基于科学素养的“调查种群密度的方法”教学设计与反思

陈佳 闫洁

在生物学学科核心素养中，科学探究是指根据具体的生物学现象，发现生物学问题，观察、提问、设计实验、实施计划、交流和讨论结果的能力。科学探究素养的培养对教育科研人员和一线教师提出了新的挑战。本文拟采用探究实验的教学方法，以“调查种群密度的方法”片段为例，进行课堂教学设计，通过学生活动的相互渗透，突破教学的重难点，培养学生的科学探究能力。

教材分析及设计思路：

“调查种群密度的方法”是高中生物必修三第四章第一节“种群的特征”的内容。本节内容将科学方法放在突出的位置，先将描述个体的特点与种群进行类比，引出种群的概念，通过问题情境过渡，使学生认识到种群密度是种群最基本的特征。种群密度又是如何进行调查的？通过情境导入学生要研究的问题，再由模拟实验解决问题，整个过程环环相扣，易激发学生的兴趣和热情，最后由教师进行方法总结，帮助学生形成系统性知识框架。

教学方法：

采用以探究实验为主的教学策略，辅之以讲授法、问答法、多媒体教学等方法进行教学。通过个体特征与种群特征的对比导入，激发学生学习兴趣，再介绍种群概念由学生已知推未知，能够自主地描述一个种群。教授重难点知识种群密度的调查方法时，由于种群密度的调查方法较抽象且易混淆，在呈现教学内容的形式上采取绘制抽样图和表格的形式便于区别和理解，再通过学生活动模拟标志重捕法调查种群密度并对实验结果自主进行种群密度变化的误差分析。让学生在动手实践、自主探究、合作交流中形成知识模型，帮助学生系统掌握知识内容。

教具：

以各种图形代表草原上植物种群的A4纸，用于模拟实验的纸箱、便于标记和混匀的空白立方体纸团、记号笔、直尺等。

教学过程：

1.类比导入。

教师通过复习前面学习的生物个体的特征引导学生思考群体是否也具备这些特征，由此导入最小的群体——种群的概念，并说明种群并不具备个体的这些特征，可见种群不是个体简单的累加，种群具有自身的特征。

（设计意图：将新概念与前概念相类比，帮助学生在辨析个体与种群的特征的同时，深化对生命系统的结构层次的理解，形成群体大于累加个体的社会责任。）

2.种群的概念辨析。

种群的概念具有内涵和外延，教师通过剖析种群概念中的三个关键词（同一空间、同一物种、所有个体），两个要点（一定空间内，同种生物与外界的个体隔离，同种生物个体之间相互联系）帮助学生理解并记忆。（出示图片）请学生描述池塘中的种群，对种群的概念进行巩固，最后再通过典型例题（下列哪个不属于种群：一片草地上的全部蛇;我国长江流域的全部白鳍豚;一个蜂巢中所有的蜂）的判断，对种群的概念进行应用。

（设计意图：将种群的概念进行剖析，分解其概念的内涵，帮助学生内化。学生最容易出错的地方在于忽视同一物种的概念要点，用池塘中的群落为例，是为了纠正学生将其描述为池塘中的所有鱼类。将一片草地上的全部蛇作为错误选项，也是为了帮助学生强化同一物种的概念要点。）

3.调查种群密度的方法探究。

在了解种群概念的基础上，进一步探究种群的特征。通过情境导入发现，与个体相比，种群最突出的特征是它的数量特征，而种群密度是种群最基本的数量特征，由此引入种群密度的概念及种群密度的调查方法。

通过展示草地上七零八落的蘑菇种群图，诱使学生说出所数种群个体数，并介绍这种方法就是逐个计数法。再展示草地上密密麻麻的蒲公英种群图，引导学生用逐个计数法似乎有些困难，并思考是否有更好的方法，基于此，介绍样方法的优势和其中五点取样法、等距法的使用方法，再创设练习情境，将草地上的各种植物用A4上的各种图形来表示，请学生调查A4纸上以圆环表示的植物的种群密度，巩固样方法的使用及估算方法。

