“生态系统的稳定性”教学设计

曹琦琪

现今课程发展的趋势发生了明显变化，已逐渐从以学科为本位转向整体化、综合化。而地理学兼具自然科学和社会科学的性质，是研究地理环境以及人类活动与地理环境关系的科学，生物学属于自然科学，其中自然地理基础的部分知识正好与某些生物知识一致。如高中地理人教版选择性必修1的第5章中提到“自然环境要素间的物质、能量交换是自然环境的整体性基础”，与高中生物人教版选择性必修2的第3章中“物质循环、能量流动和信息传递是生态系统的基本功能”相对应。因此，本文以“生态系统的稳定性”一节的教学设计为载体，试图从生物学角度解释自然环境的稳定功能及其对干扰的整体响应。

一、教学分析

1.课标分析

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中对该部分内容做了如下要求：解释生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定，并维持动态平衡的能力;举例说明生态系统的稳定性会受到自然或人为因素的影响，如气候变化、自然事件、人类活动或外来物种入侵等;阐明生态系统在受到一定限度的外来干扰时，能够通过自我调节维持稳定。

2.教材分析

本节内容位于高中生物人教版选择性必修2的第3章第5节，前四节学习了生态系统的结构及生态系统的三大功能——能量流动、物质循环、信息传递，而“生态系统的稳定性”明显是前四节内容的综合与升华，其中处于生态平衡状态的稳定性具备结构平衡、功能平衡、收支平衡三个特征，结构平衡、收支平衡与第1节生态系统的组成成分及其作用相对应，功能平衡涵盖了2、3、4节中生态系统各功能的特征。此外，第1、2章主要讲述种群与群落的结构、特征和变化，探究的是生态系统中生物间的关系和变化，而在第3章中不仅要探寻生物与生物间的关系，还要研究生物与环境的关系，至于第4章“人与环境”的主旨在本节提高生态系统的稳定性中也有所体现。

3.学情分析

学生在此前已学习生态系统的结构及功能，具备一定的知识储备，本节课是前面内容的有机整合，需注意循序渐进，有效引导学生建立知识间的联系。高二学生经过一年的磨炼，设计实验、动手操作能力提升，可在课前设计活动锻炼学生的科学思维，营造良好氛围。

4.教学重难点

重点：正确理解并阐明生态平衡的特征，分析反馈调节的过程，举例说明生态系统稳定性的动态变化

难点：设计制作生态缸，设计提高生态系统稳定性的方案。

二、教学目标

1.生命观念：通过澳大利亚山火和美国白蛾的案例，正确归纳生态平衡的定义;通过生态杠的对比和观察，分析出生态平衡的特征;通过案例展示，正确概括抵抗力稳定性与恢复力稳定性的定义;

2.科学思维：通过画出相应的食物网、建立模型，分析比较抵抗力稳定性与恢复力稳定性以及反馈调节的过程;

3.科学探究：能设计制作生态缸，观察其稳定性，并探讨设计出提高生态系统稳定性的方案;

4.社会责任：学习本节后，能培养学生关注生态系统稳定性的意识与责任感。

三、教学过程

1.情境导入，确定主题

展示有关澳大利亚山火和美国白蛾入侵中国的两则材料，让学生浏览材料，发表意见。

材料一：2019年9月，澳大利亚的一场山火熊烈地燃烧了4个月，超过600万公顷的土地被火蚀，丛林被烧灭殆尽，灾后有人发现被烧毁的丛林地面上长出了小草。

材料二：1979年美国白蛾入侵我国，严重危害林木和果树，树木成片枯死，白蛾被国家林业局列为重点治理的害虫，我国科学家经研究发现了一种能有效控制美国白蛾的寄生蜂——周氏啮小蜂，这种蜂身长只有1毫米，它能将卵产在美国白蛾的幼虫体内，利用这些幼虫的营养发育长大，使白蛾侵害率降到了0.1%以下，并能达到持续控制的效果。

师生总结：尽管生态生态系统时常受到气候变化、物种入侵、自然因素或人为因素的影响，但只要这些影响不超过限度，生态系统总是能够维持着相对稳定。

师：那么生态平衡究竟是什么，又与什么相关，为什么能够维持相对稳定，这将是本堂课学习的主要内容。

设计意图：通过出示实例和数据，增强学生的社会责任感。两则材料分别对应本节的恢复力稳定性与抵抗力稳定性，使整个课堂思路的呈现更加合理、环环相扣。且材料一与生物防治有关，突出章节之间的联系。

