以朱鹮种群保护为主线的“种群的数量特征”新授课教学设计

摘要：以朱鹮的种群保护为主线，逐步创设真实情境和问题，引导学生合作设计和实施方案，模拟生物种群密度的调查，理解各个种群数量特征之间的逻辑关系，增强学生的民族自信，提升学生科学思维能力和探讨生态学相关社会议题的意愿。

关键词：情境教学；种群数量特征；主线

文章编号：1003-7586（2024）02-0031-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

1教材分析及设计思路

为了使学生更好地理解生物学的基本概念，并建立正确的生物学观念，教师应当提供充足的、具有代表性的实例来作为支撑。课堂教学实践中，可能会出现教师“讲一个知识点换一个情境”的情况，没有“主线”的课堂教学会呈现凌乱和无序的状况，难以达到理想的教学效果。“种群的数量特征”是人教版高中生物学教材（2019年版）选择性必修2第1章第1节的内容。根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》），学生需要构建的次级概念有：种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄结构、性别比例等。

中国朱鹮保护工作是全球保护生物多样性的成功案例。本节课以朱鹮的种群保护为主线，创设问题情境，引导学生分析、模拟种群密度的调查，目的是让学生掌握种群密度调查的方法和基本原理，并在此基础上厘清种群数量特征之间的逻辑关系。

2教学目标

基于《课程标准》与生物学核心素养培养的要求，制订了以下教学目标：

（1）通过对朱鹃和朱鹃蛋的密度调查，理解种群密度的概念，掌握种群密度调查的方法和基本原理，能够运用辩证思维选择合适的方法解决实际问题。

（2）通过对我国朱鹮种群保护措施的分析，说出种群的其他数量特征对种群密度的影响，增强民族自信，具有运用生物学相关知识解决生态学社会议题的意愿，具备人与自然和谐发展的观念。

3教学过程

3.1创设情境，激发社会责任感

展示朱鹮的图片和相关资料：朱鹦（Nipponianippon）是东亚特有鸟种，曾广泛分布于中国、日本和俄罗斯等地，被誉为中国的“秦岭仙子”和日本皇室的“圣鸟”。1963年，它们从俄罗斯境内销声匿迹；1980年，日本野外仅剩5只朱鹮。而我国自1964年以后一度再无朱鹅出现，直到1981年，在陕西省宝鸡市姚家沟重新发现了朱鹛种群。

教师提问：科研人员判断姚家沟发现的朱鹮属于一个种群，依据是什么？学生回顾种群的概念。教师继续提问：为保护朱鹃种群，可展开哪些方面的调查？本问题稍有开放性，学生进行讨论后，回答主要集中在两个方面：①姚家沟的生态环境如何？为什么在这里会幸存朱鹮种群？②朱鹮种群的数量特征，如种群密度、年龄结构、性别比例如何？

设计意图：以朱鹩的保护问题引入，激发学生的社会责任感；通过开放的问题，引出本节课的主要内容“种群的数量特征”，让学生明白物种的保护离不开环境的保护和生物学知识的应用。

3.2朱鹑个体的密度调查

教师展示中国和日本关于朱鹃保护的阶段性成果：1934年，日本有上百只朱鹮，而到1970年只剩7只，到1980年，日本野外仅剩5只朱鹮，随后日本政府把仅剩的野生朱鹦全部捕获进行人工饲养，结果失败。中国从重新发现朱鹮种群以后，第一个十年主要采取就地保护的措施，科研人员进行基本的观察和监控，朱鹮个体数量维持在20只左右；第二个十年开始，将就地保护和易地人工饲养繁殖相结合，1989年成功完成朱鹛的人工饲养和繁殖，种群平稳增长；到2018年，中国的朱鹮种群规模大幅攀升，达到了3 000只以上。教师提问：在发现朱鹮种群之初，科研人员是如何统计朱鹮的数量的？2018年，研究人员又是如何得知朱鹮的野外种群数量已经超过3 000只？这两种统计方法的使用情况如何？

资料分析过程中，学生容易理解逐个计算法适用于个体体型大、分布范围小的种群；但是当种群数量多，且个体活动能力强、活动范围大时就需要采用估算法，即通过调查种群密度来估算它们的数量。学生明确了种群密度的概念，理解种群密度是种群最重要的数量特征。教师接着讲授标记重捕法的具体操作步骤，并组织学生通过小组讨论，分析操作过程中可能遇到的问题。教师提示：①动物被初次捕捉后，再次捕捉的难度是否一致？②初次捕捉与再次捕捉的间隔过短对统计结果有什么影响？③标记物易脱落或者阻碍标记动物的正常生理活动会导致统计结果偏大还是偏小？由此学生理解标记重捕法的基本原理以及应用时的限制条件。

