生态系统及稳定性教案终稿.doc

重庆市“卓越课堂”生物学科研讨课 反 馈 与 稳 态 以生态系统的稳定性为落脚点一、教材分析“提高生物科学素养”是普通高中生物课程标准课程基本理念的第一条内容。生物科学素养的提高不仅需要掌握必要的生物基础知识，而且还要建立生物学中普遍的观点和思想，这样可以增强学生对自然和社会的认识，形成正确的世界观和价值观。1948年，系统理论科学家维纳在控制论一书中指出，反馈调节是生命系统中的普遍调节机制，因为反馈调节，各个层次的生命系统才能保持稳态。新课程教材必修三整册书都贯穿着这一思想。在必修三第二章第二节学习激素调节时，教材就以“血糖平衡的调节”、“激素分泌的调节”为例，说明了“反馈调节对于机体维持稳态具有重要意义”，并在书旁“知识链接”中提示：生态系统的稳定性也是受反馈调节的。生态系统的稳定性是高中生物必修三第五章第五节的内容，本节主要内容有生态系统的自我调节功能，抵抗力稳定性和恢复力稳定性，提高生态系统的稳定性，及设计并制作生态缸，观察其稳定性。生态系统自我调节能力的实质是生态系统中的“负反馈”，学生如何理解反馈调节在生态系统稳定性中的作用，以及抵抗力稳定性和恢复力稳定性，是本节的教学重点和难点。作为第五章的最后一节，它是建立在前面已经学习了生态系统的结构和功能的基础上的，即生态系统的稳定性就是维持生态系统结构和功能的稳定。作为必修三接近尾声的一节教学内容，也有它的特殊地位和价值，在前面已经初步了解了“反馈与稳态”关系的基础上，学生通过对本节的学习，要对“反馈调节对各个生命系统维持稳态具有重要意义”观点形成较深刻的认识。进一步体会教材将“稳态与环境”这一中心思想作为必修三的模块名称的缘由与巧妙，在本节教学时要注意结合其他各个生命系统的稳态表现，深入体会稳态的重要性。二、教学目标1知识目标阐明生态系统的自我调节能力；举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性；简述提高生态系统稳定性的措施。2能力目标设计并制作生态缸，观察其稳定性；培养查阅、整理、提炼、汇报资料的能力；团队协作能力。3情感目标认同生态系统稳定性的重要性，关注人类活动对生态系统稳定性的影响；树立爱护环境、保护环境的意识；认同稳态在各个生命系统中的重要性，认同反馈调节在各个生命系统稳态调节中的重要作用。三、教学重难点1教学重点阐明生态系统的自我调节能力。2教学难点抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念。四、教学策略基于以上分析，提出如下教学策略：1通过食物网和种间关系的复习，阐明生态系统的自我调节能力，理解其基础是负反馈调节。2通过资料分析，理解抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念，达到会分析不同生态系统稳定性的高低。3结合生态缸的设计和制作讨论提高生态系统稳定性的措施。五、教学准备 教师准备：ppt、弹簧学生准备：生态缸（将生态缸写上名字交到讲台上，用一个大盒子装起来）。六、教学设计教学设计思路：引入：生态系统具有稳定性由生长得郁郁葱葱的森林引入，说明生态系统具有稳定性。建模：生态系统的自我调节能力运用模型构建的方法，通过食虫鸟和害虫之间的负反馈的概念模型，理解生态系统自我调节能力的实质。实证：抵抗力稳定性和恢复力稳定性展示两则研究成果的资料，学生从结果推导结论，提炼出抵抗力稳定性和恢复力稳定性的定义，并分析影响两种稳定性的因素。讨论：提高生态系统稳定性通过讨论学生所制作生态缸的缺陷所在，然后总结出提高生态系统稳定性的措施。总结：反馈与稳态教师带领学生回顾所学内容，体会反馈调节在生命系统中的普遍性，对各个生命系统维持稳态的重要性，启发学生建立“反馈调节”的分析方法，树立系统“稳态”的世界观。教学实施程序：（一）引入：生态系统具有稳定性（ppt打出2张图片：郁郁葱葱的森林）教师：同学们，请看这张照片，这是我07年在长白山野外实习时拍的照片，当时这棵“H”型的大树给我们留下了深刻印象，前几天在网上问一个师弟，实习时有没有去这片森林，他说，这么经典的地方，怎能不去？并且传给我一张他10年照的照片。时隔3年，大树还是这棵大树，林子还是这片林子，通过两张照片的对比，你觉得生态系统具有什么性质呢？学生：稳定性。教师：今天我们就一起来研究“生态系统的稳定性”。（板书：第五节 生态系统的稳定性）教师：像刚才的这片森林，它具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性。大家把教材上第一排黑体字，生态系统的概念勾画一下。教师：像刚才的这片森林，它的环境是固定不变的吗？