“探究如何調查種群密度”的教學設計

朱慧娟

(江蘇省南京市雨花臺中學 210012)

1 教材分析與設計思路

本節課是蘇教版高中生物學教材《穩態與環境》第3章第1節的內容之一，將開始在群體水平上探討生命系統的組成、結構和發展規律。教材介紹了種群的5個數量特征和種群密度的調查方法。其中樣方的選擇和確定是教學的難點，要求學生不僅知道五點取樣法的具體操作和計數方法，還要理解為什么這種取樣方法比較合理。在本節內容的教學設計上，筆者打破常規，將種群密度作為單獨一節課進行教學設計，沒有涉及到種群密度外的其他數量特征的學習，以留足時間讓學生探究，自己摸索種群密度的調查方法，注重學生能力的培養，突出探究的過程。教學中嘗試將樣方法和標志重捕法轉化為探究的素材，領悟估算種群密度的思路和方法，提高學生的自主探究能力，培養學生的生物科學素養。

2 教學目標

2.1 知識目標 明確種群的概念，探索種群密度的調查方法。

2.2 能力目標 嘗試運用樣方法和標志重捕法調查種群密度，領悟科學探究的過程和方法。

2.3 情感態度和價值觀目標 認同合作在科學探究中的重要性，體會知識在實踐中合理運用的意義。

3 教學過程

3.1 如何引出種群概念 創設情境，視頻展示生活在非洲某大草原上的各種生物，引發學生的興趣。教師指出：自然界中的任何生物個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。請學生總結種群概念，找出其中的關鍵詞,再讓學生舉例這個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種群，深化學生對種群概念的理解。

設計意圖：借助震撼的視頻，引發學生學習興趣，激發探究的欲望，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數量，更科學的參數是種群密度，從而引出種群密度的概念。

設計意圖：利用直觀的圖片對比，理解種群密度的特點，歸納種群密度的概念。

3.3 如何進行種群密度的調查 這部分是本節課的難點。通過提供素材，讓學生從探究中得出結論的教學方法突破難點。

3.3.1 植物種群密度的調查方法 如何調查某一植物種群的密度呢？用校園內的種群來激發學生的探究熱情。投影校園內某一草地的照片，提問：如何得出草地中蒲公英的數量？學生很快逐個數出來。再投影另一面積很大的草場，學生表示無法逐個數出草地中蒲公英的數量。引出常用的計數方法——估算法。

提供探究素材一，讓學生探究。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，請估算出這張紙上的蒲公英數量，進而估算種群密度。

圖1 模擬草地

學生分組活動：每組提出研究方法，其他組進行評價。各組的方法如下：①組1：每人承包一個區域，逐個計數。反對者提出如果草地面積很大，無法逐個數，這種方法沒有實用性和推廣性。②組2：取前五行，數出三角形數目，再按一共多少行推算總值。反對者提出草不一定是一行行有規律生長的。③組3：隨意取一定的面積，數其中三角形數目，再按比例算。反對者提出隨意取不行，可能該區域含三角形數目太多，也可能含三角形特別少，取一個面積估算不具有代表性。④組4：拿個呼啦圈，閉上眼睛，站在草地中間，轉圈后將呼啦圈扔出去，然后數呼啦圈里三角形數目數出來，重復多次實驗算平均值，就可以推算整個草地蒲公英的種群密度。

教師進行點評與鼓勵，指出2、3、4組提到的共同點就是取樣。取樣必須做到隨機性，另外要取多個樣方以減少誤差，第4組學生細心地考慮到了這些，可以嘗試按其取樣方法進行估算，與實際值相比較。

教師再適時向大家推薦一種常用的取樣方法：五點取樣法。簡介五點取樣的具體操作，請學生選取草本植物的合適樣方，學生考慮樣方大小可以為1 m2。再讓學生分組，按一定比例在紙上操作，組4的學生按照自己的取樣法進行，這樣兩種取樣法的結果可進行比較。學生取好樣方后，開始計數，有學生會提出壓線個體該不該算？教師引導學生自己去討論，學生討論后會得出壓線的個體不能四個邊全算，否則計總數時相鄰邊上的數字被重復計算，可以算兩個邊上的個體數量。教師總結壓線個體計數原則：一般計相鄰兩邊及夾角的個體數。隨后學生計數，算平均值，得出結論后分小組匯報。最后與真正的值(教師提前算好)進行比較。

