资源简介

选择性必修 2 生物与环境
第 3 章 第 5 节 生态系统的稳定性
一、教材分析
本节课是人教版高中生物选择性必修 2 第 3 章第 5 节《生态系统的稳定性》第 1 课时。 新课程标准对本节内容的要求是“生态系统通过自我调节作用抵御和消除一定限度的外来干 扰，保持或恢复自身结构和功能的相对稳定 ”，并规定了学生应设计保持和提高某个生态系 统稳定性的方案。《教师教学用书》建议本节内容安排 2 课时，第 1 课时完成“生态平衡和 生态系统稳定性 ”教学， 第 2 课时完成“抵抗力稳定性和恢复力稳定性 ”及“提高生态系统 的稳定性 ”的教学。因此， 本课时重点内容是理解生态平衡的内涵及维持生态平衡的负反馈 调节机制， 并阐明生态系统稳定性的定义。本课时的教学内容是建立在本章前 4 节知识基础 之上，理解生态系统的结构和功能有助于理解生态平衡的内涵；理解种间关系有助于理解负 反馈调节对生态平衡的作用机制。然而， 本节内容理解又高于前 4 节， 需要同时具备结构与 功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等生命观念。教材中生态平衡的内容 较简要， 对处于生态平衡的生态系统特征描述也很笼统， 对阐明“生态平衡是一种动态的平 衡 ”缺乏形象具体的实例。而生态平衡的内涵的理解， 是准确把握生态系统的稳定性的前提 条件， 是本节内容中极为重要的概念。对此， 教学中设计了以呼伦贝尔草原的相关资料的探 讨， 补充了生态系统的结构和功能都是处于动态平衡之中的具体情境。另外， 强调生态系统 研究的时间和空间尺度， 有助于学生更好地理解生态平衡的内涵。在“生态平衡的调节机制 ” 教学中， 先分析、再尝试建立调节模型， 有助于归纳出生态平衡的基本调节机制及自主调节 的属性，进而可以理解生态系统稳定性定义。
二、学情分析
通过本章前 4 节内容的学习，学生具备生态系统结构和功能的基础知识，且对生态系 统中生物之间的关系及相互影响有一定的认知。多数学生对森林、草原等生态系统所处的 地理、气候条件变化和生态平衡状态的具体表现等体验不足。为更好理解生态平衡的内
涵，在例举呼伦贝尔草原案例中，需通过多媒体提供较为具体、全面的相关资料知识。鉴 于每个学生的生活体验和认知差异，本课采用小组讨论，在交流中分析、总结的方式推进 新课，有助于学生系统而全面地分析问题。
三、教学目标
1.理解生态平衡是指生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
2.通过分析生态系统中的反馈调节过程，阐明生态系统具有自我维持或恢复生态平衡 的能力。
四、教学重点、难点
1.教学重点
（1）理解生态平衡是指生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
（2）通过分析生态系统中的反馈调节过程，阐明生态系统具有自我维持或恢复生态平 衡的能力。
2.教学难点
（1）理解生态平衡的内涵。
（2）阐明生态系统维持或恢复生态平衡的调节机制。
五、开放性学习环境
主要通过学生小组讨论、师生探讨的形式开展教学，黑板板书呈现题干知识，多媒体 投放讨论所需的文字、图片等资料。
六、教学过程
学习任务 教师活动 学生活动 设计意图
