基于科學(xué)素養(yǎng)的“調(diào)查種群密度的方法”教學(xué)設(shè)計(jì)與反思

石河子大學(xué) 陳 佳 閆 潔

在生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中，科學(xué)探究是指根據(jù)具體的生物學(xué)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)生物學(xué)問(wèn)題，觀察、提問(wèn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施計(jì)劃、交流和討論結(jié)果的能力?？茖W(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)對(duì)教育科研人員和一線教師提出了新的挑戰(zhàn)。本文擬采用探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，以“調(diào)查種群密度的方法”片段為例，進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)學(xué)生活動(dòng)的相互滲透，突破教學(xué)的重難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

教材分析及設(shè)計(jì)思路：

“調(diào)查種群密度的方法”是高中生物必修三第四章第一節(jié)“種群的特征”的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容將科學(xué)方法放在突出的位置，先將描述個(gè)體的特點(diǎn)與種群進(jìn)行類(lèi)比，引出種群的概念，通過(guò)問(wèn)題情境過(guò)渡，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到種群密度是種群最基本的特征。種群密度又是如何進(jìn)行調(diào)查的？通過(guò)情境導(dǎo)入學(xué)生要研究的問(wèn)題，再由模擬實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題，整個(gè)過(guò)程環(huán)環(huán)相扣，易激發(fā)學(xué)生的興趣和熱情，最后由教師進(jìn)行方法總結(jié)，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)性知識(shí)框架。

教學(xué)方法：

采用以探究實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)策略，輔之以講授法、問(wèn)答法、多媒體教學(xué)等方法進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)個(gè)體特征與種群特征的對(duì)比導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，再介紹種群概念由學(xué)生已知推未知，能夠自主地描述一個(gè)種群。教授重難點(diǎn)知識(shí)種群密度的調(diào)查方法時(shí)，由于種群密度的調(diào)查方法較抽象且易混淆，在呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的形式上采取繪制抽樣圖和表格的形式便于區(qū)別和理解，再通過(guò)學(xué)生活動(dòng)模擬標(biāo)志重捕法調(diào)查種群密度并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果自主進(jìn)行種群密度變化的誤差分析。讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐、自主探究、合作交流中形成知識(shí)模型，幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握知識(shí)內(nèi)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(shí)驗(yàn)的紙箱、便于標(biāo)記和混勻的空白立方體紙團(tuán)、記號(hào)筆、直尺等。

教學(xué)過(guò)程：

1.類(lèi)比導(dǎo)入。

教師通過(guò)復(fù)習(xí)前面學(xué)習(xí)的生物個(gè)體的特征引導(dǎo)學(xué)生思考群體是否也具備這些特征，由此導(dǎo)入最小的群體——種群的概念，并說(shuō)明種群并不具備個(gè)體的這些特征，可見(jiàn)種群不是個(gè)體簡(jiǎn)單的累加，種群具有自身的特征。

（設(shè)計(jì)意圖：將新概念與前概念相類(lèi)比，幫助學(xué)生在辨析個(gè)體與種群的特征的同時(shí)，深化對(duì)生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次的理解，形成群體大于累加個(gè)體的社會(huì)責(zé)任。）

2.種群的概念辨析。

種群的概念具有內(nèi)涵和外延，教師通過(guò)剖析種群概念中的三個(gè)關(guān)鍵詞（同一空間、同一物種、所有個(gè)體），兩個(gè)要點(diǎn)（一定空間內(nèi)，同種生物與外界的個(gè)體隔離，同種生物個(gè)體之間相互聯(lián)系）幫助學(xué)生理解并記憶。（出示圖片）請(qǐng)學(xué)生描述池塘中的種群，對(duì)種群的概念進(jìn)行鞏固，最后再通過(guò)典型例題（下列哪個(gè)不屬于種群：一片草地上的全部蛇；我國(guó)長(zhǎng)江流域的全部白鰭豚；一個(gè)蜂巢中所有的蜂）的判斷，對(duì)種群的概念進(jìn)行應(yīng)用。