匯總如表1。

表1 班級各小組五點取樣法估算種群密度記錄表

引導學生思考：①為什么各小組之間的估算值有差異?②為什么估算值與實際值有差異？③怎樣減少誤差？④前3組用的五點取樣法，與第4組得到的數據差異大嗎？⑤如果是調查高大喬木或者灌木，你覺得1 m2的樣方還合適嗎？啟發學生用發展和變化的眼光解決問題。

設計意圖：給出一個模擬草地，讓學生在探究中產生問題，并想辦法去解決，當自己的思路受到限制，可以受其他小組的啟發，最終找出方法來進行植物種群密度的測定。學生不僅領會到探究活動的關鍵思路，更深刻體會到科學家縝密的科學思維和嚴謹的科學探究態度。

3.3.2 動物種群密度的調查方法 播放學校附近花神湖照片，請學生思考如何去調查湖內鯽魚的數量。學生討論將魚全部撈上來后再數不合實際，而樣方法也不適用魚類等活動能力大的生物。

教師適時給出探究素材二：每組一杯黃豆模擬花神湖中的鯽魚種群(所有組模擬同一個種群)，請學生想辦法估算黃豆總數。各組的方法如下：①小組1：稱黃豆總質量再除以每粒黃豆的質量。反對者提出魚塘中魚的總質量不可能知道，每條鯽魚質量也不可能都相同。②小組2：抓一把黃豆出來，做標記，放回去混勻，然后再抓一把，看標記黃豆所占比例，按比例去計算。學生一致認為小組2的思路是正確的，但實驗操作表述不夠準確，各小組根據小組2的思路，寫出實驗設計過程。然后小組之間進行比較，取長補短，并進行優化，最后教師總結出大家優化后的方案，按此方案實施實驗，并設計記錄表格(表2)。有了這些數據，如何估算原始黃豆數？設一開始的那杯黃豆總數為N，第一次抓取并標記的黃豆數目為n，第二次抓的黃豆為M，其中標記數為m。則n/N=m/M，算出N的數量。

表2 班級各小組模擬標志重捕法數據記錄表

各組實施實驗，可用黑豆代表被標記的黃豆，并填寫表2。最后算出結果，與真實結果(可提前數出來)進行比較。教師總結：這種方法稱為標志重捕法。其步驟為：捕捉→標記→放回混勻→重捕→計算。引導學生思考：對黃豆操作的各步驟分別模擬的是標記重捕法中的哪步？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？

繼續探究：如果實驗過程中標記的個體死亡、實驗過程中標記物脫落或標記物過分醒目導致被天敵發現，實驗結果會如何？讓學生認識到計算公式成立的前提是標記個體與未標記個體在重捕時被捕獲的概率相同，還要讓學生從情感上認識到做種群調查不能讓動物本身受到傷害。

設計意圖：利用逆向思維，從學生容易理解的問題出發，引導學生去推理黃豆數后，再得出標志重捕法的概念，符合中學生的思維規律。

4 教學反思

本節課將種群密度的探究方法作為重點，突出學生探究的過程。將教材直觀的介紹性內容轉化為探究素材，模擬調查種群密度的探索歷程，引領學生層層深入思考，領悟科學探究的方法和過程，認同科學結論的獲得必須基于實驗。同時，使學生理解模擬實驗最終的目的是為了運用于現實。

在“模擬樣方法”實驗的教學中，通過相關樣地的分析，引導學生思考并從中找出解決方案。再以問題為學習的“腳手架”，鼓勵學生一步步推理出取樣法的大致過程以及合理的實驗操作。在此過程中，學生體會了科學探究的艱辛與快樂，探究能力得到了提高，科學思維品質得到了培養。但在探究實驗中，要注意小組成員之間必須有明確分工，要確保每個同學都有操作，每個組員都通過探究引發思考或產生疑問，進而引發更深層次的探究。