以朱鹮種群保護(hù)為主線的“種群的數(shù)量特征”新授課教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：以朱鹮的種群保護(hù)為主線，逐步創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境和問題，引導(dǎo)學(xué)生合作設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，模擬生物種群密度的調(diào)查，理解各個(gè)種群數(shù)量特征之間的邏輯關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生的民族自信，提升學(xué)生科學(xué)思維能力和探討生態(tài)學(xué)相關(guān)社會(huì)議題的意愿。

關(guān)鍵詞：情境教學(xué)；種群數(shù)量特征；主線

文章編號(hào)：1003-7586（2024）02-0031-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1教材分析及設(shè)計(jì)思路

為了使學(xué)生更好地理解生物學(xué)的基本概念，并建立正確的生物學(xué)觀念，教師應(yīng)當(dāng)提供充足的、具有代表性的實(shí)例來作為支撐。課堂教學(xué)實(shí)踐中，可能會(huì)出現(xiàn)教師“講一個(gè)知識(shí)點(diǎn)換一個(gè)情境”的情況，沒有“主線”的課堂教學(xué)會(huì)呈現(xiàn)凌亂和無序的狀況，難以達(dá)到理想的教學(xué)效果。“種群的數(shù)量特征”是人教版高中生物學(xué)教材（2019年版）選擇性必修2第1章第1節(jié)的內(nèi)容。根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》），學(xué)生需要構(gòu)建的次級(jí)概念有：種群密度、出生率和死亡率、遷入率和遷出率、年齡結(jié)構(gòu)、性別比例等。

中國朱鹮保護(hù)工作是全球保護(hù)生物多樣性的成功案例。本節(jié)課以朱鹮的種群保護(hù)為主線，創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生分析、模擬種群密度的調(diào)查，目的是讓學(xué)生掌握種群密度調(diào)查的方法和基本原理，并在此基礎(chǔ)上厘清種群數(shù)量特征之間的邏輯關(guān)系。

2教學(xué)目標(biāo)

基于《課程標(biāo)準(zhǔn)》與生物學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求，制訂了以下教學(xué)目標(biāo)：

（1）通過對(duì)朱鵑和朱鵑蛋的密度調(diào)查，理解種群密度的概念，掌握種群密度調(diào)查的方法和基本原理，能夠運(yùn)用辯證思維選擇合適的方法解決實(shí)際問題。

（2）通過對(duì)我國朱鹮種群保護(hù)措施的分析，說出種群的其他數(shù)量特征對(duì)種群密度的影響，增強(qiáng)民族自信，具有運(yùn)用生物學(xué)相關(guān)知識(shí)解決生態(tài)學(xué)社會(huì)議題的意愿，具備人與自然和諧發(fā)展的觀念。

3教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)社會(huì)責(zé)任感

展示朱鹮的圖片和相關(guān)資料：朱鸚（Nipponianippon）是東亞特有鳥種，曾廣泛分布于中國、日本和俄羅斯等地，被譽(yù)為中國的“秦嶺仙子”和日本皇室的“圣鳥”。1963年，它們從俄羅斯境內(nèi)銷聲匿跡；1980年，日本野外僅剩5只朱鹮。而我國自1964年以后一度再無朱鵝出現(xiàn)，直到1981年，在陜西省寶雞市姚家溝重新發(fā)現(xiàn)了朱鹛種群。

教師提問：科研人員判斷姚家溝發(fā)現(xiàn)的朱鹮屬于一個(gè)種群，依據(jù)是什么？學(xué)生回顧種群的概念。教師繼續(xù)提問：為保護(hù)朱鵑種群，可展開哪些方面的調(diào)查？本問題稍有開放性，學(xué)生進(jìn)行討論后，回答主要集中在兩個(gè)方面：①姚家溝的生態(tài)環(huán)境如何？為什么在這里會(huì)幸存朱鹮種群？②朱鹮種群的數(shù)量特征，如種群密度、年齡結(jié)構(gòu)、性別比例如何？

設(shè)計(jì)意圖：以朱鷯的保護(hù)問題引入，激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感；通過開放的問題，引出本節(jié)課的主要內(nèi)容“種群的數(shù)量特征”，讓學(xué)生明白物種的保護(hù)離不開環(huán)境的保護(hù)和生物學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。