讨论紫茎泽 兰入侵的原 因及治理方 法的合理 性。 【问题探讨】 资料 1：紫茎泽兰入侵我国的相关资料。 讨论： 问 1：紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖，为什么在 入侵地可以疯长蔓延？ 答：紫茎泽兰适应性广、繁殖力强，能分泌抑制其 他植物生长的物质，又没有天敌制约。而在原产地 有天敌制约，这是长期协同进化的结果。 问 2：我国曾引入紫茎泽兰的专食性天敌——泽兰 实蝇来防治紫茎泽兰。泽兰实蝇也是一种外来生 物，对这种方法，你怎么看？ 答：这种方法能抑制紫茎泽兰疯长，但泽兰实蝇作 为外来物种，也存在危害本地物种，破坏生态平衡 的可能性，投放前需开展安全性研究。 阐述：在讨论中可以看出， 一个生态系统的物种之 间存在着复杂而协调的关系，这是长期协同进化的 结果。 PPT： 一个外来物种来到新环境，其发展变化具有不 确定性。可能因不适应新环境而消亡；也可能占据 一定的生态位，“和平共处”成为新环境的组分； 还可能如同紫茎泽兰在我国疯涨蔓延，破坏生态平 衡。 过渡：什么是生态平衡？为什么紫茎泽兰会破坏侵 入地的生态平衡？今天我们一起来学习生态系统稳 定性的相关知识。 小组讨论回 答。 导入。分 析外来物 种入侵案 例，感性 认知生态 系统生物 间复杂关 系。
理解生态平 衡的概念 本章的章首照片展示了我国大兴安岭森林和呼 伦贝尔草原，有的交界线仅是一条河。千百年来， 大兴安岭森林和呼伦贝尔草原的外貌、结构以及动 植物组成等都保持相对稳定的状态，物质和能量的 输入与输出均衡。它们都是处于生态平衡的。 像这样，生态系统的结构和功能处于相对稳定 的一种状态，就是生态平衡。 这个定义是比较抽象而笼统的，如何判断一个 生态系统处于生态平衡呢？ 处于生态平衡的生态系统具有以下特征： （1）结构平衡 这里是指生态系统的各组分保持相对稳定。接 下来我们做具体的分析。 【资料分析】 通过描述 处于生态 平衡的生 态系统的 表现，形 成感性认 知。
呼伦贝尔草原地处我国内蒙古东北部，大兴安 岭西麓。分布在半干旱地区，夏季炎热多雨，冬季 寒冷干燥，天气晴朗、降水较少。不同年份或季节 雨量不均匀，年平均降水量 250~350mm，由东向西 递减。 资料 2：呼伦贝尔草原 15 年间植被覆盖度变化趋势 图（图片展示 2000—2009 年(a)和 2010—2014 年 (b)植被覆盖度变化趋势的空间分布。） 阐述：变化率取值在（-1，1）之间，0 以上表 示植被覆盖度增加， 数值越大增加越显著， 所示区域 颜色越深；0 以下表示植被覆盖度减少，绝对值越大 减少越显著，所示区域颜色越浅。 分析：在这 15 年间，前 10 年呼伦贝尔西部和北 部部分区域出现大面积浅色， 表明该区域植被覆盖度 减少严重， 后 5 年则有改善， 北部区域植被覆盖度增 加显著。 资料 3：科研人员从大兴安岭西麓的陈巴尔虎旗草甸 草原开始， 向西设置一条长 195 千米的样带， 随机取 样; 分别调查每个样方内出现的植物种类及数量， 记 录丰富度和主要优势种，见下表。 思考： 1.呼伦贝尔草原的外貌、植物优势种是稳定不 变的吗？ 2.草原轻度退化，其植物种类数有什么变化？ 动物呢？ 3.生物量及物种数目的变化是否会影响生态系 统的营养结构？ 4.你如何理解呼伦贝尔草原的结构平衡？ 小结： ①各组分保持相对稳定不是一成不变，而是一 种动态的平衡。 ②生态系统各组分的相对稳定，是生态系统形 态结构和营养结构相对稳定的基础，是结构平衡的 基本特征。 处于生态平衡的生态系统的第二个特征是 （2）功能平衡 生产—消费—分解的生态过程正常进行，保证 了物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发 展和更新。 这里指生态系统的功能能够稳定的进行。可 是，如何体现功能处于平衡状态呢？ 这里，对功能平衡作出了量化的特征指标。 （3）收支平衡 例如，植物在一定时间内制造的可供其他生物 观看资料。 师生共同讨 论。 小组讨论回 答。 师生共同小 结。 通过资料 分析，理 解生态平 衡特征的 具体含 义。 归纳结构 平衡含 义。
