資源簡介

選擇性必修 2 生物與環(huán)境
第 3 章 第 5 節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
一、教材分析
本節(jié)課是人教版高中生物選擇性必修 2 第 3 章第 5 節(jié)《生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性》第 1 課時。 新課程標準對本節(jié)內(nèi)容的要求是“生態(tài)系統(tǒng)通過自我調(diào)節(jié)作用抵御和消除一定限度的外來干 擾，保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能的相對穩(wěn)定 ”，并規(guī)定了學生應(yīng)設(shè)計保持和提高某個生態(tài)系 統(tǒng)穩(wěn)定性的方案。《教師教學用書》建議本節(jié)內(nèi)容安排 2 課時，第 1 課時完成“生態(tài)平衡和 生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性 ”教學， 第 2 課時完成“抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性 ”及“提高生態(tài)系統(tǒng) 的穩(wěn)定性 ”的教學。因此， 本課時重點內(nèi)容是理解生態(tài)平衡的內(nèi)涵及維持生態(tài)平衡的負反饋 調(diào)節(jié)機制， 并闡明生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義。本課時的教學內(nèi)容是建立在本章前 4 節(jié)知識基礎(chǔ) 之上，理解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有助于理解生態(tài)平衡的內(nèi)涵；理解種間關(guān)系有助于理解負 反饋調(diào)節(jié)對生態(tài)平衡的作用機制。然而， 本節(jié)內(nèi)容理解又高于前 4 節(jié)， 需要同時具備結(jié)構(gòu)與 功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念。教材中生態(tài)平衡的內(nèi)容 較簡要， 對處于生態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)特征描述也很籠統(tǒng)， 對闡明“生態(tài)平衡是一種動態(tài)的平 衡 ”缺乏形象具體的實例。而生態(tài)平衡的內(nèi)涵的理解， 是準確把握生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的前提 條件， 是本節(jié)內(nèi)容中極為重要的概念。對此， 教學中設(shè)計了以呼倫貝爾草原的相關(guān)資料的探 討， 補充了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都是處于動態(tài)平衡之中的具體情境。另外， 強調(diào)生態(tài)系統(tǒng) 研究的時間和空間尺度， 有助于學生更好地理解生態(tài)平衡的內(nèi)涵。在“生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機制 ” 教學中， 先分析、再嘗試建立調(diào)節(jié)模型， 有助于歸納出生態(tài)平衡的基本調(diào)節(jié)機制及自主調(diào)節(jié) 的屬性，進而可以理解生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性定義。
二、學情分析
通過本章前 4 節(jié)內(nèi)容的學習，學生具備生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)知識，且對生態(tài)系 統(tǒng)中生物之間的關(guān)系及相互影響有一定的認知。多數(shù)學生對森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)所處的 地理、氣候條件變化和生態(tài)平衡狀態(tài)的具體表現(xiàn)等體驗不足。為更好理解生態(tài)平衡的內(nèi)
涵，在例舉呼倫貝爾草原案例中，需通過多媒體提供較為具體、全面的相關(guān)資料知識。鑒 于每個學生的生活體驗和認知差異，本課采用小組討論，在交流中分析、總結(jié)的方式推進 新課，有助于學生系統(tǒng)而全面地分析問題。
