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    人教高中生物必修3教案:第4章第2节 种群数量的变化3
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    人教版 (新课标)必修3《稳态与环境》第2节 种群数量的变化教学设计

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    这是一份人教版 (新课标)必修3《稳态与环境》第2节 种群数量的变化教学设计,共5页。

    第4章 种群和群落

    2  种群数量的变化

    教学目标:说出构建种群增长数学模型的研究方法,尝试构建种群增长的数学模型;

              简述种群增长的变化;

    说出环境容纳量的含义;

              简述环境容纳量在保护濒危动植物的应用和在控制有害动物的应用

    教学重点:尝试构建种群增长的数学模型

    教学难点:尝试构建种群增长的数学模型

    课时:1课时

     

    教学过程设计:

    教学内容

    教师行为与学生行为

    1.导入

     

    教师以问题讨论直接引发学生讨论:在营养和生存空间无限的情况下,某种细菌每20min分裂一次。请同学们思考:n代细菌的数量是多少?(看教材 细菌繁殖产生的后代数量图)

    学生:2n

    那么,你是怎么得到这个式子的?你是如何思考的?

    2.种群增长模型的构建

     

    1)我们通过观察发现:

    细菌每20min分裂一次,分裂后

    的数量是上一次的2

     

    如果资源和空间无限的话,

    它的增长就不受种群密度的影响

     

    1代:2

    2代:4

    3代:8

    ……

    n代:2n

    若以Nn代表n代的细菌数量,

    则可以数学形式表示:Nn2n

     

    数学模型是否正确,需要                    

    进一步的验证和修正。

     

    2)接着,大家来尝试构建数学模型。

    在营养和生存空间无限的情况下,某种一年生生物T4个体,一年后为40个个体。请同学们思考:此种生物第n年时的数量是多少?(要求同学们按照研究方法构建数学模型,临近同学可以讨论)

     

    每隔一年繁殖一次,繁殖后的数量是前一年的10倍;

    若资源和空间无限,其数量不受种群密度的影响;

    1代:40

    2代:400

    3代:4000

    ……

    n代:4×10n

    若以Nn代表n代的生物数量,即Nn4×10n

    进一步的检验和修正。

    请大家完成T种群的增长曲线。(请一学生在黑板上完成曲线图,并修改)

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    3.种群增长的J型曲线和数学模型

     

    在营养和资源无限的情况下,种群增长的曲线近似于字母J,所以称为J型曲线。根据前面的实例,同学们能否归纳出J型增长的数学模型?

    N0为种群的起始数量,则在问题探讨中N0为多少?在后一实例中N0为多少?

    t为时间(年),也可以是月、日、小时等;

    λ为种群数量是一年前的种群数量的倍数,则在问题探讨中λ为多少?在后一实例中λ为多少?

    Nt为t年后该种群的数量。

     

    数学模型:NtN0λt

     

    实例:1859年,一个英国人到澳大利亚定居,带去了24只野兔,没想到,一个世纪之后,这24只野兔的后代竟然达到6亿只以上。大量的野兔与牛羊争食牧草,啃树皮,造成植被破坏,导致水土流失。

    问题:为什么24只野兔可以发展到6亿只以上?

    学生:食物、空间充裕,气候适意,没有天敌……

    问题探究:你能否计算出这个实例中的λ

    学生:N024t100Nt6×108;则

          6×10824×λ100

    4.种群增长的S型曲线

     

    种群J型增长的过程中,如果突然出现了资源和空间限制,种群的数量增长将发生什么变化?请你修改J型曲线,假设这个区域最多能容纳20万个生物T

    学生修改结果:

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    在资源和空间有限的情况下,种群的数量趋于稳定,为什么?

