人教版 (2019)选择性必修2种群数量的变化第2课时教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修2种群数量的变化第2课时教学设计，共11页。教案主要包含了实验原理，提出问题，作出假设，探究思路，制定计划，实施计划，分析结果，得出结论，表达和交流等内容，欢迎下载使用。
课题
1.2种群的数量变化
教材分析
本节是高中生物选择性必修2《生物与环境》中第一单元《种群及其动态》中的第二节内容，课标中本部分对应的具体内容标准是：即“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”，属于能力层面的“模仿”水平和知识层面的“理解”水平。
本节是在学习《种群的基本特征》的基础上对种群的进一步认识。学生对数学应用生物学已经比较熟悉，但在生物学中进行构建数学模型还是比较陌生。通过本节内容的学习，可以使学生学习如何构建数学模型。
教学目标与核心素养目标
教学目标：
1.尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化（重、难点）。
2.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长等数量变化情况。
3.会使用血细胞计数板掌握单细胞生物的计数方法（难点）。
4.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，来研究一个种群的数量变化情况，尝试构建种群增长的数学模型（重点）。
核心素养目标：
生命观念、科学思维——说明建构种群增长模型的方法，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。
科学探究——通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建构种群数量增长的数学模型。
社会责任——运用种群数量变化规律解决生产生活中的实际问题，关注人类活动对动植物种群数量变化的影响。
重点
1.说明建构种群增长模型的方法。
2.掌握种群数量变化的“J”型曲线和“S”型曲线。
难点
建构种群增长的数学模型。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
复习导入
建立数学模型之后，需要通过进一步的实验，对模型进行检验或修正。自然条件下，任何生物的种群都与环境中其他生物密切联系。严格地说，探究的某个种群数量的变化只有在实验室才有可能实现。
回顾上节课所学内容，思考如何通过进一步的实验，对模型进行检验或修正。
通过对之前学过的知识进行复习，帮助学生温故而知新，加强对知识的理解和记忆，为今后的学习奠定坚实的基础。
新课讲授
培养液中酵母菌种群数量的变化
探究•实践 培养液中酵母菌种群数量的变化
酿酒和做面包都需要酵母菌，这些酵母菌可以用液体培养基（培养液）来培养。
自然条件下，任何生物的种群都与环境中其他生物密切联系。严格地说，探究单个种群数量的变化只有在实验室才有可能实现。
组织学生阅读教材P11页，结合教材内容，引导学生尝试概括实验原理，提出本节探究实践活动的问题，合理作出假设，讨论探究思路，制定实验计划，实施计划，分析结果，得出结论，组织学生进行表达和交流。
（一）实验原理
酵母菌是兼性厌氧型生物、单细胞真核生物；
酵母菌生长周期短，增殖速度快；
可用含糖的液体培养基（培养液）培养；
采用抽样检测法，利用血细胞计数板可以测定封闭容器内的酵母菌种群随时间而发生的数量变化。
（二）提出问题
教师提出本节探究实践活动的问题：“在封闭的环境中，培养液中酵母菌的种群数量是怎样随时间而变化的?
追问：不同的培养条件对酵母菌种群数量的增长会产生怎样的影响?大家能否提出一些可以探究的问题?
提示：如不同温度条件（或通O2量、通CO2量等）下酵母菌种群数量增长的情况是怎样的?不同培养基（如加糖或不加糖）中酵母菌种群数量增长的情况是怎样的?
