高中人教版 (2019)影响种群数量变化的因素表格教案设计

这是一份高中人教版 (2019)影响种群数量变化的因素表格教案设计，共11页。教案主要包含了学习任务一，进一步提问，学习任务二，学习任务三，深入思考，知识性小结，素养性小结，探讨课题二等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
生物学
年级
高二
学期
秋季
课题
影响种群数量变化的因素
教科书
书 名：生物学选择性必修2《生物与环境》教材
出版社：人民教育出版社 .
教学目标
1.举例说明阳光、温度和水等非生物因素以及不同物种之间的相互作用都会影响生物的种群特征，能用稳态与平衡观认识生态林的林下植物、红火蚁等的种群数量变化的规律，并形成生物与环境相互依赖、相互影响的生命观念。
2.通过对红火蚁案例的深度分析，阐明种群数量变化受到内因和外因的影响，外因通过内因而起作用。
3.基于对循环因果等复杂因果关系的认识，能用流程图、数学模型等形式表征种群数量变化趋势，并能批判性思考种群数量变化受非生物和生物因素综合影响的实际情况。
4.在真实情境下探讨人类活动对种群及环境的影响，以防治红火蚁、提高鱼产量、保护濒危动植物为例，认同种群研究的重要社会意义，增强保护野生生物种群、合理利用生物资源、保护生态环境等社会责任，树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，形成生态意识。
教学内容
教学重点：非生物因素和生物因素对种群数量变化的影响。
教学难点：1.非生物因素和生物因素对种群数量变化影响的综合性。
2.通过分析真实的科研案例，提升系统思维能力，理解生物界复杂的因果关系。
教学过程
教学环节
教学活动及组织
设计意图
情境导入
【介绍】公益林是以生态效益和社会效益为主体功能，依据生态区位重要性划定的森林、林木和林地，是国土生态最重要的绿色屏障。 截至2022年，全省公益林建设规模达4567.1万亩，已成为浙江林业建设史上规模最大、惠农最广、功能最全的生态工程和民生工程，实现了生态、经济和社会效益的同步提升。
【提问】你的身边有哪些公益林呢？
【展示】摄于杭州市西湖风景区的生态景观林、拍摄于宁波市四明湖畔的水源涵养林、摄于宁波市四明山区的自然保存林
【介绍】公益林与我们的生活息息相关，也许你在交通干线两侧见过它，也许你在水源附近见过它，也许你在森林公园见过它。当然，它还可能出现在校园、革命纪念地、农田海岸线等。
【提问】请大家仔细观察我在杭州和宁波拍到的3种不同的公益林，思考影响林下植物种群密度的非生物因素主要是什么？
展示生态林资料和教师在日常生活中拍的生态林照片来引起学生注意，引导学生在根据已有的知识和经验回答问题，激发学生寻因探果的学习动力。
探索新知
（一）
非生物因素
1.对植物种群数量的影响
2.对动物种群数量的影响
（二）
生物因素
1.种群内部的生物因素
2.种群外部的生物因素：种间竞争
3.种群外部的生物因素：捕食
4.随堂应用：红火蚁的防治
【介绍】生态林中林下植物的种群密度主要取决于光照强度，或者说是林冠层的郁闭度。郁闭度指的是林冠层遮蔽地面的程度。
【过渡】是不是郁闭度越高，林下植物的种群密度就越小呢？
【展示】不同郁闭度对林下3种草本植物的种群密度的影响（平均值，单位：株/m2）
【学习任务一】1.根据表格，影响该草本植物种群密度的非生物因素是什么？2.随着郁闭度的增大，刺儿菜的种群密度变化与一年蓬、加拿大一枝黄花有较大差异，这是为什么？
【讲解】通过材料可知，随着郁闭度的增大，光照强度不断减弱，一年蓬和加拿大一枝黄花的种群密度是不断下降的，而刺儿菜的种群密度是先上升，在郁闭度为0.4时达到最大，随后下降。这说明不同种植物对光照条件的适应性是有差异的
