“探究如何调查种群密度”的教学设计

朱慧娟

(江苏省南京市雨花台中学 210012)

1 教材分析与设计思路

本节课是苏教版高中生物学教材《稳态与环境》第3章第1节的内容之一，将开始在群体水平上探讨生命系统的组成、结构和发展规律。教材介绍了种群的5个数量特征和种群密度的调查方法。其中样方的选择和确定是教学的难点，要求学生不仅知道五点取样法的具体操作和计数方法，还要理解为什么这种取样方法比较合理。在本节内容的教学设计上，笔者打破常规，将种群密度作为单独一节课进行教学设计，没有涉及到种群密度外的其他数量特征的学习，以留足时间让学生探究，自己摸索种群密度的调查方法，注重学生能力的培养，突出探究的过程。教学中尝试将样方法和标志重捕法转化为探究的素材，领悟估算种群密度的思路和方法，提高学生的自主探究能力，培养学生的生物科学素养。

2 教学目标

2.1 知识目标 明确种群的概念，探索种群密度的调查方法。

2.2 能力目标 尝试运用样方法和标志重捕法调查种群密度，领悟科学探究的过程和方法。

2.3 情感态度和价值观目标 认同合作在科学探究中的重要性，体会知识在实践中合理运用的意义。

3 教学过程

3.1 如何引出种群概念 创设情境，视频展示生活在非洲某大草原上的各种生物，引发学生的兴趣。教师指出：自然界中的任何生物个体都不是孤立存在的，它们往往组成一定的群体，相互影响，共同生活。例如视频中该大草原上的所有狮子就称为种群。请学生总结种群概念，找出其中的关键词,再让学生举例这个大草原上还有哪些其他种群，辨析该大草原上所有的草是否为一个种群，深化学生对种群概念的理解。

设计意图：借助震撼的视频，引发学生学习兴趣，激发探究的欲望，再通过具体例子引出种群概念。

3.2 如何解释种群密度含义 投影两幅照片：分别是1000只非洲野牛在1公顷土地上和1000只非洲野牛在1000公顷土地上，前者给人感觉多，后者给人感觉少，所以种群大小不能仅看绝对数量，更科学的参数是种群密度，从而引出种群密度的概念。

设计意图：利用直观的图片对比，理解种群密度的特点，归纳种群密度的概念。

3.3 如何进行种群密度的调查 这部分是本节课的难点。通过提供素材，让学生从探究中得出结论的教学方法突破难点。

3.3.1 植物种群密度的调查方法 如何调查某一植物种群的密度呢？用校园内的种群来激发学生的探究热情。投影校园内某一草地的照片，提问：如何得出草地中蒲公英的数量？学生很快逐个数出来。再投影另一面积很大的草场，学生表示无法逐个数出草地中蒲公英的数量。引出常用的计数方法——估算法。

提供探究素材一，让学生探究。用一张纸模拟草地(图1)，各种形状的图案代表不同植物，三角形代表蒲公英，请估算出这张纸上的蒲公英数量，进而估算种群密度。

图1 模拟草地

学生分组活动：每组提出研究方法，其他组进行评价。各组的方法如下：①组1：每人承包一个区域，逐个计数。反对者提出如果草地面积很大，无法逐个数，这种方法没有实用性和推广性。②组2：取前五行，数出三角形数目，再按一共多少行推算总值。反对者提出草不一定是一行行有规律生长的。③组3：随意取一定的面积，数其中三角形数目，再按比例算。反对者提出随意取不行，可能该区域含三角形数目太多，也可能含三角形特别少，取一个面积估算不具有代表性。④组4：拿个呼啦圈，闭上眼睛，站在草地中间，转圈后将呼啦圈扔出去，然后数呼啦圈里三角形数目数出来，重复多次实验算平均值，就可以推算整个草地蒲公英的种群密度。

教师进行点评与鼓励，指出2、3、4组提到的共同点就是取样。取样必须做到随机性，另外要取多个样方以减少误差，第4组学生细心地考虑到了这些，可以尝试按其取样方法进行估算，与实际值相比较。

