“探究如何調(diào)查種群密度”的教學(xué)設(shè)計(jì)

朱慧娟

(江蘇省南京市雨花臺(tái)中學(xué) 210012)

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課是蘇教版高中生物學(xué)教材《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第3章第1節(jié)的內(nèi)容之一，將開始在群體水平上探討生命系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和發(fā)展規(guī)律。教材介紹了種群的5個(gè)數(shù)量特征和種群密度的調(diào)查方法。其中樣方的選擇和確定是教學(xué)的難點(diǎn)，要求學(xué)生不僅知道五點(diǎn)取樣法的具體操作和計(jì)數(shù)方法，還要理解為什么這種取樣方法比較合理。在本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)上，筆者打破常規(guī)，將種群密度作為單獨(dú)一節(jié)課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，沒有涉及到種群密度外的其他數(shù)量特征的學(xué)習(xí)，以留足時(shí)間讓學(xué)生探究，自己摸索種群密度的調(diào)查方法，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，突出探究的過程。教學(xué)中嘗試將樣方法和標(biāo)志重捕法轉(zhuǎn)化為探究的素材，領(lǐng)悟估算種群密度的思路和方法，提高學(xué)生的自主探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo) 明確種群的概念，探索種群密度的調(diào)查方法。

2.2 能力目標(biāo) 嘗試運(yùn)用樣方法和標(biāo)志重捕法調(diào)查種群密度，領(lǐng)悟科學(xué)探究的過程和方法。

2.3 情感態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo) 認(rèn)同合作在科學(xué)探究中的重要性，體會(huì)知識(shí)在實(shí)踐中合理運(yùn)用的意義。

3 教學(xué)過程

3.1 如何引出種群概念 創(chuàng)設(shè)情境，視頻展示生活在非洲某大草原上的各種生物，引發(fā)學(xué)生的興趣。教師指出：自然界中的任何生物個(gè)體都不是孤立存在的，它們往往組成一定的群體，相互影響，共同生活。例如視頻中該大草原上的所有獅子就稱為種群。請(qǐng)學(xué)生總結(jié)種群概念，找出其中的關(guān)鍵詞,再讓學(xué)生舉例這個(gè)大草原上還有哪些其他種群，辨析該大草原上所有的草是否為一個(gè)種群，深化學(xué)生對(duì)種群概念的理解。

設(shè)計(jì)意圖：借助震撼的視頻，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)探究的欲望，再通過具體例子引出種群概念。

3.2 如何解釋種群密度含義 投影兩幅照片：分別是1000只非洲野牛在1公頃土地上和1000只非洲野牛在1000公頃土地上，前者給人感覺多，后者給人感覺少，所以種群大小不能僅看絕對(duì)數(shù)量，更科學(xué)的參數(shù)是種群密度，從而引出種群密度的概念。

設(shè)計(jì)意圖：利用直觀的圖片對(duì)比，理解種群密度的特點(diǎn)，歸納種群密度的概念。

3.3 如何進(jìn)行種群密度的調(diào)查 這部分是本節(jié)課的難點(diǎn)。通過提供素材，讓學(xué)生從探究中得出結(jié)論的教學(xué)方法突破難點(diǎn)。

3.3.1 植物種群密度的調(diào)查方法 如何調(diào)查某一植物種群的密度呢？用校園內(nèi)的種群來激發(fā)學(xué)生的探究熱情。投影校園內(nèi)某一草地的照片，提問：如何得出草地中蒲公英的數(shù)量？學(xué)生很快逐個(gè)數(shù)出來。再投影另一面積很大的草場，學(xué)生表示無法逐個(gè)數(shù)出草地中蒲公英的數(shù)量。引出常用的計(jì)數(shù)方法——估算法。

提供探究素材一，讓學(xué)生探究。用一張紙模擬草地(圖1)，各種形狀的圖案代表不同植物，三角形代表蒲公英，請(qǐng)估算出這張紙上的蒲公英數(shù)量，進(jìn)而估算種群密度。

