基于5E 教学模式的“种群增长方式”教学

基于5E 教学模式的“种群增长方式”教学

阮瑞曼

浙江省塘下中学   325000

摘 要 基于5E教学模式，联系教学知识点及重点、难点，通过数学建模和实验探究完成“种群的增长方式”一节课的教学。

关键词 5E  课堂 种群增长

5E 教学模式是一种基于建构主义的探究式教学模式，包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）等 5 个环节。这种模式更加注重教师的引导作用、学生的主体地位，是更适合学生学习的模式。本节课的内容是浙科版新教材选择性必修二第一章第二节的内容，主要讲述了指数增长和逻辑斯蒂增长两种种群增长方式，是在种群特征的学习基础上展开的学习，同时也为整本书后面的内容如种群波动及其调节、群落乃至生态系统及稳态的学习奠定基础。通过本节课的学习，能利用种群增长方式的原理解释现实情境和实际生活中的问题。

1. “吸引”（Engagement）——呈现实验现象，引入课题

在三个广口瓶底部分别铺一层厚约2cm的棉花，放入大小相等且熟透了的半根香蕉、2只雌果蝇和2只雄果蝇，最后用双层纱布盖住瓶口，并用橡皮筋扎紧，置于温度适宜的环境中培养。呈现持续三周记录的培养瓶中的果蝇个体数数据。引导学生依据实验数据绘制曲线，并分析曲线的3个不同阶段：①初期条件适宜，食物充足，成虫每天产卵，在第10~14天羽化成成虫的数量快速增加；②果蝇个体间对有限的空间、食物和其他生活条件的种内竞争加剧，增长速率变慢；③环境恶化，死亡率不断增大，种群数量下降。

2. “探究”（Exploration）、“解释”（Explanation）——构建模型，探究本质

引导学生思考，若食物充足、空间无限、没有天敌，则可能会出现怎么样的情况？继而给出表格：1个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量。让学生尝试用其他表现形式反映出细菌种群数量的变化趋势，如数学表达式、数学曲线等，从而构建建构细菌种群的数学增长模型，即指数增长曲线。通过分析，归纳指数增长的条件、增长速率和增长率，并小结指数增长的特点为：起始增长很慢，但随着种群基数的加大，增长会越来越快，每单位时间都按种群的一定百分数或倍数增长。

重新回到果蝇实验的结果，尝试分析若能在果蝇种群达到最大后维持营养物质不变，即模拟生态环境种营养物质通常不会断崖式下降而总是维持在一定水平，那么果蝇种群的增长曲线将会发生什么样的变化？以此建构逻辑斯谛增长模型，归纳逻辑斯谛增长的条件、探讨环境容纳量的内涵、逻辑斯蒂增长的增长速率和特点。

在分析过程种，基于逻辑斯谛方程比指数函数更为复杂，涉及微积分的知识这个点，可将相关知识做适当简单化，呈现为：“但科学家研究发现，逻辑斯谛增长方式的种群增长速率随着种群数量变化的变化符合以下一元二次方程：，其中，y表示增长速率，x表示种群数量，r和K为常数。”再引导学生运用数学知识在纸上画出种群增长速率随着种群数量变化的变化曲线，并用文字来描述逻辑斯谛增长方式的增长速率变化规律。

3.“解释”（Explanation）、“迁移”（Elaboration）、“评价”（Evaluation）——基于事实的科学解释和运用

        （图1）                     （图2）

教师向学生展示上面2幅实际曲线图，启发学生思考：①在研究某家鼠种群数量随时间变化时，绘制了图1。比较左图与S形模型曲线，可以得出什么信息？②在c时刻开始，对家鼠进行了捕杀，使家鼠种群数量降至K/2，则在之后的时间里该家鼠种群数量如何变化？③若家鼠种群发生了如图2曲线的变化，则可能原因是什么？④两图曲线在指导灭鼠过程中有何指导意义？

学生可通过讨论分析得出实际生活中种群通常是围绕着K值上下波动的，而且K值不是一成不变的，而是会因为环境改变而发生改变。通过以上问题的分析，对模型曲线进行进一步的修正。

5E 教学模式强调学生自主构建的探究式教学，该教学模式关注学生的参与、探究、解释和知识的迁移。本节课主要围绕以下几点进行设计：1.实验贴近生活，每个学生都有表达和分析的机会；2.重视学生对实验结果的分析，注重模型的构建，基于数学知识和生活实际对问题进行深度分析；3.每个环节都有及时的师生评价、生生评价。