1.2 种群数量的变化教学设计2026-2027学年高二上学期生物人教版选择性必修2

该高中生物学教学设计聚焦种群数量变化核心知识，涵盖数学模型构建、“J”形与“S”形增长规律及酵母菌种群实验验证。课堂导入从细菌繁殖实例切入，通过复习“J”形增长引发自然环境限制的认知冲突，再以酵母菌实验材料优势过渡，搭建从理论到实践的学习支架。 特色在于以科学思维为核心，通过数学建模（如推导Nt=N0λt公式）和曲线对比培养分析能力，结合探究实践（酵母菌实验操作血细胞计数板）提升实验技能，融入外来物种入侵等案例渗透态度责任。助力学生深化生命观念，为教师提供系统教学流程与实例参考。

教学课题 第1章第2节 种群数量的变化 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 1.概述建构种群增长数学模型的方法 2.阐明“J”形增长的条件、公式、曲线及特点 3.举例说明“J”形增长的自然实例 教材分析 本节为种群数量变化的开篇，以细菌繁殖为载体，学习数学模型构建方法，掌握理想条件下“J”形增长规律，为“S”形增长奠定基础。 学情分析 学生已掌握种群数量特征，具备简单计算能力，但对数学模型、λ含义、增长速率与增长率的区分理解薄弱。 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 教学方法 问题驱动法、模型构建法、小组讨论法、讲练结合 教学准备 PPT课件、细菌繁殖数据表、课堂检测题 教学思路 问题探讨导入→建立数学模型→种群的“J”形增长→课堂检测→小结作业 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 【问题探讨】 我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快，因而我们要常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一次。 讨论 1.第n代细菌数量的计算公式是什么？ 提示：Nn=1×2n 初始数量为N0个细菌，第n代细菌数量（Nn）的计算公式是什么？ Nn=N0×2n 2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 提示：Nn=1×2n=2216个 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。 结合生活经验思考细菌繁殖特点，积极参与讨论并大胆表达观点 从生活实例切入，激发学习兴趣，自然引出本节探究主题 新知探究：建构种群增长模型的方法 下面请你算出一个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量，并填入下表，然后以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。 【思考】曲线图与数学公式相比，有哪些优缺点？ 曲线图: 直观，但不够精确 数学公式: 精确，但不够直观 在上面的“问题探讨”活动中，我们已经对某种细菌种群的数量变化建立数学模型。 【科学方法】建立数学模型 数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式，可以为公式、曲线图等。 建构数学模型的意义：能够描述、解释和预测种群数量的变化 建立数学模型一般包括以下步骤： 根据数据绘制增长曲线，小组合作归纳建立数学模型的步骤并对比优缺点 让学生亲历建模过程，掌握科学研究方法，提升科学思维能力 新知探究：种群的“J”形增长 【过渡】得出的公式和增长曲线，只是对理想条件下细菌数量增长的推测。在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？ 【思考.讨论】分析自然界种群增长的实例 资料1 1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。 资料2 20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年，这个种群增长如图所示。 讨论 1.这两个资料中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。 2.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.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 提示：不能，因为资源和空间有限 过渡：通过上述两个实例可以看出，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。这种类型的种群增长称为“J”形增长。 【知识讲解】 1.模型假设 理想条件—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。 2.数学公式 t年后种群数量为：Nt=N0λt （N0为该种群的起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。） 3.增长特点 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λ倍。 增长率＝(现有个体数—原有个体数)／原有个体数×100％ 增长速率＝(现有个体数 — 原有个体数)／增长时间(即斜率) 种群数量变化符合数学公式Nt=N0λt时，种群增长曲线一定是“J”形吗？ 不一定；只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 4.种群”J”形增长的实例 ①外来入侵物种的种群数量变化 水葫芦（凤眼莲）原产于南美，1901年作为花卉引入中国。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨。