借助Excel相關(guān)功能實現(xiàn)“種群增長方式”的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

章盈

摘要 在常規(guī)的教學(xué)方式下，借用Excel的相關(guān)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(shù)學(xué)模型”表征種群數(shù)量的變化，實現(xiàn)“種群的增長方式”一課的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)開辟新路徑，為實現(xiàn)生物課堂的有效教學(xué)和精準(zhǔn)教學(xué)提供新思路。

關(guān)鍵詞 種群增長 Excel 網(wǎng)絡(luò)教學(xué) 建模

中圖分類號G633. 91

文獻標(biāo)志碼 B

出于疫情期間教學(xué)安排的考慮，結(jié)合“種群增長方式”這節(jié)課的課標(biāo)要求和教學(xué)內(nèi)容特點，以及當(dāng)前有效教學(xué)和精準(zhǔn)教學(xué)的趨勢，在整體設(shè)計課堂、運用建模思想等傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，利用Excel這一工具實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供新思路。

1 “種群增長方式”教學(xué)目標(biāo)的分析

本節(jié)內(nèi)容選自浙科版高中生物必修三第四章第二節(jié)，主要包括種群的兩種增長方式的特點和區(qū)別、環(huán)境容納量等內(nèi)容。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中要求“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動”，學(xué)生能夠“運用數(shù)學(xué)模型表征種群數(shù)量變化的規(guī)律，分析和解釋影響這一變化規(guī)律的因素，并應(yīng)用于相關(guān)實踐活動”，培養(yǎng)生命觀念、科學(xué)思維、社會責(zé)任核心素養(yǎng)。因此，筆者主要從這幾個維度設(shè)計本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)：

①結(jié)合種群數(shù)量變化規(guī)律和環(huán)境容納量的概念，認同種群數(shù)量處于動態(tài)平衡之中，逐步形成生物與環(huán)境適應(yīng)觀。

②基于種群的指數(shù)增長和邏輯斯諦增長的數(shù)學(xué)模型，闡明隱含在其中的信息，概述種群數(shù)量變化的規(guī)律，分析影響因素，區(qū)別兩種增長方式，發(fā)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(shù)量的變化。

④能利用種群增長的數(shù)學(xué)模型，指導(dǎo)釀酒、漁業(yè)生產(chǎn)和害蟲防治等生產(chǎn)生活實踐。同時，穿插前一課時的探究酵母菌種群數(shù)量動態(tài)變化的實驗，以“數(shù)學(xué)模型”為載體表征種群數(shù)量的變化，引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，得出兩種種群增長方式的特點及生態(tài)意義，明確環(huán)境容納量的意義，逐漸形成生物與環(huán)境適應(yīng)觀，并據(jù)此指導(dǎo)生產(chǎn)生活實踐。

2“種群增長方式”教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)途徑

2.1 總體教學(xué)思路設(shè)計

本節(jié)課按照課堂整體設(shè)計的思路（圖1），將課題“種群的增長方式”作為本節(jié)課的研究問題，以大腸桿菌和草履蟲的數(shù)量變化為研究對象設(shè)計，按照“處理數(shù)據(jù)——分析數(shù)據(jù)——得出結(jié)論——運用數(shù)據(jù)”的問題主線，布置相應(yīng)的任務(wù)，完成“建模一析模一用模”的科學(xué)探究路徑和科學(xué)思維過程，充分挖掘數(shù)據(jù)背后的生態(tài)學(xué)意義，體會存在這種增長方式的意義，以指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，最終實現(xiàn)核心素養(yǎng)的相關(guān)目標(biāo)。每一項任務(wù)的完成都借助Excel中相關(guān)功能，實現(xiàn)有效教學(xué)和精準(zhǔn)教學(xué)。