【进一步提问】那么，除了阳光之外，影响林下植物种群数量的非生物因素还有哪些呢？这些因素会影响林中动物的种群数量吗？
【讲解】影响植物种群数量的非生物因素有很多，例如温度、水、火等等，这些因素同样会影响动物的种群数量，例如冬天的低温会导致蚊子等昆虫死亡、动物在寻找水源的过程中常发生个体死亡。
【过渡】其实，我们在上一课节中就已经接触过一个非常有名的案例——“东亚飞蝗的种群数量波动”，其主要原因就是非生物因素。今天，我们跟着马世俊院士和他的助手进一步探明影响蝗虫种群数量波动的因素。
【展示】东亚飞蝗发生程度与温度、干湿指数的关系
【提问】请大家仔细观察此图，你发现蝗虫数量大爆发需要满足什么条件呢？
【讲解】当干湿指数和温度处于这个范围（指出对应区域），同时满足了干旱和适宜温度的条件，东亚飞蝗的种群数量便会大爆发。所以非生物因素对种群数量变化的影响往往是综合性的
【过渡】春夏时节动植物种群普遍迅速增长，除气温升高外，日照延长、降水增多也是重要原因。对于动物来说，还要再加一个“食物日益充足”的原因，这就涉及生物因素了
【展示】红火蚁照片
【介绍】最近，有一种入侵物种经常出现在新闻中，不少人被小小的它咬伤导致灼伤疼痛，大家认识它吗？
【介绍】红火蚁是全球公认的危险入侵物种之一，它会影响本地蚂蚁等物种生存，取食农林作物导致减产，叮蛰人畜造成灼伤起水泡，甚至休克和死亡。在多种公益林，以及农田、城乡垃圾场等地都有危害记录。截至2021年，红火蚁已经入侵中国大陆 12 个省 ( 自治区、直辖市) 的448个县级行政区域。如图所示，是1995年-2021年间，红火蚁入侵中国大陆县区数量的变化图，
【展示】红火蚁入侵中国大陆县区数量变化图
【学习任务二】如果中国大陆有1600个县级行政区域的环境是适宜红火蚁生存的。在没有人为因素干扰下，请预测未来100年内，红火蚁入侵中国大陆县区数量的变化会是什么样的？你的理由是什么？
【展示】科研人员对中国大陆红火蚁入侵扩张趋势的预测
【讲解】在没有人为因素影响下，红火蚁入侵县级区域数量的变化趋势与红火蚁种群数量变化趋势基本一致。随着种群数量的增长，种内竞争会加剧，从而使红火蚁种群数量的增长受到限制，呈现S形增长。这说明种群数量的变化受到种群内部生物因素的影响
【过渡】那么，红火蚁种群的数量变化是否受种群外部生物因素的影响呢？
【介绍】研究人员在红火蚁入侵区开展实验：在一个直径为15cm的培养皿上放下食物后开始计时，每隔十分钟观察并记录一次培养皿上觅食蚂蚁的种类和数量，一共记录5次。多次重复实验后，得到以下实验结果。
【展示】红火蚁入侵区食物旁觅食的红火蚁与本地蚂蚁数量变化图
【提问】1.随着观察时间的增加，食物旁觅食的红火蚁和本地蚂蚁数量发生什么变化？2.体现出两者之间的什么种间关系？谁占优势？
【讲解】随着观察时间的增加，在食物旁觅食的红火蚁数量不断增加，本地蚂蚁的数量不断减少，直至为0。说明红火蚁在种间竞争中占优势，从本地蚂蚁处成功抢夺了食物。长此以往，本地蚂蚁的生存必然受到严重影响。
【介绍】在红火蚁入侵严重的地区，本地蚂蚁数量急剧减少，采集到的红火蚁几乎占蚂蚁总量的90%。这便是“种间竞争”对红火蚁种群数量的影响
【讲解】除顶级捕食者外，每种动植物都可能是其他生物的捕食对象，每种动物都需要以其他生物为食。若食物充足，生物种群的出生率会升高、死亡率会降低；若食物匮乏，生物种群数量便会因此下降。
【介绍】通过对多种生境内的红火蚁食物结构进行调查发现，节肢动物是红火蚁的主要捕食对象。在一片被红火蚁入侵的生态林中，红火蚁的种群数量和其他节肢动物的数量将发生什么样的变化呢？