3.2朱鶉個(gè)體的密度調(diào)查

教師展示中國和日本關(guān)于朱鵑保護(hù)的階段性成果：1934年，日本有上百只朱鹮，而到1970年只剩7只，到1980年，日本野外僅剩5只朱鹮，隨后日本政府把僅剩的野生朱鸚全部捕獲進(jìn)行人工飼養(yǎng)，結(jié)果失敗。中國從重新發(fā)現(xiàn)朱鹮種群以后，第一個(gè)十年主要采取就地保護(hù)的措施，科研人員進(jìn)行基本的觀察和監(jiān)控，朱鹮個(gè)體數(shù)量維持在20只左右；第二個(gè)十年開始，將就地保護(hù)和易地人工飼養(yǎng)繁殖相結(jié)合，1989年成功完成朱鹛的人工飼養(yǎng)和繁殖，種群平穩(wěn)增長(zhǎng)；到2018年，中國的朱鹮種群規(guī)模大幅攀升，達(dá)到了3 000只以上。教師提問：在發(fā)現(xiàn)朱鹮種群之初，科研人員是如何統(tǒng)計(jì)朱鹮的數(shù)量的？2018年，研究人員又是如何得知朱鹮的野外種群數(shù)量已經(jīng)超過3 000只？這兩種統(tǒng)計(jì)方法的使用情況如何？

資料分析過程中，學(xué)生容易理解逐個(gè)計(jì)算法適用于個(gè)體體型大、分布范圍小的種群；但是當(dāng)種群數(shù)量多，且個(gè)體活動(dòng)能力強(qiáng)、活動(dòng)范圍大時(shí)就需要采用估算法，即通過調(diào)查種群密度來估算它們的數(shù)量。學(xué)生明確了種群密度的概念，理解種群密度是種群最重要的數(shù)量特征。教師接著講授標(biāo)記重捕法的具體操作步驟，并組織學(xué)生通過小組討論，分析操作過程中可能遇到的問題。教師提示：①動(dòng)物被初次捕捉后，再次捕捉的難度是否一致？②初次捕捉與再次捕捉的間隔過短對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果有什么影響？③標(biāo)記物易脫落或者阻礙標(biāo)記動(dòng)物的正常生理活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果偏大還是偏小？由此學(xué)生理解標(biāo)記重捕法的基本原理以及應(yīng)用時(shí)的限制條件。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)比中國和日本對(duì)朱鹮保護(hù)結(jié)果的差異，激起學(xué)生的求知欲和民族自信；以同樣的任務(wù)——朱鹮種群數(shù)量的調(diào)查在不同條件下的實(shí)施，提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力；通過提示性提問和追問，啟發(fā)學(xué)生用辯證的思維方式理解標(biāo)記重捕法及其應(yīng)用的限制條件。

3.3朱鹮蛋的密度調(diào)查

教師提問：在朱鹮的繁殖季節(jié)，科研人員要對(duì)野外棲息地的朱鹮蛋進(jìn)行調(diào)查，以評(píng)估明年的朱鹮幼鳥數(shù)量。科研人員用什么方法調(diào)查朱鹮蛋的密度？教師給學(xué)生派發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)（見圖1）材料，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組討論，解決取樣調(diào)查中存在的問題。教師選取部分小組分享討論結(jié)果，最后引導(dǎo)同學(xué)們聚焦以下問題：如何確定樣方的大小和數(shù)量？如何確保取樣的隨機(jī)性？如何對(duì)樣方中的個(gè)體計(jì)數(shù)以及計(jì)數(shù)結(jié)果如何處理？

經(jīng)過生生討論、師生討論，學(xué)生初步明確了樣方法的基本原理和調(diào)查時(shí)的注意事項(xiàng)。在最后，教師進(jìn)行補(bǔ)充和總結(jié)：樣方法的適用范圍包括活動(dòng)能力弱、活動(dòng)范圍小的動(dòng)物和植物；根據(jù)調(diào)查地點(diǎn)的不同，樣方法可以分為等距取樣法、五點(diǎn)取樣法等；當(dāng)調(diào)查對(duì)象不同，樣方的大小也需要改變。

教師補(bǔ)充提問：對(duì)于夜間出沒的飛蛾、喜馬拉雅地區(qū)出現(xiàn)的雪豹的種群密度應(yīng)該用什么方法進(jìn)行調(diào)查？

