高中人教版 (2019)种群的数量特征第1课时教学设计及反思

这是一份高中人教版 (2019)种群的数量特征第1课时教学设计及反思，共13页。教案主要包含了种群密度及其调查方法，种群密度，利用样方法调查植物的种群密度，标记重捕法的原理，种群数量的其他调查方法等内容，欢迎下载使用。
第1课时
课题
1.1 种群的数量特征
单元
第1章
学科
生物
年级
高二
教材
分析
《种群的数量特征》是人教版（2019）选择性必修二第一章第1节的内容，这节包括调查种群密度的方法和种群的数量特征。
选择性必修一已经学习了稳态及其调节机制等相关知识，这一章节将从宏观生物学的角度分析种群这个生命系统的重要特征。相较于这节中种群密度的概念和调查方法比较难掌握的情况，种群的其他几个数量特征理解起来相对比较容易，所以在实施教学的过程中，我们通过开展多种形式的学生活动来有意识培养学生主动参与课堂教学活动的意识，巧妙借助生活实例，将种群的几个数量特征放到具体情境中去加深理解，并在现实中加以应用。
教学目标与核心素养目标
教学目标：
1.列举种群的数量特征，说明出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄结构和性别比例与种群密度的关系（重点）。
2.说出调查种群密度的主要方法，运用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度（重、难点）。
核心素养：
生命观念、科学思维——列举种群密度和种群数量的几个基本特征，并阐述种群的数量特征之间的内在关系。
科学思维、科学探究——初步学会调查种群的密度的方法。分析种群数量特征对于种群密度的影响
社会责任——能用种群的数量特征去描述身边的种群，并能对种群的研究提出有建设性的看法；关注人口问题，认同计划生育国策、关注濒危动物种群数量的变化及措施。
重点
种群的数量特征；种群密度的调查方法。
难点
调查草地中某种双子叶植物的种群密度。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
创设情境：
结合章引言引入东北豹的相关情境，让学生思考为什么强悍凶猛的东北豹也会濒危。
展示问题探讨：
2015年，我国科学家基于长期的野外观测宣布：在我国东北长白山脉北部地区，共监测到东北豹42只，其中，幼体2只，雄性和雌性的成体分别为21只和17只，未能判断性别的成体2只。
讨论：
1.调查东北豹的种群数量对于保护它们有什么意义？
提示：弄清东北豹的数量现状，才能有针对性地采取有效的保护措施。
2.调查东北豹种群中雌雄个体的数目对于预测该种群的发展趋势有什么意义？
提示：东北豹种群中雌雄个体的比例影响种群的出生率，从而影响种群数量的变化。
“问题探讨”中所说的长白山脉北部地区有42只东北豹，以及组成种群个体的年龄状况和雌雄个体的数目，都是种群的数量特征。如果你进一步追问在某区域内平均每只东北豹有多大的生活面积，这个问题就涉及东北豹的种群密度。
教师播放北京师范大学东北虎豹研究团队推动建立“东北虎豹国家公园”的视频，结合“问题探讨”引入学习主题。
猜想东北豹濒危的可能原因，小组合作探究教材中“问题探讨”设置的讨论题。
思考并回答问题。
通过创设情境，让学生体验科学精神认同基础科学研究的重要意义，激发学生的学习兴趣。
讲授新课
一、种群密度及其调查方法
情境导入：东方白鹳被誉为“鸟中国宝”，目前黄河三角洲国家级自然保护区通过湿地恢复、生态补水成为全球最大的东方白鹳繁殖地。
（一）种群及其功能
展示事实1：据统计，在1959年以后东方白鹳在日本便没有成功繁殖的记录，到1970年仅剩下1只；随着1971年朝鲜最后一对东方白鹳中的雄鸟被猎杀，朝鲜的繁殖种群也出现了功能性灭绝。
结合事实1，引导学生思考并回答问题：
问题1.请尝试解释：什么是功能性灭绝？
提示：指某个或某类生物在自然条件下，种群数量减少到无法维持繁衍的状态。
功能性灭绝是物种灭绝的前兆，当一个物种停止繁殖后，最终灭绝只是时间问题。