圖1 模擬草地

學(xué)生分組活動(dòng)：每組提出研究方法，其他組進(jìn)行評(píng)價(jià)。各組的方法如下：①組1：每人承包一個(gè)區(qū)域，逐個(gè)計(jì)數(shù)。反對(duì)者提出如果草地面積很大，無法逐個(gè)數(shù)，這種方法沒有實(shí)用性和推廣性。②組2：取前五行，數(shù)出三角形數(shù)目，再按一共多少行推算總值。反對(duì)者提出草不一定是一行行有規(guī)律生長的。③組3：隨意取一定的面積，數(shù)其中三角形數(shù)目，再按比例算。反對(duì)者提出隨意取不行，可能該區(qū)域含三角形數(shù)目太多，也可能含三角形特別少，取一個(gè)面積估算不具有代表性。④組4：拿個(gè)呼啦圈，閉上眼睛，站在草地中間，轉(zhuǎn)圈后將呼啦圈扔出去，然后數(shù)呼啦圈里三角形數(shù)目數(shù)出來，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)算平均值，就可以推算整個(gè)草地蒲公英的種群密度。

教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)與鼓勵(lì)，指出2、3、4組提到的共同點(diǎn)就是取樣。取樣必須做到隨機(jī)性，另外要取多個(gè)樣方以減少誤差，第4組學(xué)生細(xì)心地考慮到了這些，可以嘗試按其取樣方法進(jìn)行估算，與實(shí)際值相比較。

教師再適時(shí)向大家推薦一種常用的取樣方法：五點(diǎn)取樣法。簡介五點(diǎn)取樣的具體操作，請(qǐng)學(xué)生選取草本植物的合適樣方，學(xué)生考慮樣方大小可以為1 m2。再讓學(xué)生分組，按一定比例在紙上操作，組4的學(xué)生按照自己的取樣法進(jìn)行，這樣兩種取樣法的結(jié)果可進(jìn)行比較。學(xué)生取好樣方后，開始計(jì)數(shù)，有學(xué)生會(huì)提出壓線個(gè)體該不該算？教師引導(dǎo)學(xué)生自己去討論，學(xué)生討論后會(huì)得出壓線的個(gè)體不能四個(gè)邊全算，否則計(jì)總數(shù)時(shí)相鄰邊上的數(shù)字被重復(fù)計(jì)算，可以算兩個(gè)邊上的個(gè)體數(shù)量。教師總結(jié)壓線個(gè)體計(jì)數(shù)原則：一般計(jì)相鄰兩邊及夾角的個(gè)體數(shù)。隨后學(xué)生計(jì)數(shù)，算平均值，得出結(jié)論后分小組匯報(bào)。最后與真正的值(教師提前算好)進(jìn)行比較。

匯總?cè)绫?。

表1 班級(jí)各小組五點(diǎn)取樣法估算種群密度記錄表

引導(dǎo)學(xué)生思考：①為什么各小組之間的估算值有差異?②為什么估算值與實(shí)際值有差異？③怎樣減少誤差？④前3組用的五點(diǎn)取樣法，與第4組得到的數(shù)據(jù)差異大嗎？⑤如果是調(diào)查高大喬木或者灌木，你覺得1 m2的樣方還合適嗎？啟發(fā)學(xué)生用發(fā)展和變化的眼光解決問題。

設(shè)計(jì)意圖：給出一個(gè)模擬草地，讓學(xué)生在探究中產(chǎn)生問題，并想辦法去解決，當(dāng)自己的思路受到限制，可以受其他小組的啟發(fā)，最終找出方法來進(jìn)行植物種群密度的測定。學(xué)生不僅領(lǐng)會(huì)到探究活動(dòng)的關(guān)鍵思路，更深刻體會(huì)到科學(xué)家縝密的科學(xué)思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。

3.3.2 動(dòng)物種群密度的調(diào)查方法 播放學(xué)校附近花神湖照片，請(qǐng)學(xué)生思考如何去調(diào)查湖內(nèi)鯽魚的數(shù)量。學(xué)生討論將魚全部撈上來后再數(shù)不合實(shí)際，而樣方法也不適用魚類等活動(dòng)能力大的生物。