三、教學目標
1.理解生態(tài)平衡是指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能處于相對穩(wěn)定的一種狀態(tài)。
2.通過分析生態(tài)系統(tǒng)中的反饋調(diào)節(jié)過程，闡明生態(tài)系統(tǒng)具有自我維持或恢復(fù)生態(tài)平衡 的能力。
四、教學重點、難點
1.教學重點
（1）理解生態(tài)平衡是指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能處于相對穩(wěn)定的一種狀態(tài)。
（2）通過分析生態(tài)系統(tǒng)中的反饋調(diào)節(jié)過程，闡明生態(tài)系統(tǒng)具有自我維持或恢復(fù)生態(tài)平 衡的能力。
2.教學難點
（1）理解生態(tài)平衡的內(nèi)涵。
（2）闡明生態(tài)系統(tǒng)維持或恢復(fù)生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機制。
五、開放性學習環(huán)境
主要通過學生小組討論、師生探討的形式開展教學，黑板板書呈現(xiàn)題干知識，多媒體 投放討論所需的文字、圖片等資料。
六、教學過程
學習任務(wù) 教師活動 學生活動 設(shè)計意圖
討論紫莖澤 蘭入侵的原 因及治理方 法的合理 性。 【問題探討】 資料 1：紫莖澤蘭入侵我國的相關(guān)資料。 討論： 問 1：紫莖澤蘭在原產(chǎn)地沒有大肆繁殖，為什么在 入侵地可以瘋長蔓延？ 答：紫莖澤蘭適應(yīng)性廣、繁殖力強，能分泌抑制其 他植物生長的物質(zhì)，又沒有天敵制約。而在原產(chǎn)地 有天敵制約，這是長期協(xié)同進化的結(jié)果。 問 2：我國曾引入紫莖澤蘭的專食性天敵——澤蘭 實蠅來防治紫莖澤蘭。澤蘭實蠅也是一種外來生 物，對這種方法，你怎么看？ 答：這種方法能抑制紫莖澤蘭瘋長，但澤蘭實蠅作 為外來物種，也存在危害本地物種，破壞生態(tài)平衡 的可能性，投放前需開展安全性研究。 闡述：在討論中可以看出， 一個生態(tài)系統(tǒng)的物種之 間存在著復(fù)雜而協(xié)調(diào)的關(guān)系，這是長期協(xié)同進化的 結(jié)果。 PPT： 一個外來物種來到新環(huán)境，其發(fā)展變化具有不 確定性。可能因不適應(yīng)新環(huán)境而消亡；也可能占據(jù) 一定的生態(tài)位，“和平共處”成為新環(huán)境的組分； 還可能如同紫莖澤蘭在我國瘋漲蔓延，破壞生態(tài)平 衡。 過渡：什么是生態(tài)平衡？為什么紫莖澤蘭會破壞侵 入地的生態(tài)平衡？今天我們一起來學習生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn) 定性的相關(guān)知識。 小組討論回 答。 導(dǎo)入。分 析外來物 種入侵案 例，感性 認知生態(tài) 系統(tǒng)生物 間復(fù)雜關(guān) 系。
理解生態(tài)平 衡的概念 本章的章首照片展示了我國大興安嶺森林和呼 倫貝爾草原，有的交界線僅是一條河。千百年來， 大興安嶺森林和呼倫貝爾草原的外貌、結(jié)構(gòu)以及動 植物組成等都保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，物質(zhì)和能量的 輸入與輸出均衡。它們都是處于生態(tài)平衡的。 像這樣，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能處于相對穩(wěn)定 的一種狀態(tài)，就是生態(tài)平衡。 這個定義是比較抽象而籠統(tǒng)的，如何判斷一個 生態(tài)系統(tǒng)處于生態(tài)平衡呢？ 處于生態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)具有以下特征： （1）結(jié)構(gòu)平衡 這里是指生態(tài)系統(tǒng)的各組分保持相對穩(wěn)定。接 下來我們做具體的分析。 【資料分析】 通過描述 處于生態(tài) 平衡的生 態(tài)系統(tǒng)的 表現(xiàn)，形 成感性認 知。
