2019-2020年高中生物 第2節(jié) 種群數(shù)量的變化 第1課時(shí)示范教案 新人教版.doc

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2019-2020年高中生物 第2節(jié) 種群數(shù)量的變化 第1課時(shí)示范教案 新人教版 自然界中的種群，數(shù)量不是固定不變的，而是會(huì)在外界各種環(huán)境因素的影響下發(fā)生各種變化。在“第2節(jié)種群數(shù)量的變化”中，通過(guò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明如何建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型。詳細(xì)討論了種群增長(zhǎng)的兩種方式，在理想環(huán)境中，種群增長(zhǎng)呈“J”型曲線(xiàn)；在環(huán)境資源有限的情況下，種群增長(zhǎng)呈“S”型曲線(xiàn)。種群增長(zhǎng)的兩種曲線(xiàn)各有產(chǎn)生的條件和特點(diǎn)，還可以通過(guò)建構(gòu)的數(shù)學(xué)模型來(lái)解釋種群數(shù)量的增長(zhǎng)，這是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)。種群數(shù)量變化除了增長(zhǎng)以外，還存在波動(dòng)、下降等其他形式。最后文中分析了影響種群數(shù)量變化的各種因素，特別指出了人類(lèi)對(duì)種群數(shù)量變化的重要影響。在教學(xué)過(guò)程中要注意進(jìn)行人文主義教育。 教學(xué)重點(diǎn) 嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。 教學(xué)難點(diǎn) 建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。 教具準(zhǔn)備 多媒體課件。 課時(shí)安排 2課時(shí)。 第1課時(shí),種群數(shù)量的變化. 第2課時(shí),培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化. 三維目標(biāo) 1.掌握建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法。 2.通過(guò)探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。 3.用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。 4.關(guān)注人類(lèi)活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響。 5.通過(guò)分析問(wèn)題→探究數(shù)學(xué)規(guī)律→解決實(shí)際問(wèn)題→建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法，讓學(xué)生體驗(yàn)由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過(guò)程。 6.通過(guò)和學(xué)生一起分析某種細(xì)菌的種群數(shù)量變化，讓學(xué)生學(xué)會(huì)建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法。 7.通過(guò)列舉實(shí)際生活中的例子，和比較兩種增長(zhǎng)曲線(xiàn)各自產(chǎn)生的條件和特點(diǎn)，使學(xué)生掌握“J”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)和“S”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)。 8.通過(guò)學(xué)生一起討論分析，理解影響種群增長(zhǎng)的因素和種群數(shù)量變化的意義。 9.通過(guò)研究種群數(shù)量變化，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到事物都是在不斷變化發(fā)展的，分析事物時(shí)，要用動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)來(lái)分析。 10.引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，有利于培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察能力；同時(shí)，通過(guò)科學(xué)與數(shù)學(xué)的整合，有利于培養(yǎng)學(xué)生簡(jiǎn)約、嚴(yán)密的思維品質(zhì)。 11.通過(guò)學(xué)生一起討論影響種群數(shù)量變化的因素，特別是人為因素的時(shí)候，要培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)大自然的情感，能從一草一木開(kāi)始保護(hù)環(huán)境。 