基于科學素養的“調查種群密度的方法”教學設計與反思

陳佳 閆潔

在生物學學科核心素養中，科學探究是指根據具體的生物學現象，發現生物學問題，觀察、提問、設計實驗、實施計劃、交流和討論結果的能力?？茖W探究素養的培養對教育科研人員和一線教師提出了新的挑戰。本文擬采用探究實驗的教學方法，以“調查種群密度的方法”片段為例，進行課堂教學設計，通過學生活動的相互滲透，突破教學的重難點，培養學生的科學探究能力。

教材分析及設計思路：

“調查種群密度的方法”是高中生物必修三第四章第一節“種群的特征”的內容。本節內容將科學方法放在突出的位置，先將描述個體的特點與種群進行類比，引出種群的概念，通過問題情境過渡，使學生認識到種群密度是種群最基本的特征。種群密度又是如何進行調查的？通過情境導入學生要研究的問題，再由模擬實驗解決問題，整個過程環環相扣，易激發學生的興趣和熱情，最后由教師進行方法總結，幫助學生形成系統性知識框架。

教學方法：

采用以探究實驗為主的教學策略，輔之以講授法、問答法、多媒體教學等方法進行教學。通過個體特征與種群特征的對比導入，激發學生學習興趣，再介紹種群概念由學生已知推未知，能夠自主地描述一個種群。教授重難點知識種群密度的調查方法時，由于種群密度的調查方法較抽象且易混淆，在呈現教學內容的形式上采取繪制抽樣圖和表格的形式便于區別和理解，再通過學生活動模擬標志重捕法調查種群密度并對實驗結果自主進行種群密度變化的誤差分析。讓學生在動手實踐、自主探究、合作交流中形成知識模型，幫助學生系統掌握知識內容。

教具：

以各種圖形代表草原上植物種群的A4紙，用于模擬實驗的紙箱、便于標記和混勻的空白立方體紙團、記號筆、直尺等。

教學過程：

1.類比導入。

教師通過復習前面學習的生物個體的特征引導學生思考群體是否也具備這些特征，由此導入最小的群體——種群的概念，并說明種群并不具備個體的這些特征，可見種群不是個體簡單的累加，種群具有自身的特征。

（設計意圖：將新概念與前概念相類比，幫助學生在辨析個體與種群的特征的同時，深化對生命系統的結構層次的理解，形成群體大于累加個體的社會責任。）

2.種群的概念辨析。

種群的概念具有內涵和外延，教師通過剖析種群概念中的三個關鍵詞（同一空間、同一物種、所有個體），兩個要點（一定空間內，同種生物與外界的個體隔離，同種生物個體之間相互聯系）幫助學生理解并記憶。（出示圖片）請學生描述池塘中的種群，對種群的概念進行鞏固，最后再通過典型例題（下列哪個不屬于種群：一片草地上的全部蛇;我國長江流域的全部白鰭豚;一個蜂巢中所有的蜂）的判斷，對種群的概念進行應用。

（設計意圖：將種群的概念進行剖析，分解其概念的內涵，幫助學生內化。學生最容易出錯的地方在于忽視同一物種的概念要點，用池塘中的群落為例，是為了糾正學生將其描述為池塘中的所有魚類。將一片草地上的全部蛇作為錯誤選項，也是為了幫助學生強化同一物種的概念要點。）

3.調查種群密度的方法探究。

在了解種群概念的基礎上，進一步探究種群的特征。通過情境導入發現，與個體相比，種群最突出的特征是它的數量特征，而種群密度是種群最基本的數量特征，由此引入種群密度的概念及種群密度的調查方法。

通過展示草地上七零八落的蘑菇種群圖，誘使學生說出所數種群個體數，并介紹這種方法就是逐個計數法。再展示草地上密密麻麻的蒲公英種群圖，引導學生用逐個計數法似乎有些困難，并思考是否有更好的方法，基于此，介紹樣方法的優勢和其中五點取樣法、等距法的使用方法，再創設練習情境，將草地上的各種植物用A4上的各種圖形來表示，請學生調查A4紙上以圓環表示的植物的種群密度，鞏固樣方法的使用及估算方法。