（設(shè)計(jì)意圖：將種群的概念進(jìn)行剖析，分解其概念的內(nèi)涵，幫助學(xué)生內(nèi)化。學(xué)生最容易出錯(cuò)的地方在于忽視同一物種的概念要點(diǎn)，用池塘中的群落為例，是為了糾正學(xué)生將其描述為池塘中的所有魚(yú)類(lèi)。將一片草地上的全部蛇作為錯(cuò)誤選項(xiàng)，也是為了幫助學(xué)生強(qiáng)化同一物種的概念要點(diǎn)。）

3.調(diào)查種群密度的方法探究。

在了解種群概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究種群的特征。通過(guò)情境導(dǎo)入發(fā)現(xiàn)，與個(gè)體相比，種群最突出的特征是它的數(shù)量特征，而種群密度是種群最基本的數(shù)量特征，由此引入種群密度的概念及種群密度的調(diào)查方法。

通過(guò)展示草地上七零八落的蘑菇種群圖，誘使學(xué)生說(shuō)出所數(shù)種群個(gè)體數(shù)，并介紹這種方法就是逐個(gè)計(jì)數(shù)法。再展示草地上密密麻麻的蒲公英種群圖，引導(dǎo)學(xué)生用逐個(gè)計(jì)數(shù)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(yōu)勢(shì)和其中五點(diǎn)取樣法、等距法的使用方法，再創(chuàng)設(shè)練習(xí)情境，將草地上的各種植物用A4上的各種圖形來(lái)表示，請(qǐng)學(xué)生調(diào)查A4紙上以圓環(huán)表示的植物的種群密度，鞏固樣方法的使用及估算方法。

模擬草地植物群落圖

展示草原上較為密集的綿羊種群圖，詢問(wèn)學(xué)生能否用樣方法來(lái)計(jì)算該種群的種群密度，學(xué)生剛剛學(xué)過(guò)樣方法，有的學(xué)生很容易對(duì)密集的種群定性采用樣方法，也有學(xué)生會(huì)注意到樣方法的使用優(yōu)勢(shì)是用于不運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)能力較弱的種群。基于此，教師需要再次強(qiáng)調(diào)樣方法的使用對(duì)象，并以運(yùn)動(dòng)性較強(qiáng)、活動(dòng)范圍較大的生物與之類(lèi)比，引出標(biāo)志重捕法估算種群密度的優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)動(dòng)畫(huà)直觀地介紹用標(biāo)志重捕法估算草原上的綿羊種群密度的實(shí)施步驟，教師需要跟隨動(dòng)畫(huà)進(jìn)行講解（如為什么要隨機(jī)地先捕獲一部分，為什么將有標(biāo)記的個(gè)體放回草原后要過(guò)一段時(shí)間再捕獲，為什么第二次捕獲的綿羊個(gè)體數(shù)和其中的標(biāo)記個(gè)體數(shù)可以作為計(jì)算整個(gè)綿羊種群種群密度的小樣本），幫助學(xué)生理解標(biāo)志重捕法每一步實(shí)施的意義及用標(biāo)志重捕法計(jì)算種群密度的原理。

在學(xué)生內(nèi)化了調(diào)查種群密度的方法后，通過(guò)設(shè)置學(xué)生活動(dòng)——調(diào)查池塘中草魚(yú)的種群密度，進(jìn)行探究性模擬實(shí)驗(yàn)，用具有一定體積的紙箱子來(lái)模擬池塘，用便于標(biāo)記的空白紙團(tuán)來(lái)模擬草魚(yú)，并準(zhǔn)備記號(hào)筆、尺子等實(shí)驗(yàn)工具，每組實(shí)驗(yàn)請(qǐng)兩位學(xué)生進(jìn)行演示，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中兩位學(xué)生得到的數(shù)據(jù)記錄于黑板上教師繪制好的表格中，臺(tái)下各小組通過(guò)此數(shù)據(jù)計(jì)算各組實(shí)驗(yàn)得到的種群密度。