教學(xué)過(guò)程 第1課時(shí) 導(dǎo)入新課 師 種群不同于個(gè)體具有哪些特征？ 生 種群密度、出生率和死亡率、遷入率和遷出率、年齡組成和性別比例。 師 研究出生率和死亡率、遷入率和遷出率有什么意義？ 生 這些都是決定種群大小和種群密度的重要因素。 師 研究年齡組成和性別比例有什么意義？ 生 年齡組成對(duì)于預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化趨勢(shì)具有重要意義，性別比例對(duì)種群密度也有一定的影響。 師 從中我們可以發(fā)現(xiàn)，研究這些特征還主要是為研究種群數(shù)量（種群密度）服務(wù)的，我們知道種群數(shù)量不是恒定不變的，而是不斷變化著的，那種群數(shù)量的變化有沒(méi)有規(guī)律可循？這是我們這堂課所要研究的問(wèn)題。 板 書(shū)： 第2節(jié) 種群數(shù)量的變化 一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法 推進(jìn)新課 師 在自然界中細(xì)菌無(wú)處不在，有些細(xì)菌的大量繁殖會(huì)導(dǎo)致疾病。假如現(xiàn)有一種細(xì)菌，我們?cè)跓o(wú)菌培養(yǎng)基上培養(yǎng)，如果營(yíng)養(yǎng)及各方面條件都適宜的話(huà)，細(xì)菌就會(huì)在培養(yǎng)基上大量繁殖，數(shù)量越來(lái)越多?，F(xiàn)在我們一起來(lái)看一下細(xì)菌分裂的錄像。 （播放細(xì)菌分裂的錄像） 師 這些細(xì)菌個(gè)體的總和能否稱(chēng)為一個(gè)種群？ 生 可以。因?yàn)檫@些細(xì)菌滿(mǎn)足生活在同一地方，都是同種個(gè)體的條件。 師 好，那我們就一起來(lái)分析一下培養(yǎng)基上的這個(gè)細(xì)菌種群的數(shù)量是怎樣變化的。先請(qǐng)同學(xué)回憶細(xì)菌的繁殖方式。 生 細(xì)菌是單細(xì)胞生物，主要以二分裂的方式進(jìn)行繁殖的。 師 如果一個(gè)細(xì)菌繁殖一代也就是分裂一次，能產(chǎn)生幾個(gè)后代？ 生 兩個(gè)。 師 是的，那如果一個(gè)細(xì)菌繁殖兩代，三代，n代以后有多少細(xì)菌個(gè)體了呢？ 生 4個(gè)，8個(gè)，我們可以把它表示成2n。 師 大家歸納得非常好?，F(xiàn)在我們?cè)賮?lái)添些條件在里面，細(xì)菌繁殖是非?？斓?，假如繁殖一代需要20分鐘，一個(gè)細(xì)菌一小時(shí)以后可以變成多少個(gè)？72小時(shí)以后呢？ 生 一小時(shí)繁殖三代可產(chǎn)生8個(gè)，72小時(shí)可繁殖216代，可產(chǎn)生2216個(gè)。 師 這個(gè)數(shù)據(jù)非常大了。假如我一開(kāi)始接種到培養(yǎng)基上的細(xì)菌為N0，那么繁殖了n代后細(xì)菌數(shù)量為多少？（用Nn來(lái)表示） 生 可以表示為Nn=N02n。 師 這個(gè)公式揭示了細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的什么規(guī)律？ 生 細(xì)菌種群的增長(zhǎng)是呈指數(shù)增長(zhǎng)。 師 根據(jù)這個(gè)公式請(qǐng)學(xué)生算出25個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間的數(shù)量，并填寫(xiě)到課本第66頁(yè)的表格中，然后畫(huà)出細(xì)菌的種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線(xiàn)。注意表明橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的含義。 （學(xué)生上黑板填表格、作圖） 時(shí)間 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 細(xì)菌數(shù)量 50 100 200 400 800 1 600 3 200 6 400 12800 25600 圖4-2-1 師 這樣的曲線(xiàn)圖和它所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)公式相比有什么優(yōu)勢(shì)？同時(shí)，有沒(méi)有局限性呢？ 生 這樣的曲線(xiàn)圖能更直觀地反映出種群數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)。但是和數(shù)學(xué)公式相比沒(méi)有數(shù)學(xué)公式來(lái)得精確。 師 實(shí)質(zhì)上在這過(guò)程中，我們已經(jīng)用數(shù)學(xué)模型來(lái)分析細(xì)菌的數(shù)量變化了。下面，我們具體來(lái)介紹一下有關(guān)數(shù)學(xué)模型的知識(shí)。 