借助Excel相关功能实现“种群增长方式”的网络教学

章盈

摘要 在常规的教学方式下，借用Excel的相关功能——“插入图表”插入公式”添加趋势线”，完美融合“建模一析模一用模”过程，巧妙而高效地以“数学模型”表征种群数量的变化，实现“种群的增长方式”一课的网络教学，为网络教学开辟新路径，为实现生物课堂的有效教学和精准教学提供新思路。

关键词 种群增长 Excel 网络教学 建模

中图分类号G633. 91

文献标志码 B

出于疫情期间教学安排的考虑，结合“种群增长方式”这节课的课标要求和教学内容特点，以及当前有效教学和精准教学的趋势，在整体设计课堂、运用建模思想等传统教学方法的基础上，利用Excel这一工具实现网络教学，为网络教学提供新思路。

1 “种群增长方式”教学目标的分析

本节内容选自浙科版高中生物必修三第四章第二节，主要包括种群的两种增长方式的特点和区别、环境容纳量等内容。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中要求“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”，学生能够“运用数学模型表征种群数量变化的规律，分析和解释影响这一变化规律的因素，并应用于相关实践活动”，培养生命观念、科学思维、社会责任核心素养。因此，笔者主要从这几个维度设计本节课的教学目标：

①结合种群数量变化规律和环境容纳量的概念，认同种群数量处于动态平衡之中，逐步形成生物与环境适应观。

②基于种群的指数增长和逻辑斯谛增长的数学模型，阐明隐含在其中的信息，概述种群数量变化的规律，分析影响因素，区别两种增长方式，发展分析和概括能力。

③选择合适的“图表类型”、“公式”和“趋势线”表征种群数量的变化。

④能利用种群增长的数学模型，指导酿酒、渔业生产和害虫防治等生产生活实践。同时，穿插前一课时的探究酵母菌种群数量动态变化的实验，以“数学模型”为载体表征种群数量的变化，引导学生分析数据，得出两种种群增长方式的特点及生态意义，明确环境容纳量的意义，逐渐形成生物与环境适应观，并据此指导生产生活实践。

2“种群增长方式”教学目标的实现途径

2.1 总体教学思路设计

本节课按照课堂整体设计的思路（图1），将课题“种群的增长方式”作为本节课的研究问题，以大肠杆菌和草履虫的数量变化为研究对象设计，按照“处理数据——分析数据——得出结论——运用数据”的问题主线，布置相应的任务，完成“建模一析模一用模”的科学探究路径和科学思维过程，充分挖掘数据背后的生态学意义，体会存在这种增长方式的意义，以指导生产实践，最终实现核心素养的相关目标。每一项任务的完成都借助Excel中相关功能，实现有效教学和精准教学。

2.2借用“图表”功能构建数量变动模型

实验数据的真实性决定了其复杂性，若将数据转化为坐标图，可以直观清晰地表示出规律。然而课堂时间有限，绘制坐标图耗时多。Excel作为最常见的处理数据的工具可以快速地将复杂数据转化为坐标图，操作简单，学生可以自行操作。教师布置任务1：①借助Excel的“插入图表”功能，将表格中的数据（表1）转化成坐标图，注意选择合适的图表类型;②上传坐标图，相互评价，总结坐标图绘制时的注意点。学生完成上述任务的过程就是经历建立数学模型的过程，并且在相互评价中发现不足，完善建模思想。学生经过对模型的修正与完善，最终发现适合用散点图绘制，得到如图2所示的结果。

2.3 巧用“公式”功能，分析数量变动规律

数据背后隐藏的规律是解读两种种群增长方式的关键。关于种群增长方式的规律，《课程标准》中明确规定要求用数学模型表征，也就是要定量地分析其中的规律性，从定性角度转变为定量层面，为两种增长方式特点的得出及影响因素的分析提供更可靠的指标。为了更好地反映規律，教师需要确定相关参数以表征种群的数量变动。此时，教师可以引导学生借助已有的知识，从种群密度的影响因素考虑设计参数的计算方法，也可由教师补充。由于套用同一计算方法，可以借助Excel中的“公式”功能直接书写公式并填充。于是，笔者在任务1基础上设计了任务2：①可以用怎样的参数表征图中种群的数量变化？这个公式如何设计？②根据所设计的公式，利用Excel的“公式”功能，结合具体数据计算每一时刻或每一天该参数的值。③描述这几个参数的变化情况，思考原因。结合学生完成任务的情况，这几个参数的公式的设置如图3所示（以大肠杆菌为例）。同样，参数变化也可以直观地用坐标图表示，如图4所示。

