“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”教學(xué)設(shè)計

曹琦琪

現(xiàn)今課程發(fā)展的趨勢發(fā)生了明顯變化，已逐漸從以學(xué)科為本位轉(zhuǎn)向整體化、綜合化。而地理學(xué)兼具自然科學(xué)和社會科學(xué)的性質(zhì)，是研究地理環(huán)境以及人類活動與地理環(huán)境關(guān)系的科學(xué)，生物學(xué)屬于自然科學(xué)，其中自然地理基礎(chǔ)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(huán)境要素間的物質(zhì)、能量交換是自然環(huán)境的整體性基礎(chǔ)”，與高中生物人教版選擇性必修2的第3章中“物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能”相對應(yīng)。因此，本文以“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計為載體，試圖從生物學(xué)角度解釋自然環(huán)境的穩(wěn)定功能及其對干擾的整體響應(yīng)。

一、教學(xué)分析

1.課標(biāo)分析

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中對該部分內(nèi)容做了如下要求：解釋生態(tài)系統(tǒng)具有保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定，并維持動態(tài)平衡的能力;舉例說明生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)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(tài)系統(tǒng)在受到一定限度的外來干擾時，能夠通過自我調(diào)節(jié)維持穩(wěn)定。

2.教材分析

本節(jié)內(nèi)容位于高中生物人教版選擇性必修2的第3章第5節(jié)，前四節(jié)學(xué)習(xí)了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及生態(tài)系統(tǒng)的三大功能——能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞，而“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”明顯是前四節(jié)內(nèi)容的綜合與升華，其中處于生態(tài)平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性具備結(jié)構(gòu)平衡、功能平衡、收支平衡三個特征，結(jié)構(gòu)平衡、收支平衡與第1節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及其作用相對應(yīng)，功能平衡涵蓋了2、3、4節(jié)中生態(tài)系統(tǒng)各功能的特征。此外，第1、2章主要講述種群與群落的結(jié)構(gòu)、特征和變化，探究的是生態(tài)系統(tǒng)中生物間的關(guān)系和變化，而在第3章中不僅要探尋生物與生物間的關(guān)系，還要研究生物與環(huán)境的關(guān)系，至于第4章“人與環(huán)境”的主旨在本節(jié)提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性中也有所體現(xiàn)。

3.學(xué)情分析

學(xué)生在此前已學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能，具備一定的知識儲備，本節(jié)課是前面內(nèi)容的有機整合，需注意循序漸進，有效引導(dǎo)學(xué)生建立知識間的聯(lián)系。高二學(xué)生經(jīng)過一年的磨煉，設(shè)計實驗、動手操作能力提升，可在課前設(shè)計活動鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，營造良好氛圍。

4.教學(xué)重難點

重點：正確理解并闡明生態(tài)平衡的特征，分析反饋調(diào)節(jié)的過程，舉例說明生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的動態(tài)變化

難點：設(shè)計制作生態(tài)缸，設(shè)計提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方案。

二、教學(xué)目標(biāo)

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(tài)平衡的定義;通過生態(tài)杠的對比和觀察，分析出生態(tài)平衡的特征;通過案例展示，正確概括抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性的定義;

2.科學(xué)思維：通過畫出相應(yīng)的食物網(wǎng)、建立模型，分析比較抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性以及反饋調(diào)節(jié)的過程;

3.科學(xué)探究：能設(shè)計制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性，并探討設(shè)計出提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方案;

4.社會責(zé)任：學(xué)習(xí)本節(jié)后，能培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的意識與責(zé)任感。

三、教學(xué)過程

1.情境導(dǎo)入，確定主題

展示有關(guān)澳大利亞山火和美國白蛾入侵中國的兩則材料，讓學(xué)生瀏覽材料，發(fā)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(zāi)后有人發(fā)現(xiàn)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(yán)重危害林木和果樹，樹木成片枯死，白蛾被國家林業(yè)局列為重點治理的害蟲，我國科學(xué)家經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)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(chǎn)在美國白蛾的幼蟲體內(nèi)，利用這些幼蟲的營養(yǎng)發(fā)育長大，使白蛾侵害率降到了0.1%以下，并能達(dá)到持續(xù)控制的效果。

師生總結(jié)：盡管生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)總是能夠維持著相對穩(wěn)定。

師：那么生態(tài)平衡究竟是什么，又與什么相關(guān)，為什么能夠維持相對穩(wěn)定，這將是本堂課學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。

設(shè)計意圖：通過出示實例和數(shù)據(jù)，增強學(xué)生的社會責(zé)任感。兩則材料分別對應(yīng)本節(jié)的恢復(fù)力穩(wěn)定性與抵抗力穩(wěn)定性，使整個課堂思路的呈現(xiàn)更加合理、環(huán)環(huán)相扣。且材料一與生物防治有關(guān)，突出章節(jié)之間的聯(lián)系。

2.小組匯報，理解概念

讓各小組展示設(shè)計制作的生態(tài)缸，并以生態(tài)缸中生產(chǎn)者、消費者和分解者的種類與數(shù)目為思路進行匯報。

學(xué)生活動：略。

師：同學(xué)們認(rèn)為設(shè)計生態(tài)缸時，應(yīng)將哪些因素納入考慮范圍？如何判斷生態(tài)缸已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)？

生：應(yīng)考慮陽光、水分等非生物的物質(zhì)和能量，除此之外還需要生產(chǎn)者、消費者與分解者?？梢酝ㄟ^水質(zhì)的變化情況、生態(tài)缸中生物的數(shù)量變化情況等判斷。

提示學(xué)生在學(xué)習(xí)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(nèi)是否生長。