課件展示： 數(shù)學(xué)模型 概念：數(shù)學(xué)模型是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。 數(shù)學(xué)模型并非是近年來(lái)才出現(xiàn)的新方法。在科學(xué)史上，牛頓等很多偉大的科學(xué)家都是建立和應(yīng)用數(shù)學(xué)模型的大師，他們將各個(gè)不同的科學(xué)領(lǐng)域同數(shù)學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在不同的學(xué)科中取得了巨大的成就。如力學(xué)中的牛頓定律、電磁學(xué)中的麥克斯韋方程、化學(xué)中的門(mén)捷列夫周期表等，都是經(jīng)典的應(yīng)用數(shù)學(xué)模型的光輝范例。在當(dāng)代，由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，數(shù)學(xué)模型在生態(tài)、地質(zhì)、航空等方面有了更加廣泛和深入的應(yīng)用。 師 在學(xué)過(guò)的生物學(xué)內(nèi)容中，有哪些生物學(xué)問(wèn)題也是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表示呢？ 生 在遺傳中所學(xué)的孟德?tīng)栠z傳規(guī)律也是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表示的。 師 那么如何來(lái)建立數(shù)學(xué)模型呢？有沒(méi)有一定的方法步驟呢？ 課件展示： 建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟： 1.觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題。 2.提出合理的假設(shè)。 3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)。 4.通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正。 師 我們剛剛研究的細(xì)菌數(shù)量變化過(guò)程可以和這些步驟一一對(duì)應(yīng)起來(lái)： 第一步：“細(xì)菌每20分鐘分裂一次”是通過(guò)大量觀察和實(shí)驗(yàn)得出的規(guī)律。這也是建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，接著就要慢慢把生物學(xué)上的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)上的問(wèn)題了。 第二步：提出合理的假設(shè)。這是數(shù)學(xué)模型成立的前提條件，假設(shè)不同，所建立的數(shù)學(xué)模型也不相同。在這兒，我們的假設(shè)應(yīng)該是什么呢？ 生 提出的假設(shè)：在資源和空間無(wú)限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)受到種群密度增加的影響。 師 有了假設(shè)，有了觀察的結(jié)果，我們就要進(jìn)行重要的第三步：對(duì)我們所需要研究的問(wèn)題用數(shù)學(xué)形式來(lái)表達(dá)，也就是數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式。分裂N代后的細(xì)菌數(shù)量這個(gè)生物學(xué)上的問(wèn)題可用數(shù)學(xué)公式Nn=N02n來(lái)表示。在這個(gè)公式中，每一個(gè)量，我們都應(yīng)該說(shuō)出它的生物學(xué)意義。 生 N0表示原有的細(xì)菌個(gè)數(shù)，N表示細(xì)菌數(shù)量，n代表第幾代，2表示細(xì)菌每一代都是原來(lái)的上一代數(shù)量的兩倍，因?yàn)榧?xì)菌是二分裂的。 師 最后第四步也是非常必要的。還必須通過(guò)觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正。在理想狀態(tài)下細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型是比較簡(jiǎn)單的，而生物學(xué)中大量現(xiàn)象與規(guī)律是極為復(fù)雜的，存在著許多不確定因素和例外的現(xiàn)象，所以對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，在科學(xué)研究中是必不可少的步驟。 板 書(shū)： 二、種群增長(zhǎng)的“J”型曲線(xiàn) 師 以上討論的是在實(shí)驗(yàn)條件下種群的數(shù)量變化，在自然界中種群的數(shù)量變化情況如何？我們一起來(lái)看幾個(gè)實(shí)例。 課件展示： 實(shí)例一：1859年，一位英國(guó)人來(lái)到澳大利亞定居。他帶來(lái)了24只野兔。