展示草原上較為密集的綿羊種群圖，詢問學生能否用樣方法來計算該種群的種群密度，學生剛剛學過樣方法，有的學生很容易對密集的種群定性采用樣方法，也有學生會注意到樣方法的使用優勢是用于不運動或運動能力較弱的種群?；诖?，教師需要再次強調樣方法的使用對象，并以運動性較強、活動范圍較大的生物與之類比，引出標志重捕法估算種群密度的優勢。

通過動畫直觀地介紹用標志重捕法估算草原上的綿羊種群密度的實施步驟，教師需要跟隨動畫進行講解（如為什么要隨機地先捕獲一部分，為什么將有標記的個體放回草原后要過一段時間再捕獲，為什么第二次捕獲的綿羊個體數和其中的標記個體數可以作為計算整個綿羊種群種群密度的小樣本），幫助學生理解標志重捕法每一步實施的意義及用標志重捕法計算種群密度的原理。

在學生內化了調查種群密度的方法后，通過設置學生活動——調查池塘中草魚的種群密度，進行探究性模擬實驗，用具有一定體積的紙箱子來模擬池塘，用便于標記的空白紙團來模擬草魚，并準備記號筆、尺子等實驗工具，每組實驗請兩位學生進行演示，將實驗過程中兩位學生得到的數據記錄于黑板上教師繪制好的表格中，臺下各小組通過此數據計算各組實驗得到的種群密度。

實驗一：無要求。實驗過程為學生A用手模擬捕撈網，第一次進行捕撈，學生B記錄第一次捕撈的數量，并一起給捕獲的個體進行標記，標記之后放回紙箱子混勻。學生A再捕撈一次，學生B記錄第二次捕撈的數量和其中已標志的個體數，請學生一起計算理想狀態下草魚種群的種群密度。

實驗二：要求將放回紙箱的標記紙團取出部分，去除標記后再放回紙箱混勻，以模擬標志物脫落的草魚。其余步驟與實驗一相同，請學生一起計算標志物脫落后的草魚種群的種群密度，看看會發生什么變化。

實驗三：要求將放回紙箱的標記紙團取出部分并不再放回，以模擬因自然死亡、遷出或被捕食者吃掉的草魚。其余步驟與實驗一相同，請學生一起計算因自然死亡、遷出或被捕食者吃掉其中個體的草魚種群的種群密度，看看會發生什么變化。

實驗四：要求將放回紙箱的標記紙團不混勻，以模擬未分布均勻被急于捕獲的草魚種群。其余步驟與實驗一相同，請學生一起計算未完全分散開被急于捕獲的草魚種群的種群密度，看看會發生什么變化。

根據4組實驗數據得到的種群密度，小組交流種群密度在個體標志物脫落、自然死亡、遷出、被捕食者吃掉或未分布均勻時的變化情況，并談談如何分析用標志重捕法調查種群密度的誤差。教師從標志重捕法計算種群密度的公式出發，剖析種群密度變化的判斷依據，讓學生會算會推，能夠快速判斷出種群密度的變化情況，并提醒學生在實驗過程中，標志重捕法的確會出現很多誤差情況影響調查的種群密度偏大或偏小，需要學生對其做出準確判斷。

（設計意圖：通過學生的模擬實驗探究標志重捕法應用的注意事項和誤差分析，幫助學生形成演繹和推理的科學思維和敢于實踐、敢于質疑的科學探究素養。）

教學反思：

教學中的探究活動并非都是顯性的且能被直接發現的，在教學中不容易直接地傳授給學生的知識，可以通過探究活動，讓學生自主構建。本設計中探究實驗的材料均來源于生活，容易自制且科學性較強，教師應當具有發現的眼睛，善于利用身邊的素材優化教學設計。教師通過設計探究實驗，幫助學生在實施標志重捕法計算種群密度的過程中掌握“種群密度變化的判斷”的重要考點，形成和提高思辨能力。學生在多項探究活動中，通過觀察和討論，有效地促進了情感態度和價值觀的實現。這樣的設計體現了學生的主體地位，提高了學生的積極性，產生了理想的課堂效果。

■ 編輯/王? ? 波