学生：不是。教师：当外部环境发生变化时，生态系统依然保持着它的稳定性，这说明生态系统它可以自我调节，这是生态系统的自我调节能力。（二）建模：生态系统的自我调节能力（板书：一、生态系统的自我调节能力）教师：下面我们通过一些实例来说明这种能力。（ppt打出2张图：虫与鸟）教师：大家看ppt上的这两张图，第一张这片森林里面虫子增多，食虫鸟会怎么样？食虫鸟变化了，又会引起虫子怎么样？大家用文字、箭头构建一个食虫鸟种群和害虫种群之间的数量变化的一个概念模型。留给大家2分钟时间，之后让同学上来分享一下他的成果。（留给学生2分钟时间，期间教师将ppt转换成投影，并下台和学生交流。与学生交流的问题可以有：适当的提示，要形成一个闭合的回路反馈环。）（选择学生回答问题）（协助学生把模型摆放好）教师：请你把你的模型跟大家分享一下。学生1：教师：大家觉得合理吗？学生2：教师：大家觉得如何？老师这里也构建了个概念模型，给大家展示一下。（不再语言重复了）教师：看这样一个调节过程，以前我们有没有学过类似的这样的调节啊，比如在个体稳态的调节中。学生：血糖平衡的调节、激素分泌的调节、水盐平衡的调节等。教师：这些调节都是个体层面的反馈调节。这是发生在生态系统层面的反馈调节。教师：像这样的反馈调节，系统最初有一个变化，通过调节减弱了这个变化，这种反馈叫做负反馈（ppt）。比如这个例子中，：最初的变化是“虫增多”，调节后让虫减少了，这就是负反馈。再强调一遍：系统最初有一个变化，通过调节减弱了这个变化，这种反馈叫做负反馈。这种调节对于生态系统的稳定具有重要意义。教师：我们这是在分析简单的食物链中的反馈调节，而一个食物网就是有若干食物链交织组成的，向这样的反馈调节在这样一个食物网中就更多了，众多的反馈调节让整个食物网能够维持相对稳定，也就维持了生态系统的稳定。教师：生态系统中的反馈调节很常见，绝大多数都是负反馈，这就是自我调节能力的基础。也就是说，生态系统的稳定就是自我调节能力来实现，这种调节能力又是以负反馈作为基础。（板书：负反馈调节自我调节能力生态系统的稳定性。）教师：大家觉得这种自我调节能力有限制吗？学生：有。教师：对。任何能力都不可能无限制。就像这根弹簧，当我轻轻拉动，它还能恢复原状，但是当超出弹性限度时，就再也不能恢复了。当外界的干扰超过它的调节能力时，生态系统就无法再维持稳定状态，生态系统就会从生态平衡到生态失衡，直至生态危机。看看这样的例子：教材上的插图：过渡放牧的草原。曾今是风吹草低见牛羊，而今是风吹沙飞尘土扬。（ppt展示图片）（三）实证：抵抗力稳定性和恢复力稳定性教师：自我调节能力使生态系统能够维持稳定性，而这个稳定性表现在哪些方面，我们通过两则资料来研究。（ppt展示第一则资料）教师：我以前做过一个研究项目，在松嫩平原上（ppt打出平原图），这是当时我们的实验基地，为了研究放牧对草原生态系统的影响，我们采取了模拟放牧的方式，什么是模拟放牧呢？先人工种植了若干长势相同的羊草，然后进行不同程度的刈割处理（板书：刈割。刈的意思就是割，刈就是割，割就是刈。），这是当时我们的工作现场（ppt）。分别刈割0%、25%、50%，0%就是不刈割，左边第一列，相当于是对照组，刈割25%就是地上部分切掉25%，中间这一列，刈割50%是右边这一列。实验的结果是：（ppt打出数据）教师：前面一列代表刈割强度，后面是数据，统计了高度的变化。这是刈割处理前的，这是处理之后10天测得的，这是处理之后20天测得的。教师：大家观察这个表格里的数据，能够得出什么结论？教师：首先，随着刈割强度的增大，高度有什么变化？学生：比对照组减小了。教师：那么，是不是就说明刈割让植物生长的不好了呢？大家接下来讨论一下这两个问题。（板书：二、生态系统稳定性的表现 留出1分钟，下去和学生讨论。）教师：*同学，你来回答下第二个问题。学生：在刈割前，3组的高度在28cm左右，长势基本相同，刈割后，长势出现了差异，刈割0%的，从28.1长到48.5，长了大概20厘米，刈割25%的，大概被割掉了7厘米，只有21厘米，长到了46.3，虽然没有对照组长得高，但是净长高量有25厘米，比起不刈割的对照组长得还多。再看刈割50%的，大概被割掉了14厘米，只有14厘米，长到了40.1，也没对照组长得高，但是净增高量却有26厘米。教师：问题已经很清楚了，当草原生态系统受到刈割这样的干扰时，不是简单的被动受损，而是增强自身的生长能力，尽量抵抗这样的干扰。（板书：抵抗）教师：*同学，你来回答下第三个问题。学生：在有干扰的情况下，植物最终还是维持了和对照组相同的状态，及维持原状。教师：那么总结起来，生态系统在受到干扰的情况下，它会自我调节，抵抗干扰，维持原状。