它会挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡。 ②动物迁入适宜其生活的新环境后，一段时间内种群的数量变化 阅读教材，回答问题，明确“J”形增长的模型假设和表达式，了解“J”形增长的特点和条件。 认真识记公式，结合实例判断 J 形增长，主动举例并说明适用场景 夯实核心知识，联系实际案例，帮助学生理解 J 形增长的适用条件 巩固新课 小结回顾 梳理：数学模型→“J”形增长的条件→公式→曲线→速率/增长率 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 查阅 1 个外来物种入侵案例 板书设计 1.2种群数量变化 一、建构种群增长模型的方法 1.建立数学模型：公式、曲线图 建构步骤：观察→假设→建立→检验修正 二、种群的“J”形增长 1.条件：理想环境 2.公式：Nt=N₀λᵗ 3.特点：增长率不变，增长速率持续增大 4实例：外来入侵、迁入新环境 教学反思 本课时以细菌繁殖为切入点，学生能掌握数学模型构建流程，“J” 形增长公式记忆牢固。但λ含义、增长率与增长速率易混淆，需更多实例对比。课堂练习充足，当堂反馈较好，但建模活动耗时偏多，时间分配需优化。后续将用图表直观对比概念，强化辨析训练，提升理解准确性。 教学课题 第2节 种群数量的变化 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 1.阐明“S”形增长的条件、K值、K/2含义 2.比较“J”形与“S”形增长 3.说明种群数量波动及在生产中的应用。 教材分析 承接“J”形增长，学习自然条件下“S”形增长规律，核心为 K值与实践应用，是高考高频考点。 学情分析 已掌握“J”形增长，能区分理想与自然环境，但对K值变动、K/2应用、增长速率变化理解不足。 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 教学方法 对比法、案例分析法、讲练结合 教学准备 PPT课件、J/S曲线对比图、渔业/治虫案例 教学思路 复习导入→高斯实验引入种群的“S”形增长→K值/K/2→曲线分析→J/S形增长的对比→实践应用→检测→作业 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 复习导入 回顾种群“J”形增长的相关知识点。 思考：理想化的情况在自然界中并不存在。那么，有哪些因素会影响到种群数量的变化呢？ 提示：食物有限、空间有限、种内斗争、种间竞争、天敌捕食…… 在这些因素的影响下，种群还会呈“J”形增长吗? 回顾 J 形增长知识，思考自然环境限制，积极回答问题并表达观点 衔接旧知，引发认知冲突，自然导入 S 形增长，激发探究欲望 新知探究：种群的“S”增长 高斯实验：生态学家高斯曾经做过这样一个实验：在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24 h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如下图所示的结果。 从图可以看出，大草履虫在这个实验环境条件下的最大种群数量是375个. 【知识讲解】 1.种群的“S”形增长模型产生原因 在有限的资源和空间条件下，当种群密度增大时，种内竞争不断加剧，种群的出生率降低，死亡率升高。当死亡率和出生率相等时，种群的增长就会停止，稳定在一定水平。 环境容纳量：一定的环境条件所能维持的种群最大数量，又称K值。 2.增长特点 种群初始阶段呈快速增长，数量达到K/2时，种群增长最快，此后开始减速增长，到K值时停止增长。 3.种群“S”形增长的其它曲线 两种增长曲线的主要差异是：环境阻力不同 过渡：同一种群的K值是不是固定不变的呢？ 【实践应用】 野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 提示：野生大熊猫的栖息地遭到破坏后，由于食物的减少和活动范围的缩小，K值降低。 保护大熊猫的根本措施是什么？ 提示：建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生存空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量。 小结：同一种群的K值不是固定不变的：K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件得到改善时，K值会上升。 鼠害导致作物减产，蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？ 提示：防止老鼠种群数量达到K/2处；增大环境阻力→降低K值→防治老鼠。 措施：断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌。 为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？ 提示：渔业捕捞应在K/2以后，必须保证环境中的种群数量不低于K/2，以持续地获得最大捕鱼量。 观察曲线变化，小组讨论总结特点，标注 K 值与 K/2 关键点 结合案例分组讨论应用原理，总结生产生活中的应用原则 直观呈现增长规律，帮助学生理解核心概念，突破本节重点知识 将理论知识与生产实际结合，提升知识应用能力与社会责任意识 新知探究：种群数量的波动 设问：种群数量在实际环境中是如何变化的？ 【知识讲解】 ①在自然界，有的种群能够在一段时间内维持数量的相对稳定。 ②但大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。处在波动状态的种群，在特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。 ③当种群长久处于不利条件下，种群数量会持续性的或急剧的下降。 