2.2借用“圖表”功能構(gòu)建數(shù)量變動模型

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

2.3 巧用“公式”功能，分析數(shù)量變動規(guī)律

數(shù)據(jù)背后隱藏的規(guī)律是解讀兩種種群增長方式的關(guān)鍵。關(guān)于種群增長方式的規(guī)律，《課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定要求用數(shù)學(xué)模型表征，也就是要定量地分析其中的規(guī)律性，從定性角度轉(zhuǎn)變?yōu)槎繉用妫瑸閮煞N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(biāo)。為了更好地反映規(guī)律，教師需要確定相關(guān)參數(shù)以表征種群的數(shù)量變動。此時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生借助已有的知識，從種群密度的影響因素考慮設(shè)計參數(shù)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(wù)1基礎(chǔ)上設(shè)計了任務(wù)2：①可以用怎樣的參數(shù)表征圖中種群的數(shù)量變化？這個公式如何設(shè)計？②根據(jù)所設(shè)計的公式，利用Excel的“公式”功能，結(jié)合具體數(shù)據(jù)計算每一時刻或每一天該參數(shù)的值。③描述這幾個參數(shù)的變化情況，思考原因。結(jié)合學(xué)生完成任務(wù)的情況，這幾個參數(shù)的公式的設(shè)置如圖3所示（以大腸桿菌為例）。同樣，參數(shù)變化也可以直觀地用坐標(biāo)圖表示，如圖4所示。

2.4妙用“趨勢線”功能，預(yù)測數(shù)量變動趨勢

在學(xué)生充分掌握種群數(shù)量變動規(guī)律的基礎(chǔ)上，教師可以選擇合適的時機，引導(dǎo)學(xué)生為保護瀕危生物、資源開發(fā)與利用、有害生物防治等提供思路。但是，學(xué)生剛學(xué)習(xí)新課內(nèi)容不久，運用數(shù)學(xué)模型解決問題的能力還有限，對于這些生產(chǎn)實踐的內(nèi)容也不太熟悉。因此，學(xué)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(chǔ)上，選擇合適的趨勢線類型，幫助學(xué)生預(yù)測某個點之后的種群動態(tài)變化，有利于對相關(guān)實踐做出決策。因此，筆者布置如下任務(wù)：①確定“J”型增長與“S”型增長的趨勢線：根據(jù)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(biāo)圖上添加趨勢線，與原曲線越吻合，即為最佳趨勢線。②根據(jù)案例1：某種魚種群的數(shù)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(xù)發(fā)展。教師提示：先根據(jù)圖示確定合適的趨勢線，選擇A、B、C這三點中的某點對應(yīng)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(shù)據(jù)，重新繪制散點圖，添加趨勢線（注意保持每個圖橫縱坐標(biāo)尺度相同，可按比例縮小或放大，再比較）;再根據(jù)數(shù)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(shù)量的變化趨勢（圖6）。③根據(jù)案例2：某種瀕危動物種群和某種害鼠的數(shù)量變化圖示，從如何調(diào)節(jié)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(shù)量與K值之間添加趨勢線，最終提出具體措施。最終發(fā)現(xiàn)，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(shù)量增加不快，因此捕魚時期應(yīng)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(xué)反思

3.1 提高效率，避免不必要的計算

本節(jié)課基于真實的實驗數(shù)據(jù)，處理起來比較繁瑣，但是借助Excel能將繁雜的數(shù)據(jù)快速地直觀化，避免不必要的計算和重復(fù)勞動，節(jié)約了課堂時間，突出重點，有效融合數(shù)學(xué)思想。同時，Excel圖表功能本身劃分細致，包含有圖表類型、標(biāo)題、坐標(biāo)軸、圖例等項目的設(shè)計，有助于學(xué)生在建立數(shù)學(xué)模型時關(guān)注細節(jié)，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(zhuǎn)變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)觀念、實現(xiàn)課堂教學(xué)的有效性的要求，從教學(xué)手段上實現(xiàn)課堂的有效性。

3.2 精準(zhǔn)表征，從定性到定量分析

如今，精準(zhǔn)教學(xué)越來越受到重視，精準(zhǔn)課堂必須考慮教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計、課堂問題和課堂評價等等幾乎每個環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)性，在教學(xué)內(nèi)容上也不例外。構(gòu)建種群數(shù)量增長模型之后，數(shù)據(jù)的定量分析才更能準(zhǔn)確反映種群數(shù)量的變化特點，從而區(qū)別兩種增長方式。恰巧，Excel有這樣的功能，能將數(shù)據(jù)直觀化，又能將其定量化，更精準(zhǔn)地表征。

3.3 易于理解，幫助描述和預(yù)測變化趨勢

Excel的坐標(biāo)圖準(zhǔn)確而直觀，能夠幫助學(xué)生更輕易地描述種群數(shù)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(xiàn)種群數(shù)量變化趨勢更為準(zhǔn)確的預(yù)測，幫助學(xué)生預(yù)測未來的發(fā)展趨勢，易于理解。

參考文獻：

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