借助Excel相關功能實現“種群增長方式”的網絡教學

章盈

摘要 在常規的教學方式下，借用Excel的相關功能——“插入圖表”插入公式”添加趨勢線”，完美融合“建模一析模一用模”過程，巧妙而高效地以“數學模型”表征種群數量的變化，實現“種群的增長方式”一課的網絡教學，為網絡教學開辟新路徑，為實現生物課堂的有效教學和精準教學提供新思路。

關鍵詞 種群增長 Excel 網絡教學 建模

中圖分類號G633. 91

文獻標志碼 B

出于疫情期間教學安排的考慮，結合“種群增長方式”這節課的課標要求和教學內容特點，以及當前有效教學和精準教學的趨勢，在整體設計課堂、運用建模思想等傳統教學方法的基礎上，利用Excel這一工具實現網絡教學，為網絡教學提供新思路。

1 “種群增長方式”教學目標的分析

本節內容選自浙科版高中生物必修三第四章第二節，主要包括種群的兩種增長方式的特點和區別、環境容納量等內容。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中要求“嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動”，學生能夠“運用數學模型表征種群數量變化的規律，分析和解釋影響這一變化規律的因素，并應用于相關實踐活動”，培養生命觀念、科學思維、社會責任核心素養。因此，筆者主要從這幾個維度設計本節課的教學目標：

①結合種群數量變化規律和環境容納量的概念，認同種群數量處于動態平衡之中，逐步形成生物與環境適應觀。

②基于種群的指數增長和邏輯斯諦增長的數學模型，闡明隱含在其中的信息，概述種群數量變化的規律，分析影響因素，區別兩種增長方式，發展分析和概括能力。

③選擇合適的“圖表類型”、“公式”和“趨勢線”表征種群數量的變化。

④能利用種群增長的數學模型，指導釀酒、漁業生產和害蟲防治等生產生活實踐。同時，穿插前一課時的探究酵母菌種群數量動態變化的實驗，以“數學模型”為載體表征種群數量的變化，引導學生分析數據，得出兩種種群增長方式的特點及生態意義，明確環境容納量的意義，逐漸形成生物與環境適應觀，并據此指導生產生活實踐。

2“種群增長方式”教學目標的實現途徑

2.1 總體教學思路設計

本節課按照課堂整體設計的思路（圖1），將課題“種群的增長方式”作為本節課的研究問題，以大腸桿菌和草履蟲的數量變化為研究對象設計，按照“處理數據——分析數據——得出結論——運用數據”的問題主線，布置相應的任務，完成“建模一析模一用模”的科學探究路徑和科學思維過程，充分挖掘數據背后的生態學意義，體會存在這種增長方式的意義，以指導生產實踐，最終實現核心素養的相關目標。每一項任務的完成都借助Excel中相關功能，實現有效教學和精準教學。

2.2借用“圖表”功能構建數量變動模型

實驗數據的真實性決定了其復雜性，若將數據轉化為坐標圖，可以直觀清晰地表示出規律。然而課堂時間有限，繪制坐標圖耗時多。Excel作為最常見的處理數據的工具可以快速地將復雜數據轉化為坐標圖，操作簡單，學生可以自行操作。教師布置任務1：①借助Excel的“插入圖表”功能，將表格中的數據（表1）轉化成坐標圖，注意選擇合適的圖表類型;②上傳坐標圖，相互評價，總結坐標圖繪制時的注意點。學生完成上述任務的過程就是經歷建立數學模型的過程，并且在相互評價中發現不足，完善建模思想。學生經過對模型的修正與完善，最終發現適合用散點圖繪制，得到如圖2所示的結果。

2.3 巧用“公式”功能，分析數量變動規律

數據背后隱藏的規律是解讀兩種種群增長方式的關鍵。關于種群增長方式的規律，《課程標準》中明確規定要求用數學模型表征，也就是要定量地分析其中的規律性，從定性角度轉變為定量層面，為兩種增長方式特點的得出及影響因素的分析提供更可靠的指標。為了更好地反映規律，教師需要確定相關參數以表征種群的數量變動。此時，教師可以引導學生借助已有的知識，從種群密度的影響因素考慮設計參數的計算方法，也可由教師補充。由于套用同一計算方法，可以借助Excel中的“公式”功能直接書寫公式并填充。于是，筆者在任務1基礎上設計了任務2：①可以用怎樣的參數表征圖中種群的數量變化？這個公式如何設計？②根據所設計的公式，利用Excel的“公式”功能，結合具體數據計算每一時刻或每一天該參數的值。③描述這幾個參數的變化情況，思考原因。結合學生完成任務的情況，這幾個參數的公式的設置如圖3所示（以大腸桿菌為例）。同樣，參數變化也可以直觀地用坐標圖表示，如圖4所示。

