第第1章 种群及其动态
第1节 种群的数量特征教案
【教学设计的基本理念】
针对教学目标及学生特点，在课堂教学中通过问题探讨，创设情境并围绕“种群有哪些数量特征”展开思考讨论活动，通过资料分析引导学生建构“种群数量特征的相关关系”，归纳概括种群数量的发展规律，发展学生的科学思维。通过安排“标记重捕法的模拟试验”的探究活动，引导学生理解标志重捕法的关系，提高学生的动手实践能力，培养团队合作精神。
【教材分析】
本节课为人教新课标版生物选择性必修二《生物与环境》第1章第1节内容，从本节课开始学生将在群体水平上探讨生命系统的组成、结构和发展变化规律。教材着重介绍了种群的5个数量特征和种群密度的调查方法，其中样方的选择和确定是本节课的难点。学好本节课不仅为后面探讨种群数量的变化做好铺垫，也为学习群落和生态系统打下基础。
【学情分析】
学生在必修1生命系统的结构层次部分对种群已经有了一个大致的了解，从能力的方面说，此时的学生已经具备相对较强的探究、分析、解决问题的能力，具有一定的生物科学素养。从知识方面说，高二的学生已经具有与数学建模相关的数学知识储备，学生已经可以理解种群数量变化。所以，这堂课的学习，是在教师的引导下，学生将种群数量变化的生物学问题归结成数学问题，进而应用建模成果去解决身边的环境问题。而且在平时的生活学习中已经接触到了有关计划生育、物种保护等内容，迫切地想了解进一步的知识，想用专业的科学的知识来解决有关问题，可以此为切入点充分激发学生的求知欲，能取得较好的效果
【 教学目标】
生命观念：通过资料分析，思考讨论，列举种群的数量特征，并说明他们之间的关系，形成稳态与平衡观。
科学思维：通过模拟实验和情境探究，能够分析出调查种群密度的主要方法，并能够独立的运用样方法和标记重捕法调查种群密度，培养学生的科学思维和实践能力。
科学探究:通过样方法和标记重捕法的比较，培养归纳、比较等分析问题的能力。通过种群密度调查方法的实验设计和分析，培养科学探究。
社会责任;通过对我国现有人口普查数据分析，说明我国政府采取多种措施的意义。
【教学过程】
【本节聚焦】
1.怎样估算种群密度？如何提高估算的准确性？
2.种群的数量特征有哪些？
3.如何根据种群的特征预测其未来的发展趋势？
（一）新课导入
教师：选择性必修2不再是研究生物个体的生命活动，而是研究个体以群体形式存在时的特征及其数量变化，研究不同生物种群之间的关系，生物与环境相互作用形成的统一整体及其功能，最后是人在保护环境方面能做哪些贡献。生物与环境就是生态学的研究范畴。
教师引导学生阅读问题探讨，思考问题1和2。
【导入】问题探讨：2015年，我国科学家基于长期的野外观测宣布：在我国东北长白山脉北部地区，共监测到东北豹42只，其中，幼体2只，雄性和雌性的成体分别为21只和17只，未能判断性别的成体2只。讨论：
1.调查东北豹的种群数量对于保护它们有什么意义？
答：弄清东北豹的数量现状，才能有针对性地采取有效的保护措施。
2.调查东北豹种群中雌雄个体的数目对于预测该种群的发展趋势有什么意义？
答：东北豹种群中雌雄个体的比例影响种群的出生率，从而影响种群数量的变化。
【任务一】：种群的概念
1、种群
（1）概念：在一定的空间范围内，同种生物的全部个体叫作种群，如一片草地上的所有蒲公英。
（2）两个要素：“同种”和“全部”。“同种”即同一物种，“全部”即全部个体 包括（幼年、老年、成年)。
（3）两个条件：“时间”和“空间”。种群具有一定的时间和空间限制，离开一定的时间和空间的种群是不存在的。
（4）两个基本单位：种群既是生物繁殖的基本单位，又是生物进化的基本单位。
（5）辨别下列哪个是种群：
一片农田中所有的水稻、一个池塘中所有的鲫鱼、一片草地上所有的蝗虫（是）
一个农民种的全部水稻、一个池塘中所有的鱼、一片森林中所有的蛇、一片草地上所有的雌兔、一片森林中所有的乔木。（不是）
（6）物种与种群的区别
①个体是种群的基本组成单位。种群是物种的存在形式，是物种在自然界存在的基本单位。种群：生活在一定的自然区域内的同种生物的全部个体。
②同一物种可以形成许多个种群，物种无地域界限，种群有。物种：能够在自然状态下相互交配，并且产生可育后代的一群生物。
下面，我们一起来了解种群的数量特征有哪些？
【任务二】：种群密度