（三）作出假设
鼓励学生积极大胆地作出假设，但应提出“合理地作出假设”的要求：要围绕问题，根据预期结果作出符合逻辑的假设。
提示：
①培养液中的酵母菌数量一开始呈“J”形增长；
②随着时间推移，由于营养物质的消耗、有害代谢产物的积累、pH的改变，酵母菌数量呈“S”形增长。
（四）讨论探究思路
在制定计划前，你需要思考以下问题，并与同学讨论。
1.怎样对酵母菌进行计数？
2.本探究需要设置对照吗？如果需要，请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由？
3.本探究需要做重复实验吗？为什么？
4.怎样记录结果？记录表怎样设计？
教师介绍抽样检测的方法、血细胞计数板的使用方法，引导学生推导出计算酵母菌种群密度的公式。
展示资料，根据资料和教材内容，提出问题，并引导学生进行回答。
展示资料1：
资料1. 血细胞计数板是一块比普通载玻片厚的特制玻片。它由四条下凹的槽构成三个平台。
1. 计数室的长和宽各为 1 mm，深度为 0.1 mm，容积为 _______mm3。（0.1）
资料1. 血细胞计数板它由四条下凹的槽构成三个平台。中间的平台较宽，它的中间被一个短横槽隔为两半，每个半边上刻有一个方格网(如图A)。每个方格网上有9个大方格，其中只有中间的一个大方格为计数室，供计数用。
25×16型：即大方格内分为25中格，每一中格又分为16小格
16×25型：即大方格内分为16中格，每一中格又分为25小格
不管计数室是哪一种构造，其每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成
对一支试管中的培养液（可定为10 mL）中的酵母菌逐个计数是非常困难的，可以采用抽样检测的方法：
2. 盖盖玻片和滴加培养液哪个步骤在前？
提示：先盖盖玻片，再滴加培养液于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，用滤纸吸去多余的培养液。
先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余的培养液用滤纸吸去。稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。
盖玻片下的培养液厚度为0.1mm，请推导出将一个小方格范围内的酵母菌数目，换算成10mL培养液中酵母菌总数的公式。
★如果先加培养液再盖盖玻片，那么盖玻片可能由于已加入液滴的表面张力而不能严密地盖到计数板表面，使计数室内部液体增多，导致计数结果偏高。
★先盖盖玻片再滴加培养液，还能避免因直接滴加培养液时，在计数室内产生气泡，导致计数室相对体积减小而造成误差。
3. 从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？
提示：使培养液中酵母菌分布均匀，以减少误差。
★如果未振荡试管就吸取培养液，可能出现两种情况：一是从试管下部吸取的培养液浓度偏大；二是从试管上部吸出的培养液浓度偏小。另外，酵母菌常出现“抱团”现象，因此取样前需要将培养液充分振荡、摇匀，最好用移液器来回吹吸若干次，以确保样品被混匀。
4. 滴加培养液后要稍等片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数。请分析原因。
提示：如果酵母菌未能全部沉降到计数室底部，通过显微镜观察时，就可能出现以下现象：要么能看清酵母菌但看不清格线，要么能看清格线但看不清酵母菌。
5. 如果一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清，应当采取什么措施？
提示：当小方格中的酵母菌过多时，可以增大稀释倍数然后再计数，即计数前应摇匀→取样→稀释→计数。
6. 计数的酵母菌都是活的吗？
提示：不都是，计数的包括活菌和死菌。
可以用台盼蓝对菌体进行染色，被染成蓝色的是死菌，没有染色的是活菌。
7. 对于压在小方格界线上的酵母菌，怎样计数？
★对于压在小方格界线上的酵母菌，应只计数相邻两边及其夹角（一般是左上边界及其夹角）的酵母菌。
压线的菌体，计上不计下，计左不计右
★离开母体的芽体，无论大小均算一个。如果正在出芽，芽体大小达到或超过母细胞一半时，芽体可算1个。
8．若使用的血细胞计数板（规格为1 mm×1 mm×0.1 mm）每个计数室分为25个中方格，每个中方格又分为16个小方格，将样液稀释100倍后计数，发现计数室四个角及中央共5个中方格内的酵母菌总数为20个，则培养液中酵母菌的密度为___________________________。
20×（25÷5）×100×10000＝1×108个/mL
资料2 对照原则是中学生物实验设计中最常用的原则。除了自变量的因素外，其余因素（无关变量）都保持一致并将实验结果进行比较的实验叫作对照实验。
1.本探究需要设置对照吗？如果需要，请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。
提示：酵母菌在不同时间内的数量可以相互对照，不需另设对照实验。
需要做分组重复实验获取平均值，以保证计数的准确性（对每个样品可计数三次，再取平均值）。
2. 设计记录表，记录结果。
全班同学分成若干组，每组计数一个培养时段。每人计数一个计数室，以小组计数平均值作该时段估值。
（五）制定计划
写出探究方案，确定小组同学间的分工。向老师汇报本小组的探究计划，以获得老师的指导。
（六）实施计划
指导学生先后完成以下步骤：获取计数所用的样品，正确使用血细胞计数板，正确估算样品中的细胞总数，对数据进行记录、处理等。
连续培养7天，每天用显微镜和血球计数板计数出酵母菌种群密度。
计数时可以滴加台盼蓝染液（或亚甲基蓝），活的酵母菌呈无色，死的酵母菌呈蓝色，然后分别计数，算出两者比例，从而进一步换算出菌体中的活菌数。需要注意的是，加入台盼蓝的体积应折算在稀释倍数中。
首先通过显微镜观察，估算出10 mL培养液中酵母菌的初始数量（N0），在此之后连续观察7天，分别记录下这7天的数值。
（七）分析结果，得出结论：
组织交流：组织小组进行汇报，引导学生分析实验结果及其原因。
汇总各小组的探究实验结果引导学生得出影响酵母菌种群数量变化的因素。
将所得数值用曲线表示出来。探究的结论是____________________________________________。
（八）表达和交流
根据实验结果绘制的曲线图如下图所示，请分析回答下列问题：
（1）增长曲线的总趋势是__________________
（先增加再降低）
酵母菌数量为何会下降？
①营养物质消耗殆尽
②有害代谢产物积累
③pH改变
培养液中酵母菌种群的数量前期呈“S”形增长
（2）根据酵母菌数量的变化曲线，作出对应增长速率的曲线图。
（2）根据各组平均数据画出的增长曲线有没有什么总趋势?如果有，请作出说明。
增长曲线的总趋势：先增加再降低。
原因：开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，种群数量剧增，随着酵母菌数量的不断增多，营养物质消耗，pH变化等，使生存条件恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。
（3）影响酵母菌种群数量增长的因素可能是什么？
影响酵母菌种群数量的因素：可能有养料、温度、pH、空间及有害代谢废物等。
（九）进一步探究
根据你对影响酵母菌种群数量增长的因素作出的推测，设计实验进行验证。
其他因素对酵母菌种群数量的影响
资料3.