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利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。 先来看一个例子。 资料 4：植被的地上净初级生产量(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 用于植物生长、发育和繁殖的能量， 可以表示可供消 费者和分解者利用的能量。下图是呼伦贝尔某地草甸 草原的 1961年至 2010年的地上净初级生产量变化曲 线。 思考： 1. 1961 年至 2010 年该地每年地上净初级生产 量有什么变化趋势？ 2. 最近 10 年的曲线波动加剧可能是受到哪些 自然因素的影响？ 3. 如果没有稳定的能量输入和利用，生态系统 能否维持其结构和功能？ 净初级生产量就是植物在一定时间内制造的可 供其他生物利用的有机物的量，它是一个可测定的 指标，也是判断一个生态系统结构和功能相对稳定 的重要指标。 因此，判断一个生态系统是否处于生态平衡， 可从上述三个特征来反映。 小结： ① 生态平衡是一种动态的平衡。 ② 研究生态平衡时，注意时间和空间尺度。 时间尺度上， 一年中呼伦贝尔草原春夏植物繁 茂，秋冬植物枯黄，其结构和功能不可能平衡，亿 万年的尺度又过大，地球还处于第四纪冰川时期； 空间尺度上，各区域变化不均衡，局域草原的可能 因降雨少，连续 10 年植被覆盖度趋于下降，若从整 个呼伦贝尔草原看，则整体上保持平衡。 过渡：呼伦贝尔草原时常受自然或人为因素的 干扰，它是如何自我调节，维持生态平衡的呢？ 观看资料。 思考并回 答。 师生共同小 结。 分析功能 平衡的表 现，理解 收支平衡 是功能平 衡的重要 指标。 进一步加 深对生态 平衡的理 解。
理解生态平 衡的调节机 制 【板书】 二、生态平衡的调节机制 情境 1： 在一片草地上兔大量增加，如何通过调节恢复 原有数量的？尝试用文字、线框、箭头等符号，简 要描绘调节过程。 PPT： 自读 P74 第 二自然段， 思考“思考 讨论”第 1 问。 尝试探讨 生态系统 自我调节 能力的基 础。
阐述：兔数量增加，草被大量啃食，狼也因食物丰 富而数量增多。兔的生存空间和资源减少，且更多 兔被狼捕食， 一段时间后，兔数量又恢复或接近原 来水平。 像这样，负反馈： 一个系统工作的效果作为反 馈信息，调节该系统的工作，使系统工作的效果减 弱或受到限制的调节机制。 兔数量下降是不是该系统工作的效果呢？ PPT: 如果将狼数量上升看成系统工作效果呢？ 小结： ①捕食者与被捕食者数量相互制约是负反馈调节。 过渡：生物与无机环境之间是否也存在负反馈调节 呢？ 情境 2： 一场森林火灾导致大片高大乔木死亡，如何通过调 节恢复原有面貌？尝试用文字、线框、箭头等符 号，简要描绘调节过程。 小结： ①捕食者与被捕食者数量相互制约是负反馈调节。 ②生物与无机环境之间也存在负反馈调节。 ③负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统 具备自我调节能力的基础。 思考：为什么紫茎泽兰会破坏侵入地的生态平衡？ 种群层面：紫茎泽兰适应性广、繁殖力强，能分泌 抑制其他植物生长的物质。 群落层面：竞争优势明显，缺少天敌，容易成为优 势种。 生态系统层面：应对紫茎泽兰数量增长，生态系统缺 少相应的负反馈调节， 即超出了生态系统自我调节能 师生共同小 结。 思考回答。 小组讨论并 构建生物与 无机环境之 间的负反馈 调节模型。 思考回答。 师生共同小 结。 构建生物 之间的负 反馈机 制。 构建生物 与非生物 环境之间 的负反 馈。并推 理负反馈 是生态系 统自我调 节能力的 基础。 用所学知 识分析外 来物种入 侵破坏生 态平衡的 原因。呼 应课前的 问题探