1.种群密度
（1）概念:种群在单位面积或单位体积中的个体数。
（2）种群密度是种群最基本的数量特征。
【问题】
1.根据种群密度的概念判断，“一块麦田中所有的蝗虫”是对种群密度的描述吗？为什么？
不是。因为种群密度的概念强调的是“在单位面积或单位体积中种群的个体数”。
2.是不是种群数量多，种群密度就大？
不是；因为种群密度强调的是单位面积或单位体积中的个体数。
教师：要想研究怎样保护濒危动物以及怎样防治有害生物，就必须研究清楚这些生物种群的数量特征以及种群的变化规律。
2.研究种群密度的意义：
①濒危动物保护
②害虫的防治
③生物资源的合理利用和保护
同学们已经知道种群密度的含义，那么种群密度是如何测量的呢？
3.种群密度的调查方法
（1）逐个计数法——适用范围：在调查分布范围较小、个体较大的种群的种群时可以逐个计数（最准确），如调查某山坡上的珙桐(湖北神农架的国家一级保护植物)密度；
在多数情况下，逐个计数非常困难，需要采取什么方法呢？
（2）估算法
①黑光灯诱捕法——适用范围:有 趋光性 的昆虫。原理: 黑光灯是一种发射人眼看不见的、波长在365 nm左右的紫外线的电光源。黑光灯具有很强的诱虫作用，是杀虫用灯的理想光源。
【任务三】：利用样方法调查植物的种群密度
②样方法
【问题】样方法的步骤是什么？
在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方的个体数求得每个样方的种群密，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估算值。
【问题】适用范围是什么？
适用范围：调查植物，及活动能力弱、活动范围小的动物。如昆虫卵、蚜虫、跳蝻。
实验：调查草地中某种双子叶植物的种群密度
【问题】如何设计调查程序
1、确定调查对象
单子叶草本植物常常是丛生或蔓生的，从地上部分难以辨别是一株还是多株；而双子叶草本植物的个体数目则易于辨别。单子叶植物的叶片一般呈条形或披针形，叶脉一般是平行脉；双子叶植物的叶脉一般是网状脉。你可以调查同一块地中不同双子叶植物的种群密度，也可以调查不同地块中一种或几种双子叶植物的种群密度。通过小组讨论，确定要探究的问题如：调查草地中某种双子叶植物的种群密度。
2.制订计划：
⑴结合自己的生活经验，想一想什么地方适合做这样的调查。确定调查地点和范围。
⑵确定调查时间。
⑶讨论需要携带哪些材料用具，列出清单。
⑷讨论确定小组成员之间的分工。
3.实施计划：
⑴准备：来到调查地点后，先观察地形，分析有无安全隐患，提出安全注意事项。
⑵确定调查对象：观察地段中有哪些双子叶植物，记录下名称。确定要调查的种群。
⑶选取样方 讨论确定样方的多少、大小、取样方法。
【问题】：样方大小多少合适？
样方大小：根据被调查生物的种类和分布情况确定。乔木：100m2、灌木：16 m2、草本：1m2
【问题】：如果所调查物种个体较大，样方大小应该怎样设置？
如果所调查物种个体较大，样方面积应该适当扩大:
【问题】：如果调查物种数目比较稀疏，样方大小应该怎样设置？
如果调查物种数目比较稀疏，样方面积也应该适当扩大。
【问题】样方数量多少合适？
样方数目：根据调查地段的大小确定，地段面积越大，选取的样方数目越多。样方的数量太少，其统计结果的误差可能就较大。一般不少于5个，一般而言，样方越多，其统计结果越接近真实情况。但是，样方数量太多，整体取样花费的时间、精力就越多。从统计学上看，一定数量的样方即可以保证统计结果的真实性。样方的数量：样方的多少与被调查地段的总面积呈正相关；一般来说，选取的样方越少，误差越大；选取的样方越多，求得的种群密度越接近实际情况。
【问题】常见取样方法：五点取样法、等距取样法
取样方法：根据取样地的形状确定，分为五点取样法（适用于正方形或不规则地块）和等距取样法（适用于长方形或长条形地块），每个小样方的形状可以是正方形、圆形、长方形等。调查总体为非长条形时，选择五点取样法，调查总体为长条形时，选择等距取样法
【问题】：取样的关键是什么？
取样的关键是：随机取样，不能掺入主观因素。
【问题】：怎么科学计数每个样方的数量？样方边线上的点，应当怎么计数？计数原则：样方内＋相邻两边(计上不计下，计左不计右)及顶角上的.