呼倫貝爾草原地處我國內(nèi)蒙古東北部，大興安 嶺西麓。分布在半干旱地區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季 寒冷干燥，天氣晴朗、降水較少。不同年份或季節(jié) 雨量不均勻，年平均降水量 250~350mm，由東向西 遞減。 資料 2：呼倫貝爾草原 15 年間植被覆蓋度變化趨勢 圖（圖片展示 2000—2009 年(a)和 2010—2014 年 (b)植被覆蓋度變化趨勢的空間分布。） 闡述：變化率取值在（-1，1）之間，0 以上表 示植被覆蓋度增加， 數(shù)值越大增加越顯著， 所示區(qū)域 顏色越深；0 以下表示植被覆蓋度減少，絕對值越大 減少越顯著，所示區(qū)域顏色越淺。 分析：在這 15 年間，前 10 年呼倫貝爾西部和北 部部分區(qū)域出現(xiàn)大面積淺色， 表明該區(qū)域植被覆蓋度 減少嚴重， 后 5 年則有改善， 北部區(qū)域植被覆蓋度增 加顯著。 資料 3：科研人員從大興安嶺西麓的陳巴爾虎旗草甸 草原開始， 向西設(shè)置一條長 195 千米的樣帶， 隨機取 樣; 分別調(diào)查每個樣方內(nèi)出現(xiàn)的植物種類及數(shù)量， 記 錄豐富度和主要優(yōu)勢種，見下表。 思考： 1.呼倫貝爾草原的外貌、植物優(yōu)勢種是穩(wěn)定不 變的嗎？ 2.草原輕度退化，其植物種類數(shù)有什么變化？ 動物呢？ 3.生物量及物種數(shù)目的變化是否會影響生態(tài)系 統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)？ 4.你如何理解呼倫貝爾草原的結(jié)構(gòu)平衡？ 小結(jié)： ①各組分保持相對穩(wěn)定不是一成不變，而是一 種動態(tài)的平衡。 ②生態(tài)系統(tǒng)各組分的相對穩(wěn)定，是生態(tài)系統(tǒng)形 態(tài)結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是結(jié)構(gòu)平衡的 基本特征。 處于生態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)的第二個特征是 （2）功能平衡 生產(chǎn)—消費—分解的生態(tài)過程正常進行，保證 了物質(zhì)總在循環(huán)，能量不斷流動，生物個體持續(xù)發(fā) 展和更新。 這里指生態(tài)系統(tǒng)的功能能夠穩(wěn)定的進行。可 是，如何體現(xiàn)功能處于平衡狀態(tài)呢？ 這里，對功能平衡作出了量化的特征指標。 （3）收支平衡 例如，植物在一定時間內(nèi)制造的可供其他生物 觀看資料。 師生共同討 論。 小組討論回 答。 師生共同小 結(jié)。 通過資料 分析，理 解生態(tài)平 衡特征的 具體含 義。 歸納結(jié)構(gòu) 平衡含 義。
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利用的有機物的量，處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。 先來看一個例子。 資料 4：植被的地上凈初級生產(chǎn)量(NPP) 是指植物光 合作用固定的能量去除植物呼吸作用消耗的能量， 是 用于植物生長、發(fā)育和繁殖的能量， 可以表示可供消 費者和分解者利用的能量。下圖是呼倫貝爾某地草甸 草原的 1961年至 2010年的地上凈初級生產(chǎn)量變化曲 線。 思考： 1. 1961 年至 2010 年該地每年地上凈初級生產(chǎn) 量有什么變化趨勢？ 2. 最近 10 年的曲線波動加劇可能是受到哪些 自然因素的影響？ 3. 如果沒有穩(wěn)定的能量輸入和利用，生態(tài)系統(tǒng) 能否維持其結(jié)構(gòu)和功能？ 凈初級生產(chǎn)量就是植物在一定時間內(nèi)制造的可 供其他生物利用的有機物的量，它是一個可測定的 指標，也是判斷一個生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定 的重要指標。 因此，判斷一個生態(tài)系統(tǒng)是否處于生態(tài)平衡， 可從上述三個特征來反映。 小結(jié)： ① 生態(tài)平衡是一種動態(tài)的平衡。 ② 研究生態(tài)平衡時，注意時間和空間尺度。 時間尺度上， 一年中呼倫貝爾草原春夏植物繁 茂，秋冬植物枯黃，其結(jié)構(gòu)和功能不可能平衡，億 萬年的尺度又過大，地球還處于第四紀冰川時期； 空間尺度上，各區(qū)域變化不均衡，局域草原的可能 因降雨少，連續(xù) 10 年植被覆蓋度趨于下降，若從整 個呼倫貝爾草原看，則整體上保持平衡。 過渡：呼倫貝爾草原時常受自然或人為因素的 干擾，它是如何自我調(diào)節(jié)，維持生態(tài)平衡的呢？ 觀看資料。 思考并回 答。 師生共同小 結(jié)。 分析功能 平衡的表 現(xiàn)，理解 收支平衡 是功能平 衡的重要 指標。 進一步加 深對生態(tài) 平衡的理 解。