展示草原上较为密集的绵羊种群图，询问学生能否用样方法来计算该种群的种群密度，学生刚刚学过样方法，有的学生很容易对密集的种群定性采用样方法，也有学生会注意到样方法的使用优势是用于不运动或运动能力较弱的种群。基于此，教师需要再次强调样方法的使用对象，并以运动性较强、活动范围较大的生物与之类比，引出标志重捕法估算种群密度的优势。

通过动画直观地介绍用标志重捕法估算草原上的绵羊种群密度的实施步骤，教师需要跟随动画进行讲解（如为什么要随机地先捕获一部分，为什么将有标记的个体放回草原后要过一段时间再捕获，为什么第二次捕获的绵羊个体数和其中的标记个体数可以作为计算整个绵羊种群种群密度的小样本），帮助学生理解标志重捕法每一步实施的意义及用标志重捕法计算种群密度的原理。

在学生内化了调查种群密度的方法后，通过设置学生活动——调查池塘中草鱼的种群密度，进行探究性模拟实验，用具有一定体积的纸箱子来模拟池塘，用便于标记的空白纸团来模拟草鱼，并准备记号笔、尺子等实验工具，每组实验请两位学生进行演示，将实验过程中两位学生得到的数据记录于黑板上教师绘制好的表格中，台下各小组通过此数据计算各组实验得到的种群密度。

实验一：无要求。实验过程为学生A用手模拟捕捞网，第一次进行捕捞，学生B记录第一次捕捞的数量，并一起给捕获的个体进行标记，标记之后放回纸箱子混匀。学生A再捕捞一次，学生B记录第二次捕捞的数量和其中已标志的个体数，请学生一起计算理想状态下草鱼种群的种群密度。

实验二：要求将放回纸箱的标记纸团取出部分，去除标记后再放回纸箱混匀，以模拟标志物脱落的草鱼。其余步骤与实验一相同，请学生一起计算标志物脱落后的草鱼种群的种群密度，看看会发生什么变化。

实验三：要求将放回纸箱的标记纸团取出部分并不再放回，以模拟因自然死亡、迁出或被捕食者吃掉的草鱼。其余步骤与实验一相同，请学生一起计算因自然死亡、迁出或被捕食者吃掉其中个体的草鱼种群的种群密度，看看会发生什么变化。

实验四：要求将放回纸箱的标记纸团不混匀，以模拟未分布均匀被急于捕获的草鱼种群。其余步骤与实验一相同，请学生一起计算未完全分散开被急于捕获的草鱼种群的种群密度，看看會发生什么变化。

根据4组实验数据得到的种群密度，小组交流种群密度在个体标志物脱落、自然死亡、迁出、被捕食者吃掉或未分布均匀时的变化情况，并谈谈如何分析用标志重捕法调查种群密度的误差。教师从标志重捕法计算种群密度的公式出发，剖析种群密度变化的判断依据，让学生会算会推，能够快速判断出种群密度的变化情况，并提醒学生在实验过程中，标志重捕法的确会出现很多误差情况影响调查的种群密度偏大或偏小，需要学生对其做出准确判断。

（设计意图：通过学生的模拟实验探究标志重捕法应用的注意事项和误差分析，帮助学生形成演绎和推理的科学思维和敢于实践、敢于质疑的科学探究素养。）

教学反思：

教学中的探究活动并非都是显性的且能被直接发现的，在教学中不容易直接地传授给学生的知识，可以通过探究活动，让学生自主构建。本设计中探究实验的材料均来源于生活，容易自制且科学性较强，教师应当具有发现的眼睛，善于利用身边的素材优化教学设计。教师通过设计探究实验，帮助学生在实施标志重捕法计算种群密度的过程中掌握“种群密度变化的判断”的重要考点，形成和提高思辨能力。学生在多项探究活动中，通过观察和讨论，有效地促进了情感态度和价值观的实现。这样的设计体现了学生的主体地位，提高了学生的积极性，产生了理想的课堂效果。

编辑/王    波