【学习任务三】请用流程图的形式，红火蚁的种群数量和其他节肢动物的数量的变化过程
【展示】
【讲解】若从节肢动物数量较多，而红火蚁数量较少的时候开始分析，“+越多”代表“生物数量越多”。此时红火蚁的食物非常充足，其种群数量便大大增加。但对于节肢动物来说，随着红火蚁数量的增加，他们被捕食的数量也不断上升，从而导致节肢动物的数量不断减少。随着节肢动物的数量的减少，红火蚁便因食物匮乏而导致数量下降。又因为红火蚁种群数量下降，节肢动物被捕食的压力减小，其种群数量就又增加了。
【提问】在这个数量变动的过程中，谁是因？谁是果呢？
【进一步提问】大家是不是发现，这两者的数量变化是相互影响，互为因果的的呢？
【讲解】像这样的关系，我们把它称为“循环因果关系”
也就是说，一定的事件作为引起变化的原因，所导致的结果又会成为新的条件，施加于原来作为原因的事件，使之产生新的结果，如此循环往复。
【提问】我们之前所学的知识中也有涉及到循环因果关系的例子，大家能都联想到是哪个事例呢？
【讲解】在甲状腺激素分泌的调节过程中，TRH和TSH含量增加是因，甲状腺激素含量增加是果；甲状腺激素含量增加又成为新的“因”，经过反馈调节产生抑制TRH和TSH分泌的新的“果”，如此循环往复，使血液中的甲状腺激素含量维持在相对稳定的范围内。生物界中“负反馈调节”的例子都会涉及“循环因果关系”，正是因为这样，生物个体，乃至生态系统才能维持稳态。
【深入思考】除了刚才提到的竞争关系和食物因素，影响红火蚁种群数量变动的还有其他因素吗？能否运用这些因素对红火蚁进行防治呢？
【讲解1】影响红火蚁种群数量变动的因素还有很多，例如温度、水等非生物因素，以及捕食者、寄生虫等生物因素都会影响种群的出生率和死亡率等特征，进而影响种群数量变化。运用这些因素对红火蚁的防治方法大致可以分为3类，物理机械防治、化学防治和生物防治。
【讲解2】
物理机械防治：若蚁巢较小，专业人员可用热开水对其进行浇灌，每日浇灌一次，持续5-10天。
化学防治：杀虫剂是最常用、见效快的手段，但它只能暂时降低种群数量，而且会污染环境。
生物防治：目前人类越来越倾向于利用对环境无污染的、效果更持久的生物防治。我们可以引入捕食性天敌“黄蜻”，寄生性天敌“蚤蝇、蚁小蜂”，或者使其感染会影响正常觅食行为的病毒，来控制红火蚁种群数量。
【讲解3】那么，能不能在源头上防止红火蚁进入新的区域呢？能否及时检测到红火蚁的数据呢？这就需要我们进一步提升监测、防控技术，阻断传播、科学灭蚁。
在所创设的“生态林”情境下，学生通过分析材料，了解阳光对植物种群数量的影响，并认识到不同植物会有不同的影响情况。
学生通过发散性思考，从光照条件发散到其他非生物因素，从植物的例子发散到动物的例子，完成自然过渡。
通过对“东亚飞蝗”案例分析，加深学生对上一节内容的理解与掌握，认识到非生物因素对种群数量变化的影响往往是综合性的，同时提高学生的思维能力。
以生态林中的红火蚁为切入点，展示不同变量、不同研究角度下，影响红火蚁种群数量的生物因素，让学生跟着科学家的脚步去全方位寻找影响因素，发展高阶思维能力
结合已学知识，建立数学模型表征种群数量变化趋势，提升类比推理能力和建模思维能力
通过真实的科研实验，体会科学家在面对一些难以观察、难以定量研究的生物学问题时，科学又巧妙地设计现象明显、结果可量化的实验，同时也通过自主分析掌握了“种间竞争”对对红火蚁和本地蚂蚁种群数量的影响,提升信息获取能力和归纳概括能力
通过“红火蚁与节肢动物”的案例分析，学生运用流程图等表征方式，进一步加深对循环因果等复杂因果关系的认识，从而提升批判性思维和复杂思维
结合已学的“负反馈调节”案例，加深学生对于“循环因果关系”的理解，并体会其对于“稳态”的意义与价值。