理解生態(tài)平 衡的調(diào)節(jié)機 制 【板書】 二、生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機制 情境 1： 在一片草地上兔大量增加，如何通過調(diào)節(jié)恢復(fù) 原有數(shù)量的？嘗試用文字、線框、箭頭等符號，簡 要描繪調(diào)節(jié)過程。 PPT： 自讀 P74 第 二自然段， 思考“思考 討論”第 1 問。 嘗試探討 生態(tài)系統(tǒng) 自我調(diào)節(jié) 能力的基 礎(chǔ)。
闡述：兔數(shù)量增加，草被大量啃食，狼也因食物豐 富而數(shù)量增多。兔的生存空間和資源減少，且更多 兔被狼捕食， 一段時間后，兔數(shù)量又恢復(fù)或接近原 來水平。 像這樣，負反饋： 一個系統(tǒng)工作的效果作為反 饋信息，調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作，使系統(tǒng)工作的效果減 弱或受到限制的調(diào)節(jié)機制。 兔數(shù)量下降是不是該系統(tǒng)工作的效果呢？ PPT: 如果將狼數(shù)量上升看成系統(tǒng)工作效果呢？ 小結(jié)： ①捕食者與被捕食者數(shù)量相互制約是負反饋調(diào)節(jié)。 過渡：生物與無機環(huán)境之間是否也存在負反饋調(diào)節(jié) 呢？ 情境 2： 一場森林火災(zāi)導(dǎo)致大片高大喬木死亡，如何通過調(diào) 節(jié)恢復(fù)原有面貌？嘗試用文字、線框、箭頭等符 號，簡要描繪調(diào)節(jié)過程。 小結(jié)： ①捕食者與被捕食者數(shù)量相互制約是負反饋調(diào)節(jié)。 ②生物與無機環(huán)境之間也存在負反饋調(diào)節(jié)。 ③負反饋調(diào)節(jié)在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在，是生態(tài)系統(tǒng) 具備自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。 思考：為什么紫莖澤蘭會破壞侵入地的生態(tài)平衡？ 種群層面：紫莖澤蘭適應(yīng)性廣、繁殖力強，能分泌 抑制其他植物生長的物質(zhì)。 群落層面：競爭優(yōu)勢明顯，缺少天敵，容易成為優(yōu) 勢種。 生態(tài)系統(tǒng)層面：應(yīng)對紫莖澤蘭數(shù)量增長，生態(tài)系統(tǒng)缺 少相應(yīng)的負反饋調(diào)節(jié)， 即超出了生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能 師生共同小 結(jié)。 思考回答。 小組討論并 構(gòu)建生物與 無機環(huán)境之 間的負反饋 調(diào)節(jié)模型。 思考回答。 師生共同小 結(jié)。 構(gòu)建生物 之間的負 反饋機 制。 構(gòu)建生物 與非生物 環(huán)境之間 的負反 饋。并推 理負反饋 是生態(tài)系 統(tǒng)自我調(diào) 節(jié)能力的 基礎(chǔ)。 用所學知 識分析外 來物種入 侵破壞生 態(tài)平衡的 原因。呼 應(yīng)課前的 問題探
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力的限度， 導(dǎo)致生物多樣性銳減， 破壞了結(jié)構(gòu)平衡和 功能平衡。 這也說明，生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是有限 的。 討。
說出生態(tài)系 統(tǒng)穩(wěn)定性定 義 過渡：紫莖澤蘭入侵的案例提醒我們，維持生 態(tài)平衡，需要及時控制干擾強度， 一旦超出生態(tài)系 統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力，億萬年協(xié)同進化形成的生物多樣 性將不復(fù)存在，生態(tài)平衡將徹底破壞。 在研究生態(tài)平衡時，為了進一步區(qū)分自我調(diào)節(jié) 能力的性質(zhì)及相關(guān)效應(yīng)，同時強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)維持生 態(tài)平衡的能力，提出了一個概念：生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定 性。 定義：生態(tài)系統(tǒng)維持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)與功能處 于相對平衡狀態(tài)的能力。 這一定義突出了生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對干擾的兩種狀 態(tài)，即輕度干擾下維持原狀和干擾導(dǎo)致局部破壞后 恢復(fù)原狀，具體內(nèi)容我們將在下節(jié)課繼續(xù)學習。 提出生態(tài) 系統(tǒng)穩(wěn)定 性的定 義，并作 出初步闡 釋。
