們該如

何控制？自然界中的種群數量不是一直上升的，它也會下降和波動，由此我提出了“引起種

群數量波動的因素有哪些？人類活動對種群數量變化有什么影響？”，讓學生看到生物數量

在大量地銳減，人類活動嚴重破壞了生態環境，這樣學生勢必會聯想到環保的重要性，在日

常生活中會從小事做起，關注資源的利用，關注環境的變化，關注人類活動，實現人與自然

的可持續發展。

本節課的教學設計符合新課程理念的標準要求，過渡時遵循高二學生的思維特點層層深

入，有的放矢，將學生一步一步地帶入了課堂中，充分挖掘了學生的主動性，體現了“學生

為主，教師為輔”的思想；不足之處就是未能及時關注后進生，這是我今后努力的方向。

種群數量的變化——課標分析

課標對本課的具體內容標準是：嘗試建立數學模型解釋種群的數量變化。

基于學生的實際情況，根據我對課標的理解，我從知識、能力、情感態度與價值觀三個

維度制定了教學目標如下，并在教學中具體落實。

知識目標：嘗試建立數學模型，解釋種群的數量變動。

前者屬于模仿性技能目標，旨在通過原形示范（細菌的數量增長）和具體指導，學生能

建立起相應的數學模型；后者屬于理解水平的知識目標，旨在把握數學模型（抽象）與種群

的數量變動（具）之間的內在邏輯聯系。

能力目標：建立用數學模型解釋生物現象的思想，初步學會使用數學模型解釋生物現象。

情感態度與價值觀目標：培養學生關注人類活動對種群數量變化的影響，深刻認識人與

自然和諧發展的重要意義，樹立人與自然的可持續發展的觀念。