“生態系統的穩定性”教學設計

曹琦琪

現今課程發展的趨勢發生了明顯變化，已逐漸從以學科為本位轉向整體化、綜合化。而地理學兼具自然科學和社會科學的性質，是研究地理環境以及人類活動與地理環境關系的科學，生物學屬于自然科學，其中自然地理基礎的部分知識正好與某些生物知識一致。如高中地理人教版選擇性必修1的第5章中提到“自然環境要素間的物質、能量交換是自然環境的整體性基礎”，與高中生物人教版選擇性必修2的第3章中“物質循環、能量流動和信息傳遞是生態系統的基本功能”相對應。因此，本文以“生態系統的穩定性”一節的教學設計為載體，試圖從生物學角度解釋自然環境的穩定功能及其對干擾的整體響應。

一、教學分析

1.課標分析

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中對該部分內容做了如下要求：解釋生態系統具有保持或恢復自身結構和功能相對穩定，并維持動態平衡的能力;舉例說明生態系統的穩定性會受到自然或人為因素的影響，如氣候變化、自然事件、人類活動或外來物種入侵等;闡明生態系統在受到一定限度的外來干擾時，能夠通過自我調節維持穩定。

2.教材分析

本節內容位于高中生物人教版選擇性必修2的第3章第5節，前四節學習了生態系統的結構及生態系統的三大功能——能量流動、物質循環、信息傳遞，而“生態系統的穩定性”明顯是前四節內容的綜合與升華，其中處于生態平衡狀態的穩定性具備結構平衡、功能平衡、收支平衡三個特征，結構平衡、收支平衡與第1節生態系統的組成成分及其作用相對應，功能平衡涵蓋了2、3、4節中生態系統各功能的特征。此外，第1、2章主要講述種群與群落的結構、特征和變化，探究的是生態系統中生物間的關系和變化，而在第3章中不僅要探尋生物與生物間的關系，還要研究生物與環境的關系，至于第4章“人與環境”的主旨在本節提高生態系統的穩定性中也有所體現。

3.學情分析

學生在此前已學習生態系統的結構及功能，具備一定的知識儲備，本節課是前面內容的有機整合，需注意循序漸進，有效引導學生建立知識間的聯系。高二學生經過一年的磨煉，設計實驗、動手操作能力提升，可在課前設計活動鍛煉學生的科學思維，營造良好氛圍。

4.教學重難點

重點：正確理解并闡明生態平衡的特征，分析反饋調節的過程，舉例說明生態系統穩定性的動態變化

難點：設計制作生態缸，設計提高生態系統穩定性的方案。

二、教學目標

1.生命觀念：通過澳大利亞山火和美國白蛾的案例，正確歸納生態平衡的定義;通過生態杠的對比和觀察，分析出生態平衡的特征;通過案例展示，正確概括抵抗力穩定性與恢復力穩定性的定義;

2.科學思維：通過畫出相應的食物網、建立模型，分析比較抵抗力穩定性與恢復力穩定性以及反饋調節的過程;

3.科學探究：能設計制作生態缸，觀察其穩定性，并探討設計出提高生態系統穩定性的方案;

4.社會責任：學習本節后，能培養學生關注生態系統穩定性的意識與責任感。

三、教學過程

1.情境導入，確定主題

展示有關澳大利亞山火和美國白蛾入侵中國的兩則材料，讓學生瀏覽材料，發表意見。

材料一：2019年9月，澳大利亞的一場山火熊烈地燃燒了4個月，超過600萬公頃的土地被火蝕，叢林被燒滅殆盡，災后有人發現被燒毀的叢林地面上長出了小草。

材料二：1979年美國白蛾入侵我國，嚴重危害林木和果樹，樹木成片枯死，白蛾被國家林業局列為重點治理的害蟲，我國科學家經研究發現了一種能有效控制美國白蛾的寄生蜂——周氏嚙小蜂，這種蜂身長只有1毫米，它能將卵產在美國白蛾的幼蟲體內，利用這些幼蟲的營養發育長大，使白蛾侵害率降到了0.1%以下，并能達到持續控制的效果。

師生總結：盡管生態生態系統時常受到氣候變化、物種入侵、自然因素或人為因素的影響，但只要這些影響不超過限度，生態系統總是能夠維持著相對穩定。

師：那么生態平衡究竟是什么，又與什么相關，為什么能夠維持相對穩定，這將是本堂課學習的主要內容。

設計意圖：通過出示實例和數據，增強學生的社會責任感。兩則材料分別對應本節的恢復力穩定性與抵抗力穩定性，使整個課堂思路的呈現更加合理、環環相扣。且材料一與生物防治有關，突出章節之間的聯系。