讓他沒(méi)有想到的是，一個(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟達(dá)到6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭(zhēng)食牧草，啃嚙樹(shù)皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來(lái)，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。 實(shí)例二：在20世紀(jì)30年代曾將環(huán)頸雉引入美國(guó)華盛頓州海岸附近的一個(gè)島嶼，此后環(huán)頸雉種群的增長(zhǎng)如圖422所示。 圖4-2-2 20世紀(jì)30年代美國(guó)某島嶼環(huán)頸雉種群增長(zhǎng)圖 實(shí)例三：16世紀(jì)以來(lái)，世界人口表現(xiàn)為指數(shù)增長(zhǎng)，所以一些學(xué)者稱(chēng)為人口爆炸。 圖4-2-3 2 000年來(lái)世界人口增長(zhǎng)曲線(xiàn) 師 這三個(gè)自然界中的實(shí)例和在理想條件下細(xì)菌的數(shù)量變化有什么相似之處嗎？ 生 種群數(shù)量都是增長(zhǎng)較快，而且所畫(huà)成的增長(zhǎng)曲線(xiàn)圖類(lèi)似。 師 大家觀察一下這條曲線(xiàn)大致和哪一個(gè)字母形狀相似？ 生 和字母“J”相似。 師 所以我們把這樣的增長(zhǎng)曲線(xiàn)稱(chēng)為“J”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)。前面，我們提到細(xì)菌呈指數(shù)增長(zhǎng)是有前提條件的，還記得是什么嗎？ 生 資源和空間無(wú)限多，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)受種群密度增加的影響。 師 可以說(shuō)，細(xì)菌是在理想條件下呈指數(shù)增長(zhǎng)的。那么，這三個(gè)實(shí)例中，種群呈“J”型增長(zhǎng)的原因有哪些呢？ 生 實(shí)例一和實(shí)例二中，野兔、環(huán)頸雉都是被帶到一個(gè)原來(lái)沒(méi)有該種生物的地方，所以，對(duì)于這些種群來(lái)說(shuō)數(shù)量比較少，所以食物和空間都是充裕的。 師 再?gòu)倪@些生物的天敵來(lái)考慮一下呢？ 生 這種野兔原來(lái)是澳大利亞所沒(méi)有的，所以在澳大利亞也沒(méi)有這些野兔的敵害。環(huán)頸雉到了美國(guó)的島嶼以后，情況也是一樣的。野兔、環(huán)頸雉就在一個(gè)非常理想的環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖。 師 在這兩個(gè)實(shí)例中，野兔、環(huán)頸雉對(duì)那些原來(lái)沒(méi)有這些生物的地方來(lái)說(shuō)是“外來(lái)物種”。大家也能從介紹中看到，一般外來(lái)物種的引入對(duì)于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境都會(huì)造成一種破壞。所以在引入外來(lái)物種的時(shí)候一定要慎重！看了實(shí)例三中2 000年來(lái)世界人口增長(zhǎng)曲線(xiàn)后，你有些什么想法呢？ 生 世界人口呈“J”型增長(zhǎng)，一方面體現(xiàn)了人們生活水平在不斷地提高，而且，醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施等方面也在不斷加強(qiáng)，但是，另一方面如果人口繼續(xù)呈這一形勢(shì)增長(zhǎng)的話(huà)，地球總有一天會(huì)“承受”不了的，所以我們必須采取一定的措施來(lái)控制人口的增長(zhǎng)。 板 書(shū)： 三、“J”型增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型 師 通過(guò)上述這些例子可以看出，自然界確實(shí)有類(lèi)似細(xì)菌在理想條件下種群數(shù)量增長(zhǎng)的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫(huà)出曲線(xiàn)來(lái)表示，曲線(xiàn)大致呈“J”型。那么前面我們對(duì)細(xì)菌的增長(zhǎng)構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，我們能不能推而廣之，對(duì)自然界的呈“J”型增長(zhǎng)的種群也來(lái)構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型呢？我們大家一起來(lái)試試好不好？ 生 好。 師 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的第一步先要觀察研究的對(duì)象和提出相應(yīng)的問(wèn)題。首先，對(duì)象是什么呢？ 生 我們要研究的是自然界呈“J”型生長(zhǎng)的種群。 