当一个种群数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。 结合东亚飞蝗实例分析数量变化，归纳影响种群数量的外界因素 联系真实案例，拓宽知识面，理解种群数量变化的复杂性与多样性 巩固新课 小结回顾 梳理：“S”形增长的条件→K/K/2→曲线→应用 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 绘制“S”形曲线并标注关键点 板书设计 1.2 种群数量变化 一、建构种群增长模型的方法 二、种群的“J”形增长：理想化曲线 三、种群的“S”形增长：实际化曲线 核心概念：K值（环境容纳量）、K/2（增长最快） 增长速率：慢→快（K/2）→慢→0（K） 应用：渔业：保留 K/2 保护：提高 K 值 治虫：降低 K 值 四、种群数量的波动 教学反思 本课时通过曲线对比与案例教学，学生能理解“S”形增长规律，K值与 K/2应用掌握较好。但部分学生对增长速率变化、K值可变性理解不深，需加强图示解析。课堂互动充分，应用题正确率较高，但讨论环节稍长，时间需压缩。后续增加真实情境题训练，提升知识迁移能力。 教学课题 第2节 种群数量的变化 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 1.掌握血细胞计数板的使用方法 2.用抽样检测法计数，绘制酵母菌种群数量变化曲线 3.分析实验结果与误差 教材分析 本节是选择性必修2核心探究实验，验证“S”形增长，提升实验操作、数据处理与科学探究能力。 学情分析 具备基础实验能力，但血细胞计数板使用、计数原则、误差分析是薄弱点。 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 教学方法 演示法、分组实验、合作探究 教学准备 PPT课件、酵母菌培养液、血细胞计数板、显微镜、实验报告 教学思路 实验原理→提出问题→作出假设→材料用具→操作步骤→计算方法→分析结果，得出结论 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 提问：如何观察种群数量变化？酵母菌适合做实验材料的原因？ 结合所学知识思考回答，说出酵母菌作为实验材料的优势 明确实验主题与材料优势，激发探究兴趣，为实验开展做好铺垫 实验.探究-培养液中酵母菌种群数量的变化 【知识讲解】 一.实验原理: 用液体培养基（培养液）培养酵母菌，种群的增长会受培养液的成分、空间、PH、温度等因素的影响。 二.提出问题: 培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？ 三.作出假设: 在环境资源有限的条件下，酵母菌种群的数量变化随时间呈“S”形增长。 四. 材料用具 酵母菌菌种、无菌马铃薯培养液或者肉汤培养液、血细胞计数板、显微镜等。 计数室的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，即容积为0.1mm3。计数室是由400个小方格组成。 计数工具—血细胞计数板 酵母菌的计数方法: 抽样检测法 五. 操作步骤 1.将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上； 2.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； 3.待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央； 4.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。 酵母菌种群密度（个/ml）： 【知识讲解】计算方法 讨论 （1）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。 （2）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：稀释适当倍数 （3）对于压在小方格界线上的酵母菌应当怎样计数？ 提示：只计相邻两边及其顶角上的酵母菌, 一般遵循“数上不数下，数左不数右”的原则 （4）本实验需要设置对照吗？ 提示：不需要对照，在时间上形成前后自身对照 （5）需要做重复实验吗？ 提示：需要重复实验，对每个样品可计数三次，再取平均值，以提高实验数据的准确性。 六.分析结果，得出结论 实验结论: 在适宜条件下 ，酵母菌种群呈“S”形增长。 影响酵母菌种群数量增长的因素: 受培养液的成分、空间、pH、温度、代谢产物等因素的影响。 学生回顾探究性实验的一般过程。运用所学方法探究培养液中酵母菌种群数量的变化。 阅读教材，观察血细胞计数板的结构，对血细胞计数板的计数原理有一定了解。利用相关信息，计算出每一格中的细胞的计数公式。 分析实验，得出实验结论。 明晰实验原理，奠定理论基础，保障实验操作与分析科学规范 规范操作流程，强调计数细节，降低实验误差，提升实验技能 提升数据处理与绘图能力，验证 S 形增长，强化理论联系实际 巩固新课 小结回顾 梳理：步骤→计数→计算→曲线→误差 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 分析营养对酵母菌数量的影响 板书设计 探究培养液中酵母菌种群数量的变化 1.方法：抽样检测法 2.工具：血细胞计数板（400小方格） 3.计数：相邻两边及顶角 4.计算：密度 = 每小格数×400×10⁴× 稀释倍数 5.结果：呈“S”形增长 6.误差：分布不均、计数错误、培养条件 教学反思 实验课学生参与度高，基本掌握计数板使用与计算方法，成功验证“S”形增长。但部分小组计数不规范、稀释不当、数据误差大，需加强课前预习与分步示范。时间紧张，数据处理仓促，可分课时完成培养与计数。后续优化流程，增加误差讨论，培养严谨科学态度。 学科网（北京）股份有限公司 $