实验设计如表所示：
每天同一时间，各组取出试管，用血细胞计数板分别计数酵母菌个数并记录，连续观察7天种群的密度变化如曲线图所示：
（1）本实验的自变量是______________________。
（2）A曲线对应的培养条件是什么？
（3）由实验结果可以得出结论：_____________________________________________
_________________________________________________________________________
提示：
（1）温度、营养物质
（2）10mL培养液中28℃下培养（试管1）
（3）温度和营养物质均会对酵母菌种群数量产生影响，温度较低时种群增长缓慢，营养缺乏时种群几乎不增长。
阅读教材，了解培养液中酵母菌种群数量的变化的探究过程。
提出问题：
提出不同的探究问题
学生根据探究问题作出假设。
小组讨论、选题，思考教师提出的问题，根据选定的探究题目进行实验设计，列出实验思路，设计数据记录表，学习对酵母菌进行计数的方法。
对提出的问题进行思考并回答。
分析资料，了解血细胞计数板，思考并回答相关问题。
分析资料2，思考并回答相关问题。
分组制定实验计划，写出探究方案
依据各组制订的实验计划开展实验：制备酵母菌培养液、取样进行细胞计数、处理数据、建构数学模型等
汇报交流：各小组汇报探究过程，交流实验数据讨论实验结果是否支持假设。
根据对影响酵母菌种群数量增长的因素作出的推测，设计实验进行验证。
探究实践对培养学生的科学探究能力、统计思维和加深对所学内容的理解等都有着重要的意义。
引导学生提出新的探究问题。
引导学生作出合理的假设。
通过让学生自主设计实验程序和数据记录表等环节，培养学生的科学探究能力。
培养学生整理数据、分析结果、形成结论、讨论交流等方面的能力。
课堂练习
1.探究培养液中酵母菌种群数量的变化时，血细胞计数板是酵母菌计数的常用工具。如图表示一个计数室(1 mm×1 mm×0.1 mm)及显微镜下一个中方格菌体分布情况(培养液未稀释)。下列有关叙述错误的是（ C ）
A.制片时，先盖上盖玻片让培养液自行渗入计数室
B.每天定时取样前要摇匀培养液
C.每次选取计数室四个角和中央的五个中方格计数，目的是重复实验以减小误差
D.若五个中方格酵母菌平均数如图乙所示，则估算1 mL培养液中酵母菌数共有6×106个
解析：
制片时，先将盖玻片放在血细胞板的计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，多余的培养液用滤纸吸去，再进行计数，A正确；
每天计数酵母菌数量的时间要固定，从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差，B正确；
每次选取计数室四个角和中央的五个中方格计数，目的是取样计数并求平均值，以减小误差，C错误。
对酵母菌进行计数时，计数原则为“计上不计下，计左不计右”，因此计数相邻两边及夹角上的个体，据图计数的中方格酵母菌平均数为24个，则1 mL培养液中酵母菌的总数为24÷16×400×104＝6×106(个)，D正确。
2.某同学对培养液中酵母菌种群数量的变化实验进行了相关的操作，得到了如图所示的结果。在该实验中，下列操作或结果分析不科学的是（ D ）
A.培养酵母菌前，不应去除培养液中的溶解氧
B.开始时，酵母菌增长呈现出“S”形的原因可能与营养液浓度有关
C.图中C点和D点相比，D点的生存环境更恶劣
D.E点和F点种群数量相同，两点对应的出生率和死亡率均相同
解析：E点和F点种群数量相同，但增长速率不同，E点种群数量下降，出生率小于死亡率，F点种群数量增长，出生率大于死亡率，两点对应的出生率和死亡率不相同，D错误。
课堂小结
板书设计
1.2 种群的数量变化
第2课时 培养液中酵母菌种群数量的变化
一、实验原理
二、提出问题
三、作出假设
四、探究思路
1.认识血细胞计数板
2.讨论实验注意事项
3.实验设计及结果分析
五、制定计划
六、实施计划
七、分析结果，得出结论
八、表达和交流
九、进一步探究：其他因素对酵母菌种群数量的影响