2.4妙用“趋势线”功能，预测数量变动趋势

在学生充分掌握种群数量变动规律的基础上，教师可以选择合适的时机，引导学生为保护濒危生物、资源开发与利用、有害生物防治等提供思路。但是，学生刚学习新课内容不久，运用数学模型解决问题的能力还有限，对于这些生产实践的内容也不太熟悉。因此，学生对捕鱼、保护濒危动物、灭鼠等具体实例从种群增长方式角度提出建议存在难度。Excel图表功能中有“添加趋势线”的功能。教师可在分析原有种群的增长方式基础上，选择合适的趋势线类型，帮助学生预测某个点之后的种群动态变化，有利于对相关实践做出决策。因此，笔者布置如下任务：①确定“J”型增长与“S”型增长的趋势线：根据该种群的增长方式，借助Excel图表功能中的“添加趋势线”功能，选择合适的趋势线类型，在原坐标图上添加趋势线，与原曲线越吻合，即为最佳趋势线。②根据案例1：某种鱼种群的数量变化图示（图5），确定捕鱼期，既能收获尽可能多的鱼，又能保证鱼的可持续发展。教师提示：先根据图示确定合适的趋势线，选择A、B、C这三点中的某点对应的时期作为捕鱼时期，选定后只保留该点、该点以后一个及该点以前所有数据，重新绘制散点图，添加趋势线（注意保持每个图横纵坐标尺度相同，可按比例缩小或放大，再比较）;再根据数量变化，确定该时期是否适合捕鱼。A、B、C可分别作为捕鱼时期时该鱼种群数量的变化趋势（图6）。③根据案例2：某种濒危动物种群和某种害鼠的数量变化图示，从如何调节K值大小，考虑确定保护该濒危动物和灭鼠的措施。教师提示：可以用类似案例1的方法，按照“S”形增长的趋势，在起始数量与K值之间添加趋势线，最终提出具体措施。最终发现，双周期移动平均趋势线与“S”形增长较吻合，并且从图6的趋势上看，在A点和C点捕鱼，鱼群数量增加不快，因此捕鱼时期应该选在B点附近，保护濒危动物可以从提高K值、灭鼠可以从降低K值角度考虑措施。

3 教学反思

3.1 提高效率，避免不必要的计算

本节课基于真实的实验数据，处理起来比较繁琐，但是借助Excel能将繁杂的数据快速地直观化，避免不必要的计算和重复劳动，节约了课堂时间，突出重点，有效融合数学思想。同时，Excel图表功能本身划分细致，包含有图表类型、标题、坐标轴、图例等项目的设计，有助于学生在建立数学模型时关注细节，提高自行绘制图表的正确率，从而提高建模的效率，提高课堂的有效性。这也是新课程改革中转变传统的课堂教学观念、实现课堂教学的有效性的要求，从教学手段上实现课堂的有效性。

3.2 精准表征，从定性到定量分析

如今，精准教学越来越受到重视，精准课堂必须考虑教学目标、教学设计、课堂问题和课堂评价等等几乎每个环节的精准性，在教学内容上也不例外。构建种群数量增长模型之后，数据的定量分析才更能准确反映种群数量的变化特点，从而区别两种增长方式。恰巧，Excel有这样的功能，能将数据直观化，又能将其定量化，更精准地表征。

3.3 易于理解，帮助描述和预测变化趋势

Excel的坐标图准确而直观，能够帮助学生更轻易地描述种群数量的变化情况，从大体上明确该增长方式的变化趋势;又可以借助“添加趋势线”功能实现种群数量变化趋势更为准确的预测，帮助学生预测未来的发展趋势，易于理解。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]袁涵.构建高中生物教学有效课堂的策略[C].教育部基础教育课程改革研究中心.2019年“教育教学创新研究”高峰论坛论文集.教育部基础教育课程改革研究中心：教育部基础教育课程改革研究中心，2019：84.

[3] 单慧频.例谈精准教学在高中生物学教学中的应用[J].中学生物教学，2018，（22）：15-17.