（4）观察调查对象的分布状况和地段的形状，根据观察结果。计数每个样方内所调查植物的数量，做好记录。
⑸计算种群密度。先求各样方内的种群密度，然后再求所有样方种群密度的平均值。
（6）得出结论：分析调查结果，得出结论。将结论写在记录本上。
播放视频——调查草地中某种双子叶植物的种群密度
【问题】若想知道我国内蒙古大草原上活动能力强，活动范围大的动物某羊群的种群密度，还能用样方法吗？如果不能那用什么方法呢？阅读课本P3并思考：什么是标记重捕法？适用范围？标记重捕法的方法步骤。
③标记重捕法
应用：活动范围大、活动能力强的动物
方法：在被调查种群的活动范围内，抽获一部分个体，做上标记后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总体数的比例，来估算种群密度。
计算公式（种群数量）：初次捕获并标记的个体数（M）／个体总数（N）＝重捕到的标记个体数（m）／重捕到的个体总数（n），即N=（M×n）／m
种群密度＝种群数量／样方面积
注意事项：
①标志物不能过分醒目；
②标志物和标志方法不能影响标志对象正常的生理活动；
③标志物不易脱落；
④标志个体与未标志个体混合均匀后再重捕，保证在重捕时被捕的概率相等；
⑤没有新的个体出生和死亡，没有迁入和迁出。
误差分析：主要取决于重捕中标记个体数（m）偏大或偏小
N=（M×n）／m
m值变大导致N偏小：
如标记物影响了动物的活动能力，或标记物过于明显，使其第二次捕捉时更易被捕到。
m值变小导致N偏大：
I.标记物使动物受惊吓，从而不易被捕到。
Ⅱ.标记物影响动物的活动能力，使其更易被天敌捕食而减少。
Ⅱ.标记物易脱落，从而导致m值变小。
IV.调查期间被标记的动物放回后部分死亡。
学生分析结果，老师点评。
①若被标记个体变得更难被调查者捕捉，则估算值偏大；
②若被标记个体易被天敌捕食，则估算值偏大 ；
③若被标记个体的标记脱落，则估算值偏 大 ；
④若因个体间相互接触，未被标记的个体也沾上了标记颜料，则估算值偏小；
⑤如果标记的个体因标记过于醒目，易被调查者发现，则估算值偏小；
⑥在被标记个体密集处捕获会导致估算值偏小 。
【问题】我们可以通过“三看法”选择适合的种群密度调查方法，请阅读教程P6，总结调查种群密度的方法还有哪些？
4、调查种群数量的其他方法（课本P6)
航拍法、红外触发相机、分析粪便、标记声音等
学生整理笔记。
【过渡】种群密度是种群最基本的数量特征。种群密度只能反映种群在一定时期的数量，不能反映种群数量的变化趋势，要想知道种群数量的消长，还要研究其他数量特征。 哪些因素可能会影响种群的数量呢？
【问题】为什么东北豹、大熊猫等动物在人为保护的措施下，种群数量仍不能迅速增长，而鼠、蝗虫等动物，尽管人们采取各种防除措施，却仍然数量繁多，屡屡为害？
繁殖能力的差别是重要原因。一般来说，繁殖能力强的种群出生率高，种群增长快。
二、出生率和死亡率
1.概念：单位时间内新产生（或死亡）的个体数目占该种群个体总数的比值，分别称为出生率或死亡率。
2.举例：截至2015年年末，我国大陆总人口约为13.7亿，2015年出生1655万人，这一年的出生率约为12‰，死亡人口为975万，死亡率约为7‰
3.意义：是决定种群数量(密度)的直接因素。
出生率＞死亡率，种群密度增大；
出生率≈死亡率，种群密度相对稳定；
出生率＜死亡率，种群密度减小。
【过渡】 几十年前，我国东北地区广袤无边的森林里，生活着很多东北豹。随着人类在这片森林里采伐林木、垦荒种地、建设铁路，东北豹逐渐从这里迁出，几近消失。近些年国家高度重视对东北虎、东北豹等濒危动物的保护，采取了一系列有效的措施，如全面禁猎，禁止商业性采伐林木，建立自然保护区、国家公园等。随着环境的大大改善，东北豹逐渐回归、迁入我国东北地区。其实许多生物的种群，都存在个体迁入和迁出的现象。
