2023-2024学年人教版选择性必修21-2种群数量的变化第1课时教案.docx

第2节种群数量的变化（第1课时）教学目标1 .通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。2 .举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。3 .阐明环境容纳量原理在实践中的应用。教学重难点【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。【教学难点】建构种群增长的数学模型。教学过程【新课引入】细菌繁殖产生的后代数量教师指导学生阅读问题探讨的内容，讨论以下问题：1 .72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？提示：720.3h=216o22,2 .第代细菌的计算公式是什么？提示：如右图，假设初始细菌是一个那么第代N=2%教师活动：在这个过程中教师提示学生N“=2”就是一种数学模型，在学生解决这个问题的过程中就己经在建构一种数学模型了。3 .在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？如何验证你的观点？提示：不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。【新知讲解】一、建构种群增长的模型的方法学生活动：依据问题探讨中细菌分裂繁殖的背景，阅读课本第7页“建立数学模型”的过程总结建立数学模型的研究方法。观察对象、作出合理、建立数学、检验修正提出问题JJ模型J融/回归问题探讨中细菌的分裂繁殖：> 问题：细菌繁殖代后的数量是多少？> 假设：资源和空间没有限制，不受种群密度增加的影响。> 数学模型：N尸2。N代表细菌数量，表示第几代。> 检验、修正模型：观察、统计细菌数量。学生活动：学生填写课本第8页的表格并绘图1-4,尝试建构另一种数学模型。时间min20406080100120140160180细菌数量/个248163264128256512细菌数量时间小结：细菌的增长模型类似于“J”形增长。教师活动：引导学生思考公式类的数学模型和曲线图类的数学模型有什么优、缺点？Nfl=2n<>N代表细菌数量，n表示第几代。提示：曲线图更能直观反映出种群的增长趋势；但曲线图表示的数学模型不够精确。二、种群的“J”形增长过渡：自然界存在与细菌繁殖类似的“J”形增长类型吗？学生活动：阅读思考讨论中的内容，分析自然界种群增长的实例。思考下面的问题。1 .这两个资料中的种群增长有什么共同点？提示：种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势02 .种群出现这种增长的原因是什么？提示：食物充足，缺少天敌等。3 .这种种群增长趋势能不能一直持续下去？为什么？提示：不能，因为这只是理想状态，资源和空间是有限的。教师引导学生形成概念：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，曲线则大致呈“J”形。这种类型的种群称为“J”形增长。学生活动：建构“J”形增长的模型。模型假设：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条件。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倍。该种群的起始数量为No,建构/年后该种群的数量M是多少？建立模型：N,=N0,教师展示问题：对于细菌的种群增长模型，是多少？含义是什么？提示：=2,表明种群数量是前一年数量的2倍。拓展：如果或者vl,种群的数量怎么变化？提示：=l种群数量保持稳定，此时出生率等于死亡率；<l种群数量在逐年下降，此时出生率小于死亡率。过渡：如果遇到资源空间等方面的限制，上述例子还会成“J”形增长吗？三、种群的形增长学生活动：阅读课本第9页图1-5生态学家高斯培养大草履虫的实验思考以下问题。1 .大草履虫种群增长的曲线与“J”形曲线有什么不同？提示：大草履虫的种群增长曲线有顶点，最终呈“S”形。而“J”形曲线没有顶点。2 .为什么大草履虫会出现“S”形曲线，它的生长环境与“思考讨论”中的两种动物有什么区别？提示：大草履虫的生长环境有限，随着数量增多，对食物和空间的竞争激烈，导致种群出生率降低，死亡率升高。而“思考讨论”中的动物，生长在理想环境中，不存在生存竞争。3 .根据大草履虫的增长曲线，分析在不同的时间段种群的增长有什么不同？