问题2.结合上述资料，回顾种群的概念并思考种群存在的意义是什么？
引导学生阅读、理解章引言中种群的概念并思考种群存在的意义。
种群的概念：
在一定的空间范围内，同种生物所有个体形成的集合就是种群。种群是生物进化的基本单位、种群是生物繁殖的基本单位，只有保持足够的数量和性别比例，才能保持种群功能的正常。
强调几个关键词：区域、同种、全部。
引导学生阅读教材“种群密度及其调查方法”相关内容及“生物科技进展”栏目，查找并归纳调查种群密度的方法。
（二）种群密度（最基本的数量特征）
展示事实2：为了满足东方白鹳冬、春季节的食物需求，保护区曾考虑引入植物新物种，但是受到加拿大一枝黄花在我国南方多地生物入侵的教训，科学家在这件事上保持非常谨慎的态度。
结合事实2，引导学生思考并回答问题：
问题1．假设已知A、B、C三地一枝黄花的数量分别是8 000株、20 000株、30 000株，你能判断哪个地区加拿大一枝黄花生物入侵现象更严重吗？
提示：不能判断。在A、B、C三地面积未知的情况下，种群数量多少不足以作为判断依据，只有通过调查种群密度才能对入侵程度进行判断。
问题2.下列草地（5m2），其中◯代表加拿大一枝黄花，则种群密度为_______株/m2，如果是5000m2还能这样调查吗？____________。
提示：6.4 不能
结合事实2和问题分析，引导学生归纳总结种群密度的概念、表达式和地位。
1.概念：种群在单位面积或单位体积中的个体数就是种群密度。（陆生生物 水生生物）
引导学生得出种群密度的计算方法
教师PPT展示种群密度的计算公式
2.表达式：
3.地位：种群密度是种群最基本的数量特征。
濒危动物保护、农田杂草状况调查、农林害虫的监测和预报渔业上捕捞强度的确定等，都需要对种群密度进行调查研究。
问题：这些都需要对种群密度进行调查研究，那么，有哪些调查种群密度的方法呢？
（三）利用样方法调查植物的种群密度
估算种群密度常用的方法之一是样方法：在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过统计每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估算值调查草地上蒲公英的密度，农田中某种昆虫卵的密度，作物植株上蚜虫的密度、跳蝻的密度等，都可以采用样方法。
组织学生阅读教材第5页“调查草地中某种双子叶植物的种群密度”，引导学生初步认识如何运用样方法调查种群密度。
探究实践 调查草地中某种双子叶植物的种群密度
单子叶草本植物常常是丛生或蔓生的，从地上部分难以辨别是一株还是多株而双子叶草本植物则易于辨别个体数目。单子叶植物的叶片一般呈条形或披针形，叶脉一般是平行脉双子叶植物的叶脉一般是网状脉。
提出问题
你可以调查同一地块中不同双子叶植物的种群密度，也可以调查不同地块中一种或几种双子叶植物的种群密度。通过小组讨论，确定要探究的问题_____________________________________。
制订计划
1.结合自己的生活经验，想一想什么地方适合做这样的调查。在老师指导下确定调查地点和范围。
2.确定调查时间。
3.讨论需要携带哪些材料用具，列出清单。
4.讨论确定小组成员间的分工。
实施计划
1.准备：来到调查地点后，先大致观察一下地形，分析有没有安全隐患，提出安全注意事项。
2.确定调查对象：观察该地段中有哪些双子叶草本植物，记录下这些植物的名称。确定本小组要调查的种群。
3.确定样方：观察调查对象的分布状况和地段的形状，根据观察结果，结合下面的提示，讨论确定样方的多少、样方大小和取样方法。
为了研究某地加拿大一枝黄花的种群密度，下图是研究人员随机选取了研究样地。
引导学生思考并回答问题：
为了更好地保证调查结果的准确性，在确定样方时需要考虑以下问题：
（1）取样的关键是什么？为什么？
提示：随机取样；强调随机取样是为了使调查结果不受主观因素的影响。
（2）请根据表格中的数据确定合适的样方大小