2.小組匯報，理解概念

讓各小組展示設計制作的生態缸，并以生態缸中生產者、消費者和分解者的種類與數目為思路進行匯報。

學生活動：略。

師：同學們認為設計生態缸時，應將哪些因素納入考慮范圍？如何判斷生態缸已達到穩定狀態？

生：應考慮陽光、水分等非生物的物質和能量，除此之外還需要生產者、消費者與分解者。可以通過水質的變化情況、生態缸中生物的數量變化情況等判斷。

提示學生在學習光合作用時，可通過檢測O2釋放量（或消耗量）與CO2消耗量（或釋放量）的方法判斷該植株在一晝夜內是否生長。

生：還可以設法檢測該生態系統中生產者制造有機物的量與消費者、分解者消耗有機物的量。

師生總結：歸納出生態平衡的概念，理解生態平衡的三個特征。

設計意圖：通過學生活動，引導其自主建構生態平衡的概念。在教師提出問題的基礎上，幫助學生加強知識間的聯系并建構結構與功能觀、穩態與平衡觀等生命觀念，深刻理解生態平衡的三個特征。

3.分析調節過程，掌握生態系統穩定性

講解生態系統穩定性這一概念，提示學生依據上述兩則材料將生態系統穩定性細分。

學生活動：積極思考，小組探討，將重點落在生態系統回復到相對穩定前的狀態，總結出“調整”“維持”“保護”以及“修復”“重返”“恢復”等兩類詞。83329F83-9926-4F17-BACF-7F014E664628

在學生思維活躍且回答恰好與主題相扣時進一步引導，讓學生理解將生態系統穩定性細分為兩類的原因，提出抵抗力穩定性與恢復力穩定性的概念，并通過材料中的實例進行區分。

師：請同學們閱讀教材74頁兔大量增加以及森林火災發生前后的材料，思考它們分別體現了那種生態系統穩定性。

生：閱讀教材內容，回答問題。兔大量增加后卻反過來抑制兔的數目，維持了生態系統的結構功能，屬于抵抗力穩定性。森林火災的發生后，最終也使得森林面貌恢復，在此過程中恢復了生態系統的結構功能，屬于恢復力穩定性。

設計意圖：學生在教師引導下，通過教材中的材料主動建構生態系統穩定性、抵抗力穩定性以及恢復力穩定性的概念，突出學生是學習的主體這一思想，充分調動學生的興趣與積極性。且材料來源于教材，有利于學生對教材內容的把握。

師：既然同學們已經把握生態系統在不超過限度時常處于相對穩定狀態，那為什么會出現這樣的結果，是什么機制使然呢？

隨機選取一名學生畫出“草→兔→狼”的食物鏈，并提問若兔的數目大量增加，該生態系統中的組分會發生什么變化？

生：兔的數量增加，種內競爭加劇，分配到每只兔的資源相對減少，草的數量也相應減少，狼因食物增加而增多。但當狼的數目增多會捕食更多的兔，從而抑制兔的數量，資源和生存空間相對較少難以供給，也會抑制兔的數量，最終導致兔的數量又恢復到與原來相近的水平。

讓學生用調節過程圖表示生態系統中的組分變化。

學生活動：圖略。認為該調節過程圖與血糖平衡調節圖相似。

師：這兩個調節過程確實相似，它們的調節機制都是負反饋調節。請同學們畫出森林火災發生前后的反饋調節圖。

學生活動：略。

詳細講解負反饋調節的定義，并讓學生舉出負反饋調節與正反饋調節的實例，深刻理解負反饋調節在生態系統調節中的重要性以及自我調節能力的有限性。

設計意圖：引導學生自主建構知識間的聯系，有利于學生正確分析反饋調節的過程，提升學生的滿足感，深化學生的理解。

師：剛剛我們僅用了“草→兔→狼”這一條生態系統中的食物鏈分析反饋調節過程，那如果是更加復雜的食物網是否會對抵抗力穩定性產生影響?？

生：應該會，因為當一條食物鏈的某種動物減少或消失時，會由其他生物來取代它在該條食物鏈上的位置，因此食物網越復雜，抵抗力穩定性應該越強。

對學生的回答進行完善和歸納，總結出抵抗力穩定性的影響因素，并提問抵抗力穩定性與恢復力穩定性之間是否存在數量關系，讓學生詳細解釋。

生：如果生態系統的組分越復雜，當生態系統被破壞要恢復到原狀時應該會更難。如果是組分比較單一的草原，恢復到原狀會比較容易。因此，抵抗力穩定性與恢復力穩定性可能呈反比。

教師總結并舉出恢復力穩定性與抵抗力穩定性都弱的特例。

設計意圖：啟發學生獨立思考，引導其找出抵抗力穩定性與恢復力穩定性變化的規律。

4.歸納思考，設計方案

讓學生小組討論，以生態缸這一生態系統為例，探討設計出提高其穩定性的方案。

學生活動：積極思考，討論出如下方案，

①應控制消費者與分解者等異養生物的種類與數目，使其消耗有機物的量小于生產者制造的量。

②可適當喂食給生態缸中的蝦、魚等，或給生產者提供光源，減輕生產者的負擔。

③增加生態缸中的生物組分，提高抵抗力穩定性……

針對學生設計的方案進行評價，分析背后的原理，總結出提高生態系統穩定性的方案。

設計意圖：讓學生身臨其境，為環境保護出謀劃策，有利于激發學生的社會責任感。將所學落到實處，可提升其學習的主動性，讓學生感悟到生物無處不在。83329F83-9926-4F17-BACF-7F014E664628