生：還可以設(shè)法檢測該生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)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(jié)：歸納出生態(tài)平衡的概念，理解生態(tài)平衡的三個特征。

設(shè)計意圖：通過學(xué)生活動，引導(dǎo)其自主建構(gòu)生態(tài)平衡的概念。在教師提出問題的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生加強知識間的聯(lián)系并建構(gòu)結(jié)構(gòu)與功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等生命觀念，深刻理解生態(tài)平衡的三個特征。

3.分析調(diào)節(jié)過程，掌握生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性

講解生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性這一概念，提示學(xué)生依據(jù)上述兩則材料將生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性細(xì)分。

學(xué)生活動：積極思考，小組探討，將重點落在生態(tài)系統(tǒng)回復(fù)到相對穩(wěn)定前的狀態(tài)，總結(jié)出“調(diào)整”“維持”“保護”以及“修復(fù)”“重返”“恢復(fù)”等兩類詞。

在學(xué)生思維活躍且回答恰好與主題相扣時進一步引導(dǎo)，讓學(xué)生理解將生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性細(xì)分為兩類的原因，提出抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性的概念，并通過材料中的實例進行區(qū)分。

師：請同學(xué)們閱讀教材74頁兔大量增加以及森林火災(zāi)發(fā)生前后的材料，思考它們分別體現(xiàn)了那種生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

生：閱讀教材內(nèi)容，回答問題。兔大量增加后卻反過來抑制兔的數(shù)目，維持了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，屬于抵抗力穩(wěn)定性。森林火災(zāi)的發(fā)生后，最終也使得森林面貌恢復(fù)，在此過程中恢復(fù)了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，屬于恢復(fù)力穩(wěn)定性。

設(shè)計意圖：學(xué)生在教師引導(dǎo)下，通過教材中的材料主動建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、抵抗力穩(wěn)定性以及恢復(fù)力穩(wěn)定性的概念，突出學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體這一思想，充分調(diào)動學(xué)生的興趣與積極性。且材料來源于教材，有利于學(xué)生對教材內(nèi)容的把握。

師：既然同學(xué)們已經(jīng)把握生態(tài)系統(tǒng)在不超過限度時常處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，那為什么會出現(xiàn)這樣的結(jié)果，是什么機制使然呢？

隨機選取一名學(xué)生畫出“草→兔→狼”的食物鏈，并提問若兔的數(shù)目大量增加，該生態(tài)系統(tǒng)中的組分會發(fā)生什么變化？

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

讓學(xué)生用調(diào)節(jié)過程圖表示生態(tài)系統(tǒng)中的組分變化。

學(xué)生活動：圖略。認(rèn)為該調(diào)節(jié)過程圖與血糖平衡調(diào)節(jié)圖相似。

師：這兩個調(diào)節(jié)過程確實相似，它們的調(diào)節(jié)機制都是負(fù)反饋調(diào)節(jié)。請同學(xué)們畫出森林火災(zāi)發(fā)生前后的反饋調(diào)節(jié)圖。

學(xué)生活動：略。

詳細(xì)講解負(fù)反饋調(diào)節(jié)的定義，并讓學(xué)生舉出負(fù)反饋調(diào)節(jié)與正反饋調(diào)節(jié)的實例，深刻理解負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)中的重要性以及自我調(diào)節(jié)能力的有限性。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識間的聯(lián)系，有利于學(xué)生正確分析反饋調(diào)節(jié)的過程，提升學(xué)生的滿足感，深化學(xué)生的理解。

師：剛剛我們僅用了“草→兔→狼”這一條生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈分析反饋調(diào)節(jié)過程，那如果是更加復(fù)雜的食物網(wǎng)是否會對抵抗力穩(wěn)定性產(chǎn)生影響?？

生：應(yīng)該會，因為當(dāng)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(wǎng)越復(fù)雜，抵抗力穩(wěn)定性應(yīng)該越強。

對學(xué)生的回答進行完善和歸納，總結(jié)出抵抗力穩(wěn)定性的影響因素，并提問抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性之間是否存在數(shù)量關(guān)系，讓學(xué)生詳細(xì)解釋。

生：如果生態(tài)系統(tǒng)的組分越復(fù)雜，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)被破壞要恢復(fù)到原狀時應(yīng)該會更難。如果是組分比較單一的草原，恢復(fù)到原狀會比較容易。因此，抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性可能呈反比。

教師總結(jié)并舉出恢復(fù)力穩(wěn)定性與抵抗力穩(wěn)定性都弱的特例。

設(shè)計意圖：啟發(fā)學(xué)生獨立思考，引導(dǎo)其找出抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性變化的規(guī)律。

4.歸納思考，設(shè)計方案

讓學(xué)生小組討論，以生態(tài)缸這一生態(tài)系統(tǒng)為例，探討設(shè)計出提高其穩(wěn)定性的方案。

學(xué)生活動：積極思考，討論出如下方案，

①應(yīng)控制消費者與分解者等異養(yǎng)生物的種類與數(shù)目，使其消耗有機物的量小于生產(chǎn)者制造的量。

②可適當(dāng)喂食給生態(tài)缸中的蝦、魚等，或給生產(chǎn)者提供光源，減輕生產(chǎn)者的負(fù)擔(dān)。

③增加生態(tài)缸中的生物組分，提高抵抗力穩(wěn)定性……

針對學(xué)生設(shè)計的方案進行評價，分析背后的原理，總結(jié)出提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方案。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生身臨其境，為環(huán)境保護出謀劃策，有利于激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感。將所學(xué)落到實處，可提升其學(xué)習(xí)的主動性，讓學(xué)生感悟到生物無處不在。