设计意图：通过对比中国和日本对朱鹮保护结果的差异，激起学生的求知欲和民族自信；以同样的任务——朱鹮种群数量的调查在不同条件下的实施，提升学生分析问题和解决问题的能力；通过提示性提问和追问，启发学生用辩证的思维方式理解标记重捕法及其应用的限制条件。

3.3朱鹮蛋的密度调查

教师提问：在朱鹮的繁殖季节，科研人员要对野外栖息地的朱鹮蛋进行调查，以评估明年的朱鹮幼鸟数量。科研人员用什么方法调查朱鹮蛋的密度？教师给学生派发模拟实验（见图1）材料，鼓励学生进行小组讨论，解决取样调查中存在的问题。教师选取部分小组分享讨论结果，最后引导同学们聚焦以下问题：如何确定样方的大小和数量？如何确保取样的随机性？如何对样方中的个体计数以及计数结果如何处理？

经过生生讨论、师生讨论，学生初步明确了样方法的基本原理和调查时的注意事项。在最后，教师进行补充和总结：样方法的适用范围包括活动能力弱、活动范围小的动物和植物；根据调查地点的不同，样方法可以分为等距取样法、五点取样法等；当调查对象不同，样方的大小也需要改变。

教师补充提问：对于夜间出没的飞蛾、喜马拉雅地区出现的雪豹的种群密度应该用什么方法进行调查？

学生之间的意见出现分歧，教师提供资料，帮助学生理解种群密度的调查方法还有很多，根据调查对象的不同特点，选用不同方法。飞蛾具有趋光性，一般用黑光灯诱捕法调查；雪豹属猛兽，行踪隐秘，不宜直接观察或捕捉，可以用红外相机调查技术、粪便采集和分子生物学分析的方法。

设计意图 以朱鹮种群的繁衍和发展，引导学生主动思考和自主探究；在讨论和合作中明确种群密度的调查方法是多样的，但基本原理是相通的，培养学生比较和归纳的科学思维。

3.4其他数量特征对种群密度的影响

教师展示中国在进入21世纪以来朱鹃保护的做法。到1985年，日本全境只剩下佐渡岛的3只朱鹮，为2只雌鸟，1只雄鸟。其中1只雌鸟体弱多病，另1只雌鸟年龄偏大；虽然雄鸟身体健壮，每年都跟2只雌鸟交配，但是雌鸟未产下后代。1985年日本从中国借了3只雌性朱鹮，但是仍旧没有繁育成功，最终只剩下了那1只雄鸟。2000年中国总理访问日本，将雌性朱鹮“美美”借予日本。7年后，日方遵循两国协定“‘美美’生下的幼鸟由两国平分”，向中国送回13只朱鹮，其中8只雄性，5只雌性。

分析资料后学生可以理解，种群密度反映了种群在一定时期的数量，但是仅种群密度不能反映种群数量的变化趋势。因此有必要引入性别比例、年龄结构等其他的种群数量特征。教师引导学生探讨以下问题：在其他的种群数量特征中，决定种群密度变化的直接因素是什么？年龄结构和性别比例是怎样导致种群密度变化的？朱鹮种群若要持续扩增，需要保持一个怎样的年龄结构？教师根据学生讨论的结果，通过板书构建种群数量特征之间的关系图。

中国向日本借出朱鹮的行为引起学生们激烈的讨论，教师帮助学生理解该行为一方面增进了两国之间的友谊，生物保护需要全球的共同参与，另一方面也有其生物学方面的考量。单一的朱鹮种群非常脆弱，一旦发生自然灾害或传染病，后果是毁灭性的；孤立的种群也可能会由于近亲繁殖等原因导致种群衰退，所以在就地保护和易地保护之后，中国也采取了多项措施来进行朱鹦的野化放飞。

设计意图：逐步呈现的情境和设置的问题，巧妙地引导学生从主动关注，到理解、认同朱鹮种群保护，学生理解种群数量特征之间的关系。中国朱鹮外借日本的问题让课堂氛围高涨，回顾必修2中关于“地理隔离”“种群基因库”等问题，也让学生对生物保护的全球合作有了新的认识。

4教学反思

本节课以我国生物保护的成功案例为真实情境，设置一系列具有内在联系的问题串，有效帮助学生主动参与到“种群数量特征”的讨论、探究活动中，提高了学生的辩证思想和科学思维。贴近生活实际的情境，能引起学生共鸣，有效地强化了学生的民族自信以及利用生物学知识解决生态学问题的社会责任感。