高中生物 人教版 選修二《生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性》 第3章第5節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（第1課時）

2/2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）歙縣中學(xué)吳俊偉一、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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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?！督處熃虒W(xué)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(xué)，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(xué)。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(fù)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(xué)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(fù)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(zhǔn)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)情分析通過本章前4節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)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(rèn)知。多數(shù)學(xué)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(xué)生的生活體驗和認(rèn)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(xué)生系統(tǒng)而全面地分析問題。三、教學(xué)目標(biāo)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(xué)重點、難點1.教學(xué)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(xué)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(xué)習(xí)環(huán)境主要通過學(xué)生小組討論、師生探討的形式開展教學(xué)，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(xué)過程學(xué)習(xí)任務(wù)教師活動學(xué)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?！締栴}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?？赡芤虿贿m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(xué)習(xí)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(rèn)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】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(yán)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?？墒?，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(biāo)。（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(biāo)，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(biāo)。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(jì)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。師生共同討論。小組討論回答。師生共同小結(jié)。觀看資料。思考并回答。師生共同小結(jié)。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(rèn)知。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。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(biāo)。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：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(fù)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(fù)反饋調(diào)節(jié)。過渡：生物與無機環(huán)境之間是否也存在負(fù)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(fù)反饋調(diào)節(jié)。②生物與無機環(huán)境之間也存在負(fù)反饋調(diào)節(jié)。③負(fù)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(fù)反饋調(diào)節(jié)，即超出了生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的限度，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。自讀P74第二自然段，思考“思考討論”第1問。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(fù)反饋調(diào)節(jié)模型。思考回答。師生共同小結(jié)。嘗試探討生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。構(gòu)建生物之間的負(fù)反饋機制。構(gòu)建生物與非生物環(huán)境之間的負(fù)反饋。并推理負(fù)反饋是生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。用所學(xué)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(xué)習(xí)。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(fù)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(xué)反思本課基本達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，在課堂小組討論環(huán)節(jié)學(xué)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(xué)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(xué)生的知識基礎(chǔ)和認(rèn)知能力?！秾W(xué)習(xí)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(xué)習(xí)目標(biāo)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(xué)習(xí)任務(wù)1.復(fù)習(xí)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(xué)習(xí)任務(wù)【學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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