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力的限度， 导致生物多样性锐减， 破坏了结构平衡和 功能平衡。 这也说明，生态系统的自我调节能力是有限 的。 讨。
说出生态系 统稳定性定 义 过渡：紫茎泽兰入侵的案例提醒我们，维持生 态平衡，需要及时控制干扰强度， 一旦超出生态系 统自我调节能力，亿万年协同进化形成的生物多样 性将不复存在，生态平衡将彻底破坏。 在研究生态平衡时，为了进一步区分自我调节 能力的性质及相关效应，同时强调生态系统维持生 态平衡的能力，提出了一个概念：生态系统的稳定 性。 定义：生态系统维持或恢复自身结构与功能处 于相对平衡状态的能力。 这一定义突出了生态系统应对干扰的两种状 态，即轻度干扰下维持原状和干扰导致局部破坏后 恢复原状，具体内容我们将在下节课继续学习。 提出生态 系统稳定 性的定 义，并作 出初步阐 释。
七、板书设计
第 5 节 生态系统的稳定性
（第 1 课时）
一、生态平衡
1.定义：
2.处于生态平衡的生态系统特征：
（1）结构平衡
（2）功能平衡
（3）收支平衡
二、生态平衡的调节机制
1.负反馈
2.自我调节能力
三、生态系统的稳定性
八、作业布置
《同步作业》
九、教学反思
本课基本达成教学目标，在课堂小组讨论环节学生积极参与，能获得充分的思考及交 流分享的空间。课堂上师生互动进展不够流畅， 一方面和资料分析中设置的问题表意不够 清晰有关，另一方面参与录课的学生尚未完成《选择性必修 1》，缺乏生态系统相关知识 有关。这也表明备课需要充分考虑学生的知识基础和认知能力。
《学习任务单》
选择性必修 2 生物与环境
第 3 章 第 5 节 生态系统的稳定性
（第 1 课时）
学习目标
1.理解生态平衡的概念 2.讨论生态平衡的调节机制 3.说出生态系统稳定性定义
课前学习任务
1.复习生态系统结构和功能相关内容。 2.网上查阅呼伦贝尔草原相关介绍。
课上学习任务
【学习任务一】 紫茎泽兰入侵的相关分析： 问 1 ：紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖，为什么在入侵地可以疯长蔓延？ 问 2 ：我国曾引入紫茎泽兰的专食性天敌——泽兰实蝇来防治紫茎泽兰。泽兰实蝇也是 一种外来生物，对这种方法，你怎么看？ 【学习任务二】 呼伦贝尔草原分布在半干旱地区， 夏季炎热多雨， 冬季寒冷干燥， 天气晴朗、降水较 少。不同年份或季节雨量不均匀，年平均降水量 250~350 毫米，由东向西递减。 探讨呼伦贝尔草原的结构平衡：
1.呼伦贝尔草原的外貌和植被生物量是稳定不变的吗？ 2.草原轻度退化，其植物种类数有什么变化？动物呢？ 3.生物量及物种数目的变化是否会影响生态系统的营养结构？ 4.你如何理解呼伦贝尔草原的结构平衡？ 【学习任务三】 探讨呼伦贝尔草原的收支平衡： 1. 1961 年至 2010 年该地每年地上净初级生产量有什么变化趋势？ 2. 近 10 年的曲线波动加剧可能是受到哪些自然因素的影响？ 3. 若生产者没有稳定的能量固定和输出，生态系统的物质循环和能量流 动能否稳定进行？
【学习任务四】 情境 2：一场森林火灾导致大片高大乔木死亡，如何通过调节恢复原有面 貌？尝试用文字、线框、箭头等符号，简要描绘调节过程。

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