師 通過(guò)觀察研究這些對(duì)象能獲得什么信息？ 生 這些種群每年都是按照一定的倍數(shù)增長(zhǎng)。 師 我們用一字母來(lái)表示一下這個(gè)倍數(shù)，用λ來(lái)表示。接下來(lái)，第二步就是要進(jìn)行假設(shè)了。 （提示一下，我們?cè)谟?jì)算細(xì)菌種群數(shù)量變化時(shí)的假設(shè)是在資源和空間無(wú)限多的環(huán)境中，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)受到種群密度增加的影響） 生 假設(shè)這個(gè)自然界的種群也是理想環(huán)境，所以種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)。 師 大家能不能對(duì)這位同學(xué)涉及到的理想環(huán)境再具體一點(diǎn)呢？ 生 就是食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有敵害等條件。 師 假設(shè)好以后第三步我們就要用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式來(lái)表示t年后種群的數(shù)量了，哪位同學(xué)上黑板來(lái)表示一下呢？ 生 （上黑板來(lái)書(shū)寫(xiě)）Nt=N0λt 師 其他同學(xué)看一下，和你在下面寫(xiě)的一樣嗎？ 生 相同。 師 建構(gòu)的這個(gè)模型是正確的，我們還要請(qǐng)一位同學(xué)來(lái)描述一下模型中各參數(shù)的意義。 生 N0為該種群的起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。 師 很好，從這個(gè)種群生長(zhǎng)模型也可以看出，影響第t年后種群的數(shù)量的因素主要取決于哪些？ 生 主要取決于N0，種群的起始數(shù)量，還有λ。 師 這樣我們建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型是否就完成了呢？ 生 還沒(méi)有。我們必須通過(guò)觀察、統(tǒng)計(jì)每一年種群的數(shù)量，對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正。 師 是的，真理應(yīng)該是經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)的。 板 書(shū)： 四、種群增長(zhǎng)的“S”型曲線(xiàn) 師 這樣的“J”型增長(zhǎng)在自然界中能一直維持下去嗎？ 生 不能。 師 為什么呢？ 生 自然界存在著很多限制種群數(shù)量增多的因素。比如食物的量是一定的，氣候也不一定是非常合適，還有天敵的存在等等。 師 所以盡管物種具有巨大的增長(zhǎng)潛力，在自然界中，種群卻不能無(wú)限制地增長(zhǎng)。因?yàn)椋S著種群數(shù)量的增長(zhǎng)，制約因素的作用也在增大，所以在自然界，種群總是在增長(zhǎng)到一定限度后達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。種群數(shù)量不能呈現(xiàn)“J”型曲線(xiàn)增長(zhǎng)。下面我們也來(lái)看看科學(xué)家所做的實(shí)驗(yàn)。 課件展示： 圖4-2-4 師 這是生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過(guò)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在0.5 mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲(chóng)，然后每隔24小時(shí)統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲(chóng)的數(shù)量。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到如圖424所示的結(jié)果。你能不能簡(jiǎn)單地描述一下大草履蟲(chóng)的數(shù)量是如何在發(fā)生變化的？ 生 從圖中可以看出，大草履蟲(chóng)的數(shù)量在第二天和第三天增長(zhǎng)較快，第五天以后基本保持在375個(gè)左右。 師 像這樣，種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線(xiàn)，稱(chēng)為“S”型曲線(xiàn)。那么高斯實(shí)驗(yàn)的條件與前面“問(wèn)題探討”中的條件有何區(qū)別？ 生 前面細(xì)菌的培養(yǎng)條件是完全理想的；高斯實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有給大草履蟲(chóng)提供理想條件。 師 了解了條件不一樣，能不能來(lái)解釋為什么大草履蟲(chóng)第二天、第三天增長(zhǎng)較快，而第五天以后數(shù)量基本穩(wěn)定，呈“S”型增長(zhǎng)呢？ 