實(shí)驗(yàn)一：無(wú)要求。實(shí)驗(yàn)過(guò)程為學(xué)生A用手模擬捕撈網(wǎng)，第一次進(jìn)行捕撈，學(xué)生B記錄第一次捕撈的數(shù)量，并一起給捕獲的個(gè)體進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記之后放回紙箱子混勻。學(xué)生A再捕撈一次，學(xué)生B記錄第二次捕撈的數(shù)量和其中已標(biāo)志的個(gè)體數(shù)，請(qǐng)學(xué)生一起計(jì)算理想狀態(tài)下草魚(yú)種群的種群密度。

實(shí)驗(yàn)二：要求將放回紙箱的標(biāo)記紙團(tuán)取出部分，去除標(biāo)記后再放回紙箱混勻，以模擬標(biāo)志物脫落的草魚(yú)。其余步驟與實(shí)驗(yàn)一相同，請(qǐng)學(xué)生一起計(jì)算標(biāo)志物脫落后的草魚(yú)種群的種群密度，看看會(huì)發(fā)生什么變化。

實(shí)驗(yàn)三：要求將放回紙箱的標(biāo)記紙團(tuán)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(yú)。其余步驟與實(shí)驗(yàn)一相同，請(qǐng)學(xué)生一起計(jì)算因自然死亡、遷出或被捕食者吃掉其中個(gè)體的草魚(yú)種群的種群密度，看看會(huì)發(fā)生什么變化。

實(shí)驗(yàn)四：要求將放回紙箱的標(biāo)記紙團(tuán)不混勻，以模擬未分布均勻被急于捕獲的草魚(yú)種群。其余步驟與實(shí)驗(yàn)一相同，請(qǐng)學(xué)生一起計(jì)算未完全分散開(kāi)被急于捕獲的草魚(yú)種群的種群密度，看看會(huì)發(fā)生什么變化。

根據(jù)4組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的種群密度，小組交流種群密度在個(gè)體標(biāo)志物脫落、自然死亡、遷出、被捕食者吃掉或未分布均勻時(shí)的變化情況，并談?wù)勅绾畏治鲇脴?biāo)志重捕法調(diào)查種群密度的誤差。教師從標(biāo)志重捕法計(jì)算種群密度的公式出發(fā)，剖析種群密度變化的判斷依據(jù)，讓學(xué)生會(huì)算會(huì)推，能夠快速判斷出種群密度的變化情況，并提醒學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，標(biāo)志重捕法的確會(huì)出現(xiàn)很多誤差情況影響調(diào)查的種群密度偏大或偏小，需要學(xué)生對(duì)其做出準(zhǔn)確判斷。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)學(xué)生的模擬實(shí)驗(yàn)探究標(biāo)志重捕法應(yīng)用的注意事項(xiàng)和誤差分析，幫助學(xué)生形成演繹和推理的科學(xué)思維和敢于實(shí)踐、敢于質(zhì)疑的科學(xué)探究素養(yǎng)。）

教學(xué)反思：

教學(xué)中的探究活動(dòng)并非都是顯性的且能被直接發(fā)現(xiàn)的，在教學(xué)中不容易直接地傳授給學(xué)生的知識(shí)，可以通過(guò)探究活動(dòng)，讓學(xué)生自主構(gòu)建。本設(shè)計(jì)中探究實(shí)驗(yàn)的材料均來(lái)源于生活，容易自制且科學(xué)性較強(qiáng)，教師應(yīng)當(dāng)具有發(fā)現(xiàn)的眼睛，善于利用身邊的素材優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。教師通過(guò)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生在實(shí)施標(biāo)志重捕法計(jì)算種群密度的過(guò)程中掌握“種群密度變化的判斷”的重要考點(diǎn)，形成和提高思辨能力。學(xué)生在多項(xiàng)探究活動(dòng)中，通過(guò)觀察和討論，有效地促進(jìn)了情感態(tài)度和價(jià)值觀的實(shí)現(xiàn)。這樣的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，提高了學(xué)生的積極性，產(chǎn)生了理想的課堂效果。