教师再适时向大家推荐一种常用的取样方法：五点取样法。简介五点取样的具体操作，请学生选取草本植物的合适样方，学生考虑样方大小可以为1 m2。再让学生分组，按一定比例在纸上操作，组4的学生按照自己的取样法进行，这样两种取样法的结果可进行比较。学生取好样方后，开始计数，有学生会提出压线个体该不该算？教师引导学生自己去讨论，学生讨论后会得出压线的个体不能四个边全算，否则计总数时相邻边上的数字被重复计算，可以算两个边上的个体数量。教师总结压线个体计数原则：一般计相邻两边及夹角的个体数。随后学生计数，算平均值，得出结论后分小组汇报。最后与真正的值(教师提前算好)进行比较。

汇总如表1。

表1 班级各小组五点取样法估算种群密度记录表

引导学生思考：①为什么各小组之间的估算值有差异?②为什么估算值与实际值有差异？③怎样减少误差？④前3组用的五点取样法，与第4组得到的数据差异大吗？⑤如果是调查高大乔木或者灌木，你觉得1 m2的样方还合适吗？启发学生用发展和变化的眼光解决问题。

设计意图：给出一个模拟草地，让学生在探究中产生问题，并想办法去解决，当自己的思路受到限制，可以受其他小组的启发，最终找出方法来进行植物种群密度的测定。学生不仅领会到探究活动的关键思路，更深刻体会到科学家缜密的科学思维和严谨的科学探究态度。

3.3.2 动物种群密度的调查方法 播放学校附近花神湖照片，请学生思考如何去调查湖内鲫鱼的数量。学生讨论将鱼全部捞上来后再数不合实际，而样方法也不适用鱼类等活动能力大的生物。

教师适时给出探究素材二：每组一杯黄豆模拟花神湖中的鲫鱼种群(所有组模拟同一个种群)，请学生想办法估算黄豆总数。各组的方法如下：①小组1：称黄豆总质量再除以每粒黄豆的质量。反对者提出鱼塘中鱼的总质量不可能知道，每条鲫鱼质量也不可能都相同。②小组2：抓一把黄豆出来，做标记，放回去混匀，然后再抓一把，看标记黄豆所占比例，按比例去计算。学生一致认为小组2的思路是正确的，但实验操作表述不够准确，各小组根据小组2的思路，写出实验设计过程。然后小组之间进行比较，取长补短，并进行优化，最后教师总结出大家优化后的方案，按此方案实施实验，并设计记录表格(表2)。有了这些数据，如何估算原始黄豆数？设一开始的那杯黄豆总数为N，第一次抓取并标记的黄豆数目为n，第二次抓的黄豆为M，其中标记数为m。则n/N=m/M，算出N的数量。

表2 班级各小组模拟标志重捕法数据记录表

各组实施实验，可用黑豆代表被标记的黄豆，并填写表2。最后算出结果，与真实结果(可提前数出来)进行比较。教师总结：这种方法称为标志重捕法。其步骤为：捕捉→标记→放回混匀→重捕→计算。引导学生思考：对黄豆操作的各步骤分别模拟的是标记重捕法中的哪步？为什么要闭眼或蒙眼抓豆子？为什么放回后要充分混匀？如何缩小误差？

继续探究：如果实验过程中标记的个体死亡、实验过程中标记物脱落或标记物过分醒目导致被天敌发现，实验结果会如何？让学生认识到计算公式成立的前提是标记个体与未标记个体在重捕时被捕获的概率相同，还要让学生从情感上认识到做种群调查不能让动物本身受到伤害。

设计意图：利用逆向思维，从学生容易理解的问题出发，引导学生去推理黄豆数后，再得出标志重捕法的概念，符合中学生的思维规律。

4 教学反思

本节课将种群密度的探究方法作为重点，突出学生探究的过程。将教材直观的介绍性内容转化为探究素材，模拟调查种群密度的探索历程，引领学生层层深入思考，领悟科学探究的方法和过程，认同科学结论的获得必须基于实验。同时，使学生理解模拟实验最终的目的是为了运用于现实。

在“模拟样方法”实验的教学中，通过相关样地的分析，引导学生思考并从中找出解决方案。再以问题为学习的“脚手架”，鼓励学生一步步推理出取样法的大致过程以及合理的实验操作。在此过程中，学生体会了科学探究的艰辛与快乐，探究能力得到了提高，科学思维品质得到了培养。但在探究实验中，要注意小组成员之间必须有明确分工，要确保每个同学都有操作，每个组员都通过探究引发思考或产生疑问，进而引发更深层次的探究。