生 在0.5 mL培養(yǎng)液中，空間和營(yíng)養(yǎng)都是一定的。隨著大草履蟲(chóng)的數(shù)量越來(lái)越多，有限的資源導(dǎo)致大草履蟲(chóng)之間為了生存，斗爭(zhēng)越來(lái)越激烈，競(jìng)爭(zhēng)能力弱的個(gè)體就被淘汰掉了，所以數(shù)量就只能維持在一定的數(shù)值。 師 在高斯實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，如果要進(jìn)一步搞清是空間的限制，還是食物的限制，該如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)呢？ 生 可以進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。我準(zhǔn)備三組實(shí)驗(yàn)。把高斯所做的實(shí)驗(yàn)作為第一組。第二組其他條件和第一組相同，就改變一個(gè)條件：把用來(lái)培養(yǎng)大草履蟲(chóng)的容器換成大號(hào)的。第三組也是只有一個(gè)條件和第一組不同：在培養(yǎng)過(guò)程中，不斷地為大草履蟲(chóng)添加食物。 師 同學(xué)們能不能來(lái)預(yù)測(cè)一下可能的結(jié)果，并且根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論呢？ 生 如果第二組大草履蟲(chóng)的數(shù)量大增，而第三組的數(shù)量和第一組差不多，那么在高斯所做的實(shí)驗(yàn)中，限制大草履蟲(chóng)數(shù)量的主要是空間；如果第三組大草履蟲(chóng)的數(shù)量大增，而第二組的數(shù)量和第一組差不多，那么在高斯所做的實(shí)驗(yàn)中，限制大草履蟲(chóng)數(shù)量的主要是食物。 師 這位同學(xué)的分析是正確的，但是還不夠完整，還可不可能出現(xiàn)其他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果呢？ 生 還有可能第二組和第三組的草履蟲(chóng)數(shù)量都增多，那么可以得出：空間和食物都會(huì)限制草履蟲(chóng)數(shù)量的增長(zhǎng)。 師 很好。在自然界中，不論哪一種生物的種群，總是生活在一定的環(huán)境中。所以，自然界中，多數(shù)種群的增長(zhǎng)應(yīng)該呈“S”型增長(zhǎng)，“S”型增長(zhǎng)的曲線(xiàn)圖和“J”型增長(zhǎng)的曲線(xiàn)圖區(qū)別在哪里？ 生 “J”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)中數(shù)量是無(wú)限上升的，而在“S”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)中，數(shù)量有一個(gè)最大值；而且“J”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)中增長(zhǎng)率一直在增大，而“S”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)中增長(zhǎng)率是先增大后減小為零。 師 這位同學(xué)觀察得比較仔細(xì)。我們把在“S”型曲線(xiàn)中生物數(shù)量達(dá)到最大的數(shù)值稱(chēng)為K值。具體我們來(lái)看一下K值的定義。 課件展示： K值：指在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱(chēng)為環(huán)境容納量，又稱(chēng)K值。 師 在高斯所做的實(shí)驗(yàn)中，該環(huán)境容納大草履蟲(chóng)的數(shù)量為多少？ 生 為375個(gè)。 師 不知大家有沒(méi)有注意，K值的概念中有個(gè)前提條件：“在環(huán)境條件不受破壞的情況下”，如何解釋?zhuān)磕懿荒芘e例說(shuō)明呢？ 生 也就是說(shuō)環(huán)境容納量或者說(shuō)K值都是針對(duì)特定的環(huán)境而言的，如果環(huán)境破壞或改變，K值也會(huì)發(fā)生改變。例如，人類(lèi)的家園——地球現(xiàn)在能夠容納一定數(shù)量的人口，但是由于人類(lèi)對(duì)環(huán)境的破壞越來(lái)越嚴(yán)重，如果再不改善的話(huà)，在地球上能存活的人越來(lái)越少，還可能有一天人類(lèi)會(huì)在地球上滅絕。就像恐龍的滅絕也很可能是由于生存環(huán)境發(fā)生了改變，使得K值就發(fā)生了改變。 師 是啊，所以我們每個(gè)人都有義務(wù)保護(hù)我們的生存環(huán)境，這也相當(dāng)于在保護(hù)我們自己。所以，大家想想一個(gè)種群的K值是固定不變的嗎？ 生 不是的，它會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生改變，而不是單單由種群自身的特征來(lái)決定的。 