2.4妙用“趨勢線”功能，預測數量變動趨勢

在學生充分掌握種群數量變動規律的基礎上，教師可以選擇合適的時機，引導學生為保護瀕危生物、資源開發與利用、有害生物防治等提供思路。但是，學生剛學習新課內容不久，運用數學模型解決問題的能力還有限，對于這些生產實踐的內容也不太熟悉。因此，學生對捕魚、保護瀕危動物、滅鼠等具體實例從種群增長方式角度提出建議存在難度。Excel圖表功能中有“添加趨勢線”的功能。教師可在分析原有種群的增長方式基礎上，選擇合適的趨勢線類型，幫助學生預測某個點之后的種群動態變化，有利于對相關實踐做出決策。因此，筆者布置如下任務：①確定“J”型增長與“S”型增長的趨勢線：根據該種群的增長方式，借助Excel圖表功能中的“添加趨勢線”功能，選擇合適的趨勢線類型，在原坐標圖上添加趨勢線，與原曲線越吻合，即為最佳趨勢線。②根據案例1：某種魚種群的數量變化圖示（圖5），確定捕魚期，既能收獲盡可能多的魚，又能保證魚的可持續發展。教師提示：先根據圖示確定合適的趨勢線，選擇A、B、C這三點中的某點對應的時期作為捕魚時期，選定后只保留該點、該點以后一個及該點以前所有數據，重新繪制散點圖，添加趨勢線（注意保持每個圖橫縱坐標尺度相同，可按比例縮小或放大，再比較）;再根據數量變化，確定該時期是否適合捕魚。A、B、C可分別作為捕魚時期時該魚種群數量的變化趨勢（圖6）。③根據案例2：某種瀕危動物種群和某種害鼠的數量變化圖示，從如何調節K值大小，考慮確定保護該瀕危動物和滅鼠的措施。教師提示：可以用類似案例1的方法，按照“S”形增長的趨勢，在起始數量與K值之間添加趨勢線，最終提出具體措施。最終發現，雙周期移動平均趨勢線與“S”形增長較吻合，并且從圖6的趨勢上看，在A點和C點捕魚，魚群數量增加不快，因此捕魚時期應該選在B點附近，保護瀕危動物可以從提高K值、滅鼠可以從降低K值角度考慮措施。

3 教學反思

3.1 提高效率，避免不必要的計算

本節課基于真實的實驗數據，處理起來比較繁瑣，但是借助Excel能將繁雜的數據快速地直觀化，避免不必要的計算和重復勞動，節約了課堂時間，突出重點，有效融合數學思想。同時，Excel圖表功能本身劃分細致，包含有圖表類型、標題、坐標軸、圖例等項目的設計，有助于學生在建立數學模型時關注細節，提高自行繪制圖表的正確率，從而提高建模的效率，提高課堂的有效性。這也是新課程改革中轉變傳統的課堂教學觀念、實現課堂教學的有效性的要求，從教學手段上實現課堂的有效性。

3.2 精準表征，從定性到定量分析

如今，精準教學越來越受到重視，精準課堂必須考慮教學目標、教學設計、課堂問題和課堂評價等等幾乎每個環節的精準性，在教學內容上也不例外。構建種群數量增長模型之后，數據的定量分析才更能準確反映種群數量的變化特點，從而區別兩種增長方式。恰巧，Excel有這樣的功能，能將數據直觀化，又能將其定量化，更精準地表征。

3.3 易于理解，幫助描述和預測變化趨勢

Excel的坐標圖準確而直觀，能夠幫助學生更輕易地描述種群數量的變化情況，從大體上明確該增長方式的變化趨勢;又可以借助“添加趨勢線”功能實現種群數量變化趨勢更為準確的預測，幫助學生預測未來的發展趨勢，易于理解。

參考文獻：

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