2.小组汇报，理解概念

让各小组展示设计制作的生态缸，并以生态缸中生产者、消费者和分解者的种类与数目为思路进行汇报。

学生活动：略。

师：同学们认为设计生态缸时，应将哪些因素纳入考虑范围？如何判断生态缸已达到稳定状态？

生：应考虑阳光、水分等非生物的物质和能量，除此之外还需要生产者、消费者与分解者。可以通过水質的变化情况、生态缸中生物的数量变化情况等判断。

提示学生在学习光合作用时，可通过检测O2释放量（或消耗量）与CO2消耗量（或释放量）的方法判断该植株在一昼夜内是否生长。

生：还可以设法检测该生态系统中生产者制造有机物的量与消费者、分解者消耗有机物的量。

师生总结：归纳出生态平衡的概念，理解生态平衡的三个特征。

设计意图：通过学生活动，引导其自主建构生态平衡的概念。在教师提出问题的基础上，帮助学生加强知识间的联系并建构结构与功能观、稳态与平衡观等生命观念，深刻理解生态平衡的三个特征。

3.分析调节过程，掌握生态系统稳定性

讲解生态系统稳定性这一概念，提示学生依据上述两则材料将生态系统稳定性细分。

学生活动：积极思考，小组探讨，将重点落在生态系统回复到相对稳定前的状态，总结出“调整”“维持”“保护”以及“修复”“重返”“恢复”等两类词。83329F83-9926-4F17-BACF-7F014E664628

在学生思维活跃且回答恰好与主题相扣时进一步引导，让学生理解将生态系统稳定性细分为两类的原因，提出抵抗力稳定性与恢复力稳定性的概念，并通过材料中的实例进行区分。

师：请同学们阅读教材74页兔大量增加以及森林火灾发生前后的材料，思考它们分别体现了那种生态系统稳定性。

生：阅读教材内容，回答问题。兔大量增加后却反过来抑制兔的数目，维持了生态系统的结构功能，属于抵抗力稳定性。森林火灾的发生后，最终也使得森林面貌恢复，在此过程中恢复了生态系统的结构功能，属于恢复力稳定性。

设计意图：学生在教师引导下，通过教材中的材料主动建构生态系统稳定性、抵抗力稳定性以及恢复力稳定性的概念，突出学生是学习的主体这一思想，充分调动学生的兴趣与积极性。且材料来源于教材，有利于学生对教材内容的把握。

师：既然同学们已经把握生态系统在不超过限度时常处于相对稳定状态，那为什么会出现这样的结果，是什么机制使然呢？

随机选取一名学生画出“草→兔→狼”的食物链，并提问若兔的数目大量增加，该生态系统中的组分会发生什么变化？

生：兔的数量增加，种内竞争加剧，分配到每只兔的资源相对减少，草的数量也相应减少，狼因食物增加而增多。但当狼的数目增多会捕食更多的兔，从而抑制兔的数量，资源和生存空间相对较少难以供给，也会抑制兔的数量，最终导致兔的数量又恢复到与原来相近的水平。

让学生用调节过程图表示生态系统中的组分变化。

学生活动：图略。认为该调节过程图与血糖平衡调节图相似。

师：这两个调节过程确实相似，它们的调节机制都是负反馈调节。请同学们画出森林火灾发生前后的反馈调节图。

学生活动：略。

详细讲解负反馈调节的定义，并让学生举出负反馈调节与正反馈调节的实例，深刻理解负反馈调节在生态系统调节中的重要性以及自我调节能力的有限性。

设计意图：引导学生自主建构知识间的联系，有利于学生正确分析反馈调节的过程，提升学生的满足感，深化学生的理解。

师：刚刚我们仅用了“草→兔→狼”这一条生态系统中的食物链分析反馈调节过程，那如果是更加复杂的食物网是否会对抵抗力稳定性产生影响 ？

生：应该会，因为当一条食物链的某种动物减少或消失时，会由其他生物来取代它在该条食物链上的位置，因此食物网越复杂，抵抗力稳定性应该越强。

对学生的回答进行完善和归纳，总结出抵抗力稳定性的影响因素，并提问抵抗力稳定性与恢复力稳定性之间是否存在数量关系，让学生详细解释。

生：如果生态系统的组分越复杂，当生态系统被破坏要恢复到原状时应该会更难。如果是组分比较单一的草原，恢复到原状会比较容易。因此，抵抗力稳定性与恢复力稳定性可能呈反比。

教师总结并举出恢复力稳定性与抵抗力稳定性都弱的特例。

设计意图：启发学生独立思考，引导其找出抵抗力稳定性与恢复力稳定性变化的规律。

4.归纳思考，设计方案

让学生小组讨论，以生态缸这一生态系统为例，探讨设计出提高其稳定性的方案。

學生活动：积极思考，讨论出如下方案，

①应控制消费者与分解者等异养生物的种类与数目，使其消耗有机物的量小于生产者制造的量。

②可适当喂食给生态缸中的虾、鱼等，或给生产者提供光源，减轻生产者的负担。

③增加生态缸中的生物组分，提高抵抗力稳定性……

针对学生设计的方案进行评价，分析背后的原理，总结出提高生态系统稳定性的方案。

设计意图：让学生身临其境，为环境保护出谋划策，有利于激发学生的社会责任感。将所学落到实处，可提升其学习的主动性，让学生感悟到生物无处不在。83329F83-9926-4F17-BACF-7F014E664628