【三、迁入率和迁出率】
1.概念：在单位时间内迁入（或迁出）的个体数目占该种群个体总数的比值即迁入率（迁出率）。
2.举例：春运前后各大城市的人口变化。
3.意义：是决定种群数量(密度)的直接因素。
迁入率＞迁出率，种群密度增大；
迁入率≈迁出率，种群密度相对稳定；
迁入率＜迁出率，种群密度减小。
4.与实践的联系：
如果研究一座城市人口的变化，迁入率和迁出率是不可忽视的因素。
【问题】阅读教材P4，思考讨论下列问题
1.什么是年龄结构？三种类型的种群，种群数量如何变化？依据？
2.年龄结构怎样影响种群密度？其意义是什么？
3.什么是性别比例？性别比例怎样影响种群密度？举例说明性别比例在生产实践上有何应用？
【四、年龄结构和性别比例】
思考讨论：分析种群的年龄结构
1.图1-3中A、B、C三种年龄结构的种群，哪种类型的种群数量会越来越大，属于增长型？哪种类型的种群数量会越来越小，属于衰退型？哪种类型的种群数量会在一段时间内保持相对稳定，属于稳定型？为什么？
答：A属于增长型，C属于衰退型，B属于稳定型。因为一般来说，幼年和成年个体数越多，老年个体数越少，出生率就越高，死亡率就越低，种群数量增长就越快；反之，种群数量增长就越慢，或者种群数量下降。
2.年龄结构为稳定型的种群，种群数量在近期一定能保持稳定吗？年龄结构为衰退型的种群呢?
答：不一定。这是因为出生率和死亡率不完全决定于年龄结构，还会受到食物、天敌、气候等多种因素的影响。此外，种群数量还受迁入率和迁出率的影响。
3.据统计，1990—2013年的24年间，我国0～14岁少年儿童的人口占总人口的比例由27.69%下降到16.41%；15～64岁人口的比例由66.74%上升到73.92%；65岁及以上老龄人口比例由5.57%上升到9.67%。这说明我国人口的年龄结构发生了什么变化？
答：这说明我国少年儿童的人口占比在减少，老龄人口占比在增加。我们应该关注我国人口的老龄化问题。
1.年龄结构
（1）概念：指一个种群中各年龄期的个体数目的比例。
（2）类型：增长型、稳定型、衰退型
1.A为增长型，幼年个体多，老年个体少，出生率＞死亡率，种群密度增大。
2.B为稳定型，各年龄段个体数目比例相当，出生率≈死亡率，种群密度稳定。
3.C为衰退型，幼年个体少，老年个体多，出生率＜死亡率，种群密度减小。
4.意义：可以预测种群数量的变化趋势
5.与种群密度的关系
年龄结构通过影响出生率和死亡率来影响种群密度
2.性别比例
（1）概念：种群中雌雄个体数目的比例。
（2）类型：雌雄相当型、雌多雄少型、雌少雄多型
（3）与种群密度的关系：性别比例通过影响出生率来影响种群密度；
（4）与实践的联系：利用人工合成的性引诱剂（信息素）诱杀某种害虫的雄性个体，改变了害虫种群正常的性别比例，就会使很多雌性个体不能完成交配，从而使该种害虫的种群密度明显降低；
注意：正常的性别比例是指该种群正常状态下经过长期自然选择形成的的性别比例，并不一定是雌雄相当型。
板书设计
第1章第1节种群的数量特征
1、种群密度含义
2、种群密度调查方法
样方法：
标志重捕法：
黑光灯诱捕法
三、出生率和死亡率
四、迁入率和迁出率
五、年龄结构和性别比例
【教学反思】
先介绍植物的种群密度调查方法，将生物学知识与我们的生活联系起来，可以很好的激发学生的学习兴趣，再讨论动物的种群密度调查方法，模拟标记重捕法并误差分析 ，提高学生分析问题和解决问题的能力。