學(xué)生之間的意見出現(xiàn)分歧，教師提供資料，幫助學(xué)生理解種群密度的調(diào)查方法還有很多，根據(jù)調(diào)查對(duì)象的不同特點(diǎn)，選用不同方法。飛蛾具有趨光性，一般用黑光燈誘捕法調(diào)查；雪豹屬猛獸，行蹤隱秘，不宜直接觀察或捕捉，可以用紅外相機(jī)調(diào)查技術(shù)、糞便采集和分子生物學(xué)分析的方法。

設(shè)計(jì)意圖 以朱鹮種群的繁衍和發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和自主探究；在討論和合作中明確種群密度的調(diào)查方法是多樣的，但基本原理是相通的，培養(yǎng)學(xué)生比較和歸納的科學(xué)思維。

3.4其他數(shù)量特征對(duì)種群密度的影響

教師展示中國在進(jìn)入21世紀(jì)以來朱鵑保護(hù)的做法。到1985年，日本全境只剩下佐渡島的3只朱鹮，為2只雌鳥，1只雄鳥。其中1只雌鳥體弱多病，另1只雌鳥年齡偏大；雖然雄鳥身體健壯，每年都跟2只雌鳥交配，但是雌鳥未產(chǎn)下后代。1985年日本從中國借了3只雌性朱鹮，但是仍舊沒有繁育成功，最終只剩下了那1只雄鳥。2000年中國總理訪問日本，將雌性朱鹮“美美”借予日本。7年后，日方遵循兩國協(xié)定“‘美美’生下的幼鳥由兩國平分”，向中國送回13只朱鹮，其中8只雄性，5只雌性。

分析資料后學(xué)生可以理解，種群密度反映了種群在一定時(shí)期的數(shù)量，但是僅種群密度不能反映種群數(shù)量的變化趨勢(shì)。因此有必要引入性別比例、年齡結(jié)構(gòu)等其他的種群數(shù)量特征。教師引導(dǎo)學(xué)生探討以下問題：在其他的種群數(shù)量特征中，決定種群密度變化的直接因素是什么？年齡結(jié)構(gòu)和性別比例是怎樣導(dǎo)致種群密度變化的？朱鹮種群若要持續(xù)擴(kuò)增，需要保持一個(gè)怎樣的年齡結(jié)構(gòu)？教師根據(jù)學(xué)生討論的結(jié)果，通過板書構(gòu)建種群數(shù)量特征之間的關(guān)系圖。

中國向日本借出朱鹮的行為引起學(xué)生們激烈的討論，教師幫助學(xué)生理解該行為一方面增進(jìn)了兩國之間的友誼，生物保護(hù)需要全球的共同參與，另一方面也有其生物學(xué)方面的考量。單一的朱鹮種群非常脆弱，一旦發(fā)生自然災(zāi)害或傳染病，后果是毀滅性的；孤立的種群也可能會(huì)由于近親繁殖等原因?qū)е路N群衰退，所以在就地保護(hù)和易地保護(hù)之后，中國也采取了多項(xiàng)措施來進(jìn)行朱鸚的野化放飛。

設(shè)計(jì)意圖：逐步呈現(xiàn)的情境和設(shè)置的問題，巧妙地引導(dǎo)學(xué)生從主動(dòng)關(guān)注，到理解、認(rèn)同朱鹮種群保護(hù)，學(xué)生理解種群數(shù)量特征之間的關(guān)系。中國朱鹮外借日本的問題讓課堂氛圍高漲，回顧必修2中關(guān)于“地理隔離”“種群基因庫”等問題，也讓學(xué)生對(duì)生物保護(hù)的全球合作有了新的認(rèn)識(shí)。

4教學(xué)反思

本節(jié)課以我國生物保護(hù)的成功案例為真實(shí)情境，設(shè)置一系列具有內(nèi)在聯(lián)系的問題串，有效幫助學(xué)生主動(dòng)參與到“種群數(shù)量特征”的討論、探究活動(dòng)中，提高了學(xué)生的辯證思想和科學(xué)思維。貼近生活實(shí)際的情境，能引起學(xué)生共鳴，有效地強(qiáng)化了學(xué)生的民族自信以及利用生物學(xué)知識(shí)解決生態(tài)學(xué)問題的社會(huì)責(zé)任感。