能批判性思考种群数量变化受非生物和生物因素综合影响的实际情况，基于外因通过内因而起作用来提出防治建议，从而提升学生的迁移能力和发散思维
归纳小结，
内化提升
【知识性小结】本节课，我们一起学习了影响种群数量变化的非生物因素和生物因素。一般情况下，气候因素以及地震、火灾等自然灾害，对种群的作用强度与种群密度无关。例如在遭遇寒流时，昆虫种群不论其种群密度高低，所有个体都会死亡。这些因素被称为非密度制约因素。而食物和天敌等生物因素对种群数量的作用强度与该种群密度是相关的。例如同样是缺少食物，种群密度越高，该种群受食物短缺的影响就越大，因此这些因素被称为密度制约因素。这些因素作为外因，通过影响种群的出生率和死亡率，来间接影响种群数量的变化。
【素养性小结】在生物界存在着非常复杂的因果关系，包括一因多果、一果多因、多因多果和循环因果等。复杂的因果关系，综合影响种群数量的变化。这就要求大家在面对真实的生物学问题情景时，要多角度思考、综合分析、不断辩证、寻找真相。
通过归纳小结，帮助学生更好地形成“非生物因素以及不同物种之间的相互作用都会影响生物的种群特征”的重要概念，进而梳理生物与环境相互依赖、相互影响的生命观念。
核心素养教育的最高宗旨是“面向未来”，所以要把课堂触角延伸到社会的发展和学生未来的个人生活，引导学生注重素养的发展。
拓展应用，
思维迁移
【课题一】濒危动植物保护计划书
浙江的公益林中生存着大量的珍稀濒危动植物，例如安吉小鲵、镇海棘螈、百山祖冷杉、天目铁木等。对于濒危动植物的保护，需要提前调查哪些信息？你能提出哪些合理建议呢？请选择一种濒危动植物，撰写一份保护计划书。
【课题二】如何提高鱼产量
在渔业上，人们总是希望每年都能获得较高的捕捞量。为什么孟子说“数罟不入洿池，鱼鳖不可胜食也”？捕捞量与种群数量之间应该保持什么样的关系，才能同时兼顾短期效益和长期效益呢？请从种群特征的角度作出解释。
【探讨课题二】早在2300多年前，孟子就已经有了可持续发展的理念，提出细密的渔网不入水塘，那鱼鳖水产就吃不完了。其背后的生态学原理就是，如果渔网网目较大，捕捞上来的主要是体积较大的成鱼，没被捕捞的幼鱼等到来年就能长大产卵，从而保证第二年的鱼产量；如果渔网网目过小，许多幼鱼也会被捕捞上来，影响种群的年龄结构，从而降低种群的出生率，造成来年鱼产量降低。
【结合图5讲解】生态学家的研究结果也验证了这一个想法。如图所示，是不同网目尺寸的渔网对北极鳕鱼捕获量的影响。我们可以很清楚地看到，与另外两种网目的情况不同，若用130mm网目的渔网捕鱼，每年的捕获量是在波动中逐渐下降的，说明种群数量在逐渐减少。
【过渡】网目尺寸可以根据幼鱼和成鱼的大小来确定，那么捕捞量与种群数量之间应该保持什么样的关系，才能同时兼顾短期效益和长期效益呢？
【讲解】从理论上说，“s”形增长的种群在种群数量达到K值时，出生率和死亡率相等，自然条件下种群数量不会再增加。当种群数量为K/2时，增长速率是最大的。所以，捕捞量应将种群数量控制在K/2左右，从而有利于持续获得较大的鱼产量。
【过渡】竭泽而渔终有衰亡时刻，群体共存才有生命长河。接下来，我们一起来欣赏视频“我们共同的家园”
【播放】“我们共同的家园”视频
【结束语】生物影响环境，环境也会影响生物。尊重自然、保护自然，让我们一起守护美好家园！
通过开放性的提问，激发学生的学习兴趣，在巩固新课知识的同时，有效训练学生的迁移能力，实现思维水平的螺旋式上升。
通过真实的生产生活案例，引导学生进一步认可生态研究对野生生物资源的保护和合理利用等方面的意义，激发其对生态学家等相关职业的憧憬与向往。
通过观看“保护自然、爱护地球”宣传视频，提升保护野生生物种群、合理利用生物资源、保护生态环境等社会责任，促进生态意识的形成。