个体在该样方内的分布相对稳定，又可避免人力物力的浪费。
样方的大小一般以1 m²的正方形为宜。如果该种群个体数较少，样方面积可适当扩大。
（3）如果所调查物种个体较大，样方大小应该怎样设置？
提示：如果所调查物种个体较大，样方面积应该适当扩大。
如果调查物种数目比较稀疏呢？
提示：如果调查物种数目比较稀疏，样方面积也应该适当扩大。
（4）请据表中的数据，确定合适的样方数量
样方数太多，工作量加大；样方数太少，偶然误差少；选取5个样方是合适的，因样方数量从5个增加到10个，种群密度的调查结果并没有明显差异。
（5）请据图选择合适的样方
下图所示的五点取样法和等距取样法都是常用的取样方法，可供参考。
调查对象总体分布为近方形地块时，适宜用五点取样法。
调查对象的总体分布为长条形地块时，适宜用等距取样法。
4.计数和确定种群密度：某兴趣小组调查某种双子叶草本植物的种群密度，结果如下表所示：
其中第四个样方（1 m2）中该植物的分布情况如图所示：
（1）如何计数第四个样方的植株数量？该样方的种群密度是多少？
提示：需要计数样方以内的个体数量，以及任意两个相邻边及其夹角上的个体数量。
该样方的种群密度为（5＋2＋1）÷1＝8（株/m2）。
（2）该植物的种群密度是多少？
8株/m2。
（四）标记重捕法的原理、应用和误差分析
展示事实3：东方白鹳的“安心食堂”
为了更好的留住这群美丽的大鸟，湿地工作人员一方面要为它们准备充足的食物，通过投喂鱼苗，为东方白鹳建立“安心食堂”，另一方面要避免某种鱼种群的过度繁殖破坏湿地生态系统。
许多动物的活动能力强，活动范围大，不宜用样方法来调查它们的种群密度。常用的方法之一是标记重捕法。这种方法是在被调查种群的活动范围内，捕获一部分个体，做上标记后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总个体数的比例，来估算种群密度。例如，在对某种鼠的调查中，调查范围为1 hm2，第一次捕获并标记39只鼠，第二次捕获 34只鼠，其中有标记鼠15只，这样就可以估算出这种鼠的种群密度为39×34÷15＝88.4只/hm。
结合事实3，引导学生思考并回答问题：
问题1．以黄河鲫鱼为例，如果图A中空白原点表示某区域中所有鲫鱼，图B和图C表示将捕获的鲫鱼做上标记并放回，则标记重捕法的原理是：在___个体随机分布__的前提下，整体与局部相关比例相等，即：M/N＝m/n。
问题2．图B中小圆范围内实心圆点以及图C小圆范围内圆点可分别用标记重捕法计算公式中的哪一个字母表示？
字母M表示图B中小圆范围内实心圆点；字母m代表图C小圆范围内实心圆点；字母n代表图C小圆内的所有圆点。
问题3.运用公式对A图中的空心圆点的数量进行估算？
此结果与逐个计数法计数的结果有差异吗？
提示：有差异。
问题4．请分析在利用标记重捕法调查过程中，下列各情况可能会带来的误差：
①标记物意外脱落
②被标记个体被再次捕获的机会降低
③标记物导致被标记个体易于被捕食
④被标记个体放回后还未充分融入该种群中就再次被捕获且在被标记个体稀少处被捕获
⑤被标记个体放回后还未充分融入该种群中就再次被捕获且在被标记个体密集处被捕获
⑥标记物影响被标记个体的活动，使其被再次捕获的机会增大
以上__①②③④_估算值将偏大，__⑤⑥__估算值将偏小。
（五）种群数量的其他调查方法
在调查分布范围较小、个体较大的种群时，可以逐个计数，如调查某山坡上的珙桐密度。在多数情况下，逐个计数非常困难，需要采取估算的方法。例如，对于有趋光性的昆虫，可以用黑光灯进行灯光诱捕来估算它们的种群密度（图1-1）。
红外触发相机调查技术，如东北虎和东北豹等；
通过粪便具有不同的特征调查，如大熊猫等；
通过不同的声音调查，如鲸、长臂猿等。
阅读并分析资料。
思考并回答问题。
讨论归纳：明确种群的概念。认识到种群是在宏观和群体水平上研究生物的基本单位，它不是个体的简单累加，种群内的个体通过特定关系构成个整体
阅读教材，查找并归纳调查种群密度的方法。