    学生:资源空间有限的情况下,当种群密度增大时,种内对资源空间的竞争加剧,天敌增多,死亡率上升,出生率降低,当死亡率与出生率相等时,种群的增长就停止,从而稳定在一定的水平上。

    在资源、空间有限的情况下,种群的增长曲线近似于字母S,我们把它称为S型曲线。

    著名的生态学家高斯做过一个实验:在0.5mL的培养液中放入5只大草履虫,每隔24小时统计一次数量。经过反复实验,结果如图:

     

    在第23天时,种群的增长很快,但是在第5天时种群数量基本维持在375只的水平上。也就是说,0.5mL的培养液所能维持的大草履虫的最大种群数量是375只。

     

    我们把在环境条件不受破坏的情况下,一定空间所能维持的最大种群数量,称为环境容纳量,又称K值。上一个实例中,K值是375只。比如,一个池塘在各种条件没有明显变化时,鲤鱼最多可以繁殖到2500条,则其环境容纳量即K值为2500条。

     

    那么,在实际情况中,K值是不是固定不变的呢?可能发生什么变化?

    如果环境进一步恶化,K值下降;如果环境进一步改善,K值上升。

    基于这一认识,你认为应该如何保护濒危动植物资源?说说你的看法

    学生:建立自然保护区,改善栖息环境;

          禁止非法猎杀濒危动物和采集濒危植物;

          减少污染;

          避免人类活动的干扰。

         总之,目的是提高环境容纳量。

    家鼠是有害动物之一,你认为应该用什么方法才能有效地控制家鼠的数量?

    学生:隐藏食物,避免暴露;

          堵塞洞穴,减少藏身之所;

          养猫;

          机械捕捉。

    总之,目的是降低环境容纳量。

    5.种群数量的波动和下降

     

    可见,种群数量的变化受到了食物、空间、天敌、气候以及传染病等因素的影响。大多数的种群数量总是在波动之中的。鲸鱼的数量在二战时恢复到较高水平,但是战后捕鲸业恢复了,捕鲸船吨位不断上升,导致鲸的数量急剧下降,甚至濒临绝灭。图示日本捕鲸:日本在1118日开始,在南太平洋海域进行一次大规模的捕鲸行动,他们挂着科学研究的旗号,不顾国际捕鲸协会的反对,坚决开始了日本迄今以来规模最大的一次捕鲸行动,并且计划捕鲸上千头,其中包括列入濒危物种的座头鲸。

     

    在了解这些资料以后,你认为我们应该如何合理地利用资源?从S型曲线来看,你认为应该在曲线的什么区域上利用资源最好?

    学生: K/2

    为什么?

    学生:增长速度最快,种群数量的恢复较快。

    如果在K/2之上呢?

    学生:可以,这时增长率降低了,但是种群数量较大,所以可以首先捕获一定数量的资源。

    如果在K/2之下呢?

    学生:不可以,增长率降低了,而且种群数量较小,很容易引起种群数量急剧减少,甚至濒临绝灭。

    总而言之,我们要坚持合理的利用资源,以实现资源的可持续利用,避免资源由于过度利用而枯竭,这对于生态环境和人类社会的发展具有非常重要的意义。

     

     

    板书:               第二节 种群数量的变化

     

    构建数学模型的方法

    观察:20min分裂一次,2

    假设:资源空间无限,增长不受影响

    数学形式表达:第1次:2

    2次:4

    3次:8

    ……

    n次:2n

    Nn2n

    检验修正

     

    J型曲线的数学模型:t表示时间(年),N0表示起始数量,

    λ表示倍数,Nt表示t年后的种群数量。

         NtN0×λt

                             条件:食物、空间充裕,气候适宜,没有天敌……

    S型曲线 条件:资源、空间有限

           环境容纳量:环境不受破坏,一定空间,最大数量(K值)

                       环境恶化,K值降低;

                       环境改善,K值升高。

    种群数量的波动和下降的因素:食物、空间、天敌、传染病、气候

    对资源的利用:K/2,增长率最大,有利于资源的再生

     

     

     

    教学反思:数学模型的建构体现了学科交叉的思想,在教学应适当给予渗透;另外,在教学内容最后最好能够做进一步的归纳和总结,使学生对本节课的内容有更清晰和概括的认识,并加强学生记忆。

     

     

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