七、板書設(shè)計
第 5 節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
（第 1 課時）
一、生態(tài)平衡
1.定義：
2.處于生態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)特征：
（1）結(jié)構(gòu)平衡
（2）功能平衡
（3）收支平衡
二、生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機制
1.負反饋
2.自我調(diào)節(jié)能力
三、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
八、作業(yè)布置
《同步作業(yè)》
九、教學反思
本課基本達成教學目標，在課堂小組討論環(huán)節(jié)學生積極參與，能獲得充分的思考及交 流分享的空間。課堂上師生互動進展不夠流暢， 一方面和資料分析中設(shè)置的問題表意不夠 清晰有關(guān)，另一方面參與錄課的學生尚未完成《選擇性必修 1》，缺乏生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)知識 有關(guān)。這也表明備課需要充分考慮學生的知識基礎(chǔ)和認知能力。
《學習任務(wù)單》
選擇性必修 2 生物與環(huán)境
第 3 章 第 5 節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
（第 1 課時）
學習目標
1.理解生態(tài)平衡的概念 2.討論生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機制 3.說出生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性定義
課前學習任務(wù)
1.復(fù)習生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)內(nèi)容。 2.網(wǎng)上查閱呼倫貝爾草原相關(guān)介紹。
課上學習任務(wù)
【學習任務(wù)一】 紫莖澤蘭入侵的相關(guān)分析： 問 1 ：紫莖澤蘭在原產(chǎn)地沒有大肆繁殖，為什么在入侵地可以瘋長蔓延？ 問 2 ：我國曾引入紫莖澤蘭的專食性天敵——澤蘭實蠅來防治紫莖澤蘭。澤蘭實蠅也是 一種外來生物，對這種方法，你怎么看？ 【學習任務(wù)二】 呼倫貝爾草原分布在半干旱地區(qū)， 夏季炎熱多雨， 冬季寒冷干燥， 天氣晴朗、降水較 少。不同年份或季節(jié)雨量不均勻，年平均降水量 250~350 毫米，由東向西遞減。 探討呼倫貝爾草原的結(jié)構(gòu)平衡：
1.呼倫貝爾草原的外貌和植被生物量是穩(wěn)定不變的嗎？ 2.草原輕度退化，其植物種類數(shù)有什么變化？動物呢？ 3.生物量及物種數(shù)目的變化是否會影響生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)？ 4.你如何理解呼倫貝爾草原的結(jié)構(gòu)平衡？ 【學習任務(wù)三】 探討呼倫貝爾草原的收支平衡： 1. 1961 年至 2010 年該地每年地上凈初級生產(chǎn)量有什么變化趨勢？ 2. 近 10 年的曲線波動加劇可能是受到哪些自然因素的影響？ 3. 若生產(chǎn)者沒有穩(wěn)定的能量固定和輸出，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流 動能否穩(wěn)定進行？
【學習任務(wù)四】 情境 2：一場森林火災(zāi)導(dǎo)致大片高大喬木死亡，如何通過調(diào)節(jié)恢復(fù)原有面 貌？嘗試用文字、線框、箭頭等符號，簡要描繪調(diào)節(jié)過程。

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