師 我們研究種群的K值有沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義呢？我們來(lái)看一個(gè)例子。 課件展示： 我們國(guó)家的國(guó)寶大熊貓由于棲息場(chǎng)所遭到破壞后，由于食物的減少和活動(dòng)范圍的縮小，其K值就會(huì)變小。這是大熊貓種群數(shù)量銳減的重要原因。因此，建立自然保護(hù)區(qū)，給大熊貓更寬廣的生活空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量，是保護(hù)大熊貓的根本措施。 師 對(duì)大熊貓我們應(yīng)該采取相應(yīng)的措施進(jìn)行保護(hù)，但對(duì)人人見(jiàn)了都喊打的家鼠等有害動(dòng)物人們平時(shí)都采取了什么措施來(lái)減少它們的數(shù)量呢？ 生 經(jīng)常是在老鼠常出沒(méi)的地方放置一些捕鼠器，或是老鼠藥來(lái)減少老鼠的數(shù)量。 師 這種方法是可以讓它們的數(shù)量暫時(shí)減少，但是只采取殺死老鼠這一方法，其實(shí)效果往往不好。為什么？大家可以分析一下“S”型增長(zhǎng)曲線(xiàn)上每一點(diǎn)的增長(zhǎng)速率，從中得到啟示。 生 我們將老鼠數(shù)量減少的時(shí)候，會(huì)使得老鼠的增長(zhǎng)速率更快。 師 是的。而且如果把老鼠數(shù)量減少到一半時(shí)，會(huì)使存活的老鼠反而降到指數(shù)生長(zhǎng)期，因而老鼠將按指數(shù)增長(zhǎng)，很快就恢復(fù)到原來(lái)數(shù)量。難道我們就沒(méi)有消滅家鼠的方法了嗎？如果從環(huán)境容納量的角度考慮呢？ 生 可以采取措施降低有害動(dòng)物種群的環(huán)境容納量的方法。如將食物儲(chǔ)藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來(lái)源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場(chǎng)所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵，等等。 師 看來(lái)，有效的滅鼠方法是既殺死老鼠，又要通過(guò)清除垃圾，嚴(yán)密儲(chǔ)存食物等手段使環(huán)境容納量降低，這才能從根本上限制了老鼠的種群數(shù)量。 師 自然界的多數(shù)種群都是以“S”型曲線(xiàn)增長(zhǎng)的，當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到K值以后，種群數(shù)量是否就能夠一直維持穩(wěn)定? 生 一般都是不可以的。 師 自然界中多數(shù)生物種群都已達(dá)到穩(wěn)定期，總體上看，許多種群的種群數(shù)量一般不再增長(zhǎng)，而是波動(dòng)或變動(dòng)。 板 書(shū)： 五、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降 師 對(duì)種群數(shù)量有決定作用的因素有哪些？ 生 是種群的出生率和死亡率、遷入率和遷出率。 師 那么，在自然界中，影響種群數(shù)量變動(dòng)的因素有哪些呢？我們先來(lái)看兩個(gè)例子。 課件展示： 事例一: 圖4-2-5 東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng) 事例二：第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，捕鯨業(yè)停了下來(lái)，鯨的數(shù)量恢復(fù)到較高水平。戰(zhàn)后捕鯨船的噸位不斷上升，鯨的捕獲量越來(lái)越大，導(dǎo)致許多鯨的種群數(shù)量急劇下降，有的鯨瀕臨絕滅。 師 東亞飛蝗種群數(shù)量的變動(dòng)主要是和氣候有關(guān)的，那么第二個(gè)事例，影響種群數(shù)量變化的因素是什么？ 生 是由于我們?nèi)祟?lèi)的不斷捕撈導(dǎo)致的。 師 除了這些影響因素，你還能想到其他影響種群數(shù)量變化的因素嗎？ 生1 生物要能存活，必須要有足夠的食物才行，所以我覺(jué)得食物肯定是一個(gè)重要的因素。 生2 前些年，有些地區(qū)由于人類(lèi)大量捕蛇使得田鼠的數(shù)量大增，所以天敵也是影響種群的重要因素。 生3 養(yǎng)雞場(chǎng)有時(shí)會(huì)因?yàn)閭魅静?dǎo)致大數(shù)量的雞死亡。傳染病也是一個(gè)因素。 師 其實(shí)在自然界中，有很多因素會(huì)影響著種群數(shù)量，比如剛剛同學(xué)所列舉的氣候、食物、天敵、傳染病等。所以，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)中；在不利的條件下，種群數(shù)量還會(huì)急劇下降甚至消亡。近些年來(lái)，隨著人口的增長(zhǎng)，科技水平的提高，人類(lèi)活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然界種群數(shù)量變化的影響越來(lái)越大，有時(shí)甚至成為決定因素。