教師適時(shí)給出探究素材二：每組一杯黃豆模擬花神湖中的鯽魚種群(所有組模擬同一個(gè)種群)，請(qǐng)學(xué)生想辦法估算黃豆總數(shù)。各組的方法如下：①小組1：稱黃豆總質(zhì)量再除以每粒黃豆的質(zhì)量。反對(duì)者提出魚塘中魚的總質(zhì)量不可能知道，每條鯽魚質(zhì)量也不可能都相同。②小組2：抓一把黃豆出來，做標(biāo)記，放回去混勻，然后再抓一把，看標(biāo)記黃豆所占比例，按比例去計(jì)算。學(xué)生一致認(rèn)為小組2的思路是正確的，但實(shí)驗(yàn)操作表述不夠準(zhǔn)確，各小組根據(jù)小組2的思路，寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程。然后小組之間進(jìn)行比較，取長補(bǔ)短，并進(jìn)行優(yōu)化，最后教師總結(jié)出大家優(yōu)化后的方案，按此方案實(shí)施實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)記錄表格(表2)。有了這些數(shù)據(jù)，如何估算原始黃豆數(shù)？設(shè)一開始的那杯黃豆總數(shù)為N，第一次抓取并標(biāo)記的黃豆數(shù)目為n，第二次抓的黃豆為M，其中標(biāo)記數(shù)為m。則n/N=m/M，算出N的數(shù)量。

表2 班級(jí)各小組模擬標(biāo)志重捕法數(shù)據(jù)記錄表

各組實(shí)施實(shí)驗(yàn)，可用黑豆代表被標(biāo)記的黃豆，并填寫表2。最后算出結(jié)果，與真實(shí)結(jié)果(可提前數(shù)出來)進(jìn)行比較。教師總結(jié)：這種方法稱為標(biāo)志重捕法。其步驟為：捕捉→標(biāo)記→放回混勻→重捕→計(jì)算。引導(dǎo)學(xué)生思考：對(duì)黃豆操作的各步驟分別模擬的是標(biāo)記重捕法中的哪步？為什么要閉眼或蒙眼抓豆子？為什么放回后要充分混勻？如何縮小誤差？

繼續(xù)探究：如果實(shí)驗(yàn)過程中標(biāo)記的個(gè)體死亡、實(shí)驗(yàn)過程中標(biāo)記物脫落或標(biāo)記物過分醒目導(dǎo)致被天敵發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)如何？讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到計(jì)算公式成立的前提是標(biāo)記個(gè)體與未標(biāo)記個(gè)體在重捕時(shí)被捕獲的概率相同，還要讓學(xué)生從情感上認(rèn)識(shí)到做種群調(diào)查不能讓動(dòng)物本身受到傷害。

設(shè)計(jì)意圖：利用逆向思維，從學(xué)生容易理解的問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生去推理黃豆數(shù)后，再得出標(biāo)志重捕法的概念，符合中學(xué)生的思維規(guī)律。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課將種群密度的探究方法作為重點(diǎn)，突出學(xué)生探究的過程。將教材直觀的介紹性內(nèi)容轉(zhuǎn)化為探究素材，模擬調(diào)查種群密度的探索歷程，引領(lǐng)學(xué)生層層深入思考，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法和過程，認(rèn)同科學(xué)結(jié)論的獲得必須基于實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，使學(xué)生理解模擬實(shí)驗(yàn)最終的目的是為了運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)。

在“模擬樣方法”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，通過相關(guān)樣地的分析，引導(dǎo)學(xué)生思考并從中找出解決方案。再以問題為學(xué)習(xí)的“腳手架”，鼓勵(lì)學(xué)生一步步推理出取樣法的大致過程以及合理的實(shí)驗(yàn)操作。在此過程中，學(xué)生體會(huì)了科學(xué)探究的艱辛與快樂，探究能力得到了提高，科學(xué)思維品質(zhì)得到了培養(yǎng)。但在探究實(shí)驗(yàn)中，要注意小組成員之間必須有明確分工，要確保每個(gè)同學(xué)都有操作，每個(gè)組員都通過探究引發(fā)思考或產(chǎn)生疑問，進(jìn)而引發(fā)更深層次的探究。