阅读并分析资料。
思考并回答问题。
归纳总结种群密度的概念、表达式和地位。
尝试说出运用样方法调查种群密度的基本过程。
参与分组研究讨论样方法的具体实施。
思考并回答问题。
阅读并分析资料。
思考并回答问题。
归纳总结：总结利用标记重捕法调查种群密度的操作要领和注意事项。
设置情境，结合实例，请让学生理解种群概念的本质，
通过自学和小组合作学习，归纳和比较种群密度的调查方法。
用生活生产的实际问题激发学习兴趣。
种群密度概念的准确掌握。
引出种群密度的调查方法。
培养学生科学的探究思维和能力，以及团队合作精神
深刻理解样方法的适用范围、调查步骤及计算方法
引导学生深入理解样方法。
培养学生阅读提取信息的能力和思考和分析问题的能力，小组合作能力。
设置情境，问题驱动，使学生深人分析，掌握标记重捕法调查种群密度的方法，并发展分析、归纳的科学思维。
深入理解标记重捕法。
核心归纳
1.采用样方法的注意事项
（1）样方大小的确定：一般来说，样方大小与植株大小呈正相关，如乔木——100 m2，灌木——9 m2，草本——1 m2，若样方中被调查个体数较少，应适当扩大样方面积；样方形状以正方形为宜。
（2）样方数目的确定：样方的多少与被调查地段的总面积呈正相关；一般来说，选取样方越多，求得的种群密度越接近实际情况。
（3）常用的取样方法：五点取样法和等距取样法。
（4）取样的关键是要做到随机取样，不能掺入主观因素。
（5）在用样方法估算种群密度时要注意：同种生物个体无论大小都要计数；对于压在边线上的个体，原则上计一半边线上的个体；如果是方形样方，需要统计相邻两边及其夹角上的个体，常见的是“计上不计下，计左不计右”（如图所示，图中实心圆就是要计数的个体）。
2.采用“标记重捕法”应满足的条件
（1）标记不易消失、脱落。
（2）标记不会对动物造成行为和寿命上的伤害。
（3）标记后充分混合。
（4）标记不能过分醒目。
（5）所有个体在重捕时的捕获概率相等。
（6）没有新的个体出生和死亡，没有迁入和迁出。
3.利用标记重捕法估算种群密度的误差分析
课堂练习
1.为了检验某新型除草剂对麦田杂草猪殃殃的防治效果，随机选3块麦田，在每块麦田中做对照实验，施药60天后调查猪殃殃密度。取样方法为每个处理随机取5个样方，每个样方为1 m2。调查结果为对照组411.75株/m2，实验组为35.00株/m2。下列分析正确的是（ B ）
A.该实验每个处理随机取了5个样方，样方的数量太少，误差较大
B.若调查的某植物种群的个体数量较少时，应适当扩大样方面积
C.对照组数据有误，杂草株数应为整数
D.与双子叶草本植物相比，样方法更适用于调查单子叶草本植物的种群密度
解析：该实验每个处理随机取5个样方，每个样方为1 m2，样方的数量和面积都是合适的，A错误；
由于取5个样方的平均值，所以杂草株数可以是整数，也可以是非整数，C错误；
样方法更适用于调查双子叶草本植物的种群密度，D错误。
2.农业科技人员在对草原鼠害进行调查，随机选定某区域，调查样方面积为2 hm2，第一次放置了100个鼠笼，捕获了60只鼠，标记后放回原地，一段时间后在相同位置放置了100个鼠笼，捕获了72只鼠，其中带标记的鼠有18只。下列有关叙述正确的是（ C ）
A.此调查方法也适用于调查跳蝻的种群密度
B.该区域中鼠的种群密度约为240只/hm2
C.若在两次捕鼠期间发生草原大火，则统计结果很可能不准确
D.若鼠被捕一次后更难被捕捉，则该区域鼠的实际种群数量大于调查结果
解析：调查跳蝻的种群密度应选择样方法，A错误；
若在两次捕鼠期间发生草原大火，可能导致鼠非正常死亡或者迁出，造成统计结果不准确，C正确；
若鼠被捕一次后更难被捕捉，会导致重捕个体中被标记的个体数偏小，根据计算公式可知，调查结果会大于实际值，D错误。
课堂小结
板书设计
1.1 种群的数量特征
第1课时 种群密度及其调查方法
一、种群及其功能
二、种群密度
三、利用样方法调查植物的种群密度
四、标记重捕法的原理、应用和误差分析
五、种群数量的其他调查方法