你對(duì)這方面了解嗎？ 生1 隨著人類(lèi)工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染使很多生物的種群數(shù)量急劇下降。 生2 人類(lèi)大量砍伐森林，捕獵動(dòng)物使得野生生物的種群數(shù)量急劇減少。 師 人類(lèi)也是有使種群數(shù)量增加的時(shí)候的，比如，隨著農(nóng)牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，受人工控制的種群數(shù)量不斷增加。為了我們?nèi)祟?lèi)的可持續(xù)發(fā)展，我們?cè)撛鯓幼瞿兀? 生 我們應(yīng)該減少對(duì)環(huán)境的污染。 師 怎樣做才能減少對(duì)環(huán)境的污染呢？ 生1 在發(fā)展工業(yè)的同時(shí)，要節(jié)約能源，而且可以尋找新的潔凈能源。 生2 我們?cè)讷@取各種自然資源的時(shí)候，應(yīng)該做到適量取材，不能破壞原有的種群。 師 這位同學(xué)提到要適量取材，那我們今天研究種群數(shù)量變化后，大家想想該怎么適量法？是在種群快速增長(zhǎng)時(shí)捕撈，增長(zhǎng)開(kāi)始減慢時(shí)可以捕撈，還是一定要種群數(shù)量達(dá)到K值時(shí)才能捕撈？捕撈量又為多少呢？ 生1 我覺(jué)得在到了K值后進(jìn)行捕撈。 （學(xué)生的討論開(kāi)始越來(lái)越激烈） 生2 我認(rèn)為應(yīng)該在增長(zhǎng)開(kāi)始減慢時(shí)就可以進(jìn)行捕撈。 生3 我贊同后一種看法，因?yàn)榉N群增長(zhǎng)減慢的話(huà)，說(shuō)明種群數(shù)量的增多已經(jīng)開(kāi)始阻礙種群數(shù)量的增長(zhǎng)了。這時(shí)進(jìn)行捕撈的話(huà)反而可以加快種群的增長(zhǎng)。 師 這位同學(xué)分析得很好。一般認(rèn)為種群數(shù)量在K/2值時(shí)，種群增長(zhǎng)是最快的，所以，我們可以在過(guò)K/2值時(shí)進(jìn)行捕撈。捕撈量為多大呢？ 生 捕撈量應(yīng)該使剩余的在K/2左右。 師 這樣就對(duì)了。從我們的討論中大家覺(jué)得我們研究種群增長(zhǎng)曲線(xiàn)對(duì)實(shí)際生活有沒(méi)有意義?。? 生 有，可以決定養(yǎng)魚(yú)時(shí)的捕撈時(shí)間和捕撈量。 師 其實(shí)，我們?cè)趯?duì)森林中樹(shù)木進(jìn)行砍伐時(shí)也應(yīng)該注意這樣的問(wèn)題。除了這方面的意義還有沒(méi)有其他方面的意義呢？前面我們?cè)谥v種群數(shù)量的波動(dòng)時(shí)提到了東亞飛蝗。有關(guān)蝗蟲(chóng)我們先來(lái)看一段資料，看完后，再來(lái)說(shuō)說(shuō)研究種群數(shù)量變化有什么意義。 課件展示： 蝗蟲(chóng)是世界上最重要的農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)。在歷史上，我國(guó)也深受蝗災(zāi)之苦。據(jù)《元史》記載，元至正十九年：“五月，山東、河北、河南、關(guān)中等處，蝗飛蔽天，人馬不能行，所落溝塹盡平……”新中國(guó)成立初期，我國(guó)的蝗災(zāi)仍十分嚴(yán)重，黨和政府非常重視蝗災(zāi)的防治，采取了一系列綜合防治措施，現(xiàn)在已經(jīng)基本上控制住蝗害。 我國(guó)是世界上具有最長(zhǎng)的氣象記錄的國(guó)家。我國(guó)生態(tài)學(xué)家馬世駿從統(tǒng)計(jì)上探討過(guò)大約1 000年的有關(guān)東亞飛蝗危害和氣象方面的資料，明確指出東亞飛蝗在我國(guó)的大發(fā)生沒(méi)有周期性現(xiàn)象（過(guò)去曾認(rèn)為是周期性的），他指出，在黃河、淮河等大河三角洲的濕生草地上，連年干旱使土壤中蝗卵的存活率提高，是造成蝗蟲(chóng)大發(fā)生的主要原因。東亞飛蝗大發(fā)生與旱澇災(zāi)害之間的關(guān)系還因地而異。在淮河流域，干旱與飛蝗同年發(fā)生的可能性最大。在黃河流域，如邢臺(tái)地區(qū)的內(nèi)澇蝗區(qū)，前一年大澇，來(lái)年飛蝗大發(fā)生的可能性最大，因此，河北地區(qū)常出現(xiàn)“先澇后旱，螞蚱成片”“大水之后，必鬧蝗災(zāi)”的情況。 師 通過(guò)這則資料，你覺(jué)得研究種群數(shù)量變化還有什么意義？ 生 可以通過(guò)研究數(shù)量變化來(lái)找出數(shù)量增多的原因。 師 所以，還可以對(duì)害蟲(chóng)預(yù)測(cè)及防治提供科學(xué)依據(jù)。 課堂小結(jié) 我們總結(jié)一下研究數(shù)量變化的意義：研究種群的變化規(guī)律以及影響種群數(shù)量變化的因素，對(duì)于有害動(dòng)物的防治、野生生物資源的保護(hù)和利用，以及瀕危動(dòng)物種群的拯救和恢復(fù)，都有重要意義。