提示：初始阶段增长较快，斜率在慢慢变大。在第2天到第3天的时候，种群的斜率最大，这个时候种群增长最快。随着种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，斜率在慢慢减小，最终当出生率等于死亡率时，斜率为0,种群停止增长，稳定在一定水平。4 .在实验的第5天后，大草履虫的数量基本维持在375左右，这个数值有什么含义？提示：这个数值称为环境容纳量，一定的环境条件下所能维持的种群最大数量，称为环境容纳量。5 .大草履虫增长速度最快的点，对应的种群数量是多少？提示：大致在X72。此时出生率大于死亡率，种群增长速率最大。设计意图：通过学生对高斯实验结果和图像的分析，结合问题一步步引导，培养学生主动建构“S”形增长曲线数学模型的能力。在学生主动解决问题的过程中，深入理解数学模型各部分的含义。小结：教师展示“S”形增长曲线的模型，引导学生总结力和亥对应的种群数量。根据“S”形曲线总结种群增长速率的曲线，以及各点的含义。种群数量K冲1种群增长速率为0,维持在环境容疝iK/2二/群增长速率最天II种群增长速W'2时间1.种群增长速率最大，对应种群数量为K/2/i/输群增长速率为0,对应种群数而正OtlI2时间拓展延伸1：用曲线图表示K值、K/2的方法。图中B、C、E、J所对应的种群数量为K值，A、D、F所对应的种群数量为K/2。拓展延伸2K值、K/2的应用：(1) K值： 减小环境阻力一增大K值-保护野生生物资源，例如大熊猫。 增大环境阻力一降低K值一防治有害生物，例如鼠、蚊、蝇等。 草原最大畜牧量不超过K值一合理确定载畜量。(2) KI2： 渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处，捕捞后种群数量增长最快。 K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处。四、种群数量的波动教师活动：引导学生思考”种群达到K值后，其数量一定会在K值左右保持稳定吗？”提示：不一定，种群数量围绕环境容纳量上下波动，种群数量的最大数量可以大于环境容纳量。学生活动：阅读课本第1O页的内容，思考东亚飞蟀种群数量波动、鲸鱼种群数量下降的原因可能有哪些？提示：原因主要有气候、食物、天敌、传染病、人为因素等方面。教师引导学生思考，如何利用种群数量变化的模型解释鲸数量急剧下降，甚至濒临灭绝的现象？如何保护鲸，使其恢更正常的种群数量？提示：过渡捕捞鲸，使其种群数量远低于K/2,个体数量太低无法延续种群，出生率太低，以至于种群数量急剧下降。为了恢复其种群的正常繁衍，必须积极改善栖息环境，增加出生率，减少人为过渡捕捞。K值不是一成不变的，环境被破坏，K值下降，环境改善，K值上升。【课堂小结】教师活动：提出两个问题，在解决问题中复习并强化本节课的内容。>建构数学模型的一般步骤有哪些？>种群数量的变化规律可以用哪些模型描述?学生活动：学生思考并回答上述问题。学生活动：总结种群增长的“J”形曲线和“S”形曲线。项目“J”形曲线“S”形曲线前提条件理想状态：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌等现实状态：资源空间有限；各种生态因素综合作用曲线模型种群数量I时间KK/2种群数量/卜时间特点种群以一定的倍数连续增长Nz=N0V种群数量在达到环境容纳量K值后，将在K值上下保持相对稳定K值有无无K值有K值形成原因无种内斗争，缺少天敌，资源和空间条件充裕，气候适宜种内斗争加剧，捕食者数量增多联系种群数量环境阻力淘汰的个体：二一、K值环境容纳量“J”形增长,"S”形增长I=时间设计意图：这是本节课的重点和难点，教师设计好表格，培养学生自己比较、归纳的能力。【课堂检测】1.一个种群在/年后的个体数量符合公式N尸NoO无须符合的条件是（B）A.气候适宜B.出生率等于死亡率C.没有敌害D.食物和空间条件充裕2.下列有关种群“S”型增长的叙述，不正确的是（B）A.种群生存的资源和空间是有限的B.同一种群的K值是固定不变的C.K/2值时种群的增长速率达到最大D.达到K值时种群的出生率与死亡率相等3.田鼠施一种群居的植食性鼠类，施内蒙古草原的主要鼠害之一，下列有关叙述不正确的是（D）A.田鼠与其天敌猫头鹰的种群数量的波动总是不同步的B.由于田鼠标记个体被再次捕获的概率下降，所以调查其种群密度时结果往往偏大C.即使食物十分充足，内蒙古草原上田鼠的种群数量也呈“S”型增长D.田鼠的环境容纳量是种群数量的最大数量，不同时期环境容纳量不同