（ppt示关键词）这种表现称为抵抗力稳定性，（ppt打出该词）哪位同学来给这种稳定性下个定义。学生：生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构和功能保持原状的能力。教师：接下来我们看第二则资料。（ppt打出撂荒人参地的图片）这也是老师当年做过的一个研究，当时我们在长白山野外实习的时候，发现当地有不少人工种植人参的，由于人参是多年生植物，在它的生长期间，土壤中的营养物质已经被消耗殆尽，所以当人参收获以后，这块土地就撂荒（板书：撂荒）了，也就是不再种作物了。我们去调查了不同年限的撂荒人参地的物种组成，这是当时的工作场景（ppt），这是4年的人参撂荒地，这个看起来像个什么生态系统？学生：草原生态系统。教师：可是在种人参前，这里可是一片森林啊。说明这是被破坏了的生态系统。（板书：破坏）教师：这是18年的人参撂荒地，已经基本看不出来是种过人参的地方了。教师：通过调查，统计结果是这样的：（ppt打出不同年限的撂荒地物种比例饼状图）教师：大家观察这个图，分别是4年撂荒地，18年撂荒地，和原始林的物种组成。不同的颜色代表不同的植物类型。将不同年限的撂荒地植物类型比例和原始林的进行对比，看看有什么结论。可以讨论一下。（问题引导：你要注意看这个扇形的比例变化。4年撂荒地的比例，18年撂荒地的比例，和原始林的比较，看看是不是慢慢在朝着原始林的方向恢复？且越来越接近于原始林的物种组成。）（选择学生回答问题）学生：随着撂荒年限的增加，生态系统逐渐的在朝着原始林的方向恢复。教师：这种遭到破坏以后，恢复到原状的能力，我们称为恢复力稳定性。（ppt打出恢复力稳定性的定义，及关键字“遭到破坏，恢复原状”）（ppt打出生态系统稳定性包含这两个方面）教师：生态系统的稳定性就表现为这两个方面：抵抗力稳定性和恢复力稳定性。教师：如果是一片草原开垦来种人参，当然草原上是不适合种人参的，我只是假设，这样的话恢复起来时间上是长一些还是短一些呢？（ppt）学生：短一些。教师：为什么呢？学生：生态系统成分越简单，恢复起来就容易。（可能会从群落演替的角度分析）教师：对，从刚才的饼状图，我们看到了，4年后，这块地就可以长满杂草，说明恢复到草地阶段比较快。因此，恢复力稳定性与生态系统中的组分，营养结构的复杂程度有关系，组分越多，营养结构越复杂，生态系统越难恢复（ppt特点：物种丰富度越小，营养结构越简单，恢复力稳定性越强）。教师：那要是组分越多，营养结构越复杂，生态系统的抵抗力稳定性高还是低呢？学生：高（ppt特点：物种丰富度越大，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强）。教师：为什么？学生：组分越多，营养结构越复杂，自我调节能力就越强，抵抗力稳定性高。教师：所以，森林生态系统、草原生态系统、北极苔原生态系统（ppt），请对它们的抵抗力稳定性排个序吧。学生：森林生态系统草原生态系统北极苔原生态系统。（三）讨论：提高生态系统的稳定性教师：大家在课前，自己制作了生态缸，我们拿来分析一下，看看生态缸的稳定性如何。（各生态缸制作小组学生代表起立介绍各自的生态缸，其他的同学评价和提意见）教师： *同学，你到黑板上，把问题记录一下。（生态缸可能存在的问题有：1.成分不全； 2. 生产者少，消费者多；）教师：看来大家的生态缸制作的都有一定的问题。就针对刚才的问题，提出一些可以提高生态系统稳定性的措施吧，并说明你的理论依据。（板书：三、提高生态系统的稳定性）学生：1.生态系统里的成分要齐全，生物种类适当多一些。教师：生态缸是我们人为构建的生态系统，而实际情况下的自然生态系统，生物种类其实挺齐全的，关键是由于人为的干扰因素，让某些生物减少，甚至灭绝，因此从这个角度讲，我们应该提出什么措施？）控制干扰强度。学生：2.各种成分比例要协调（依据：能量流动的特点是单向流动逐级递减）。教师：从实际情况看，生态系统要稳定，需要生产者有足够的生产能力，这样才能养活食物链后面的消费者。可是，举个例，现今草原日趋退化，生产者的生产能力已经不能满足人类的需求，羊群除了进行放牧外，还需要更多人工的喂养，人为的投入。免得羊把草根都刨出来吃了。这样才能维持生态系统的稳定。所以，第二点，对于草原这样人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质和能量投入，保证生态系统内部结构和功能的协调。教师：从人类角度来讲，我们人类可以做出的努力就是控制干扰和加大物质、能量的投入。教材上的内容勾画一下。教师：回到生活实践中，我们学习了生态系统各方面的知识，现在有个实际问题需要大家来解决。 （ppt示学生公寓后面的石壁山坡）教师：这是哪里？学生：学生公寓后面。教师：近段