第 3 章 生态系统及其稳定性 第 5 节 生态系统的稳定性
年级 高二年级 授课时间 1 课时
课题 第 5 节 生态系统的稳定性
教材分析 本节内容主要包生态平衡与生态系统的稳定性、抵抗力稳定性和恢复力稳定性、 提高生态系统的稳定性三部分。课程标准与本节对应的“ 内容要求 ”是:生态系统 公国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。该重要概念包含以下三个次位概念:解释生态系统具有保持或恢复自身 结构和功能相对稳定,并维持动态平衡的能力;举例说明生态系统的稳定性会受到 自然或人为因素的影响,如气候变化、自然事件、人类活动或外来物种入侵等;阐 明生态系统在受到一定限度的外来干扰时, 能够通过自我调节维持稳定。对应的“学 业要求 ”是:从生态系统具备有限自我调节能力的视角,预测和论证某一因素对生 态系统的干扰可能引发的多种潜在变化。 “教学提示 ”是:设计并制作生态瓶或生 态缸,观察和比较不同生态瓶中生态系统的稳定性。 本节课通过问题探讨创设情境,引导学生思考外来物种入侵对生态系统的影 响,然后提出治理方法,评价其合理性,以培养学生的科学思维能力;接着介绍了 生态平衡,说明反馈调节对维持生态平衡的作用,解释了生态平衡与生态系统稳定 性的关系,然后结合实例解释了生态系统稳定性的两种属性,有助于学生构建生态 系统稳定性的概念,最后联系生产实践,介绍了提高生态系统稳定性的必要性以及 措施,并让学生设计制作生态瓶实验,引导学生将所学知识进行应用,培养其思维 能力,提高探究实践能力。
教学目标 1.概述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,阐明生态系统具有维持或恢复生态平 衡的能力。 3.举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 4.通过设计提高生态系统稳定性的方案,关注人类活动对生态系统稳定性的影 响。 5.设计并制作生态缸(或生态瓶) ,观察其稳定性。
教学重、难点 1.教学重点 (1)分析生态系统中的反馈调节过程, 阐明生态系统具有维持或恢复生态平衡的能 力。 (2)举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 2.教学难点 (1)举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 (2)设计提高生态系统稳定性的方案。
教学过程
教学内容 教师活动 学生 活动
引入新课 【创设情境】 20 世纪,青藏高原的生态环境明显恶化,形势日益严峻。位于高 原腹地的“三江源 ”,冰川、雪山逐年萎缩,江河、湖泊和湿地缩小、 干涸;沙化、水土流失的面积不断扩大;荒漠化和草地退化日益突出; 长期的滥垦乱伐使大面积的草地和近一半的森林遭到严重破坏;虫鼠害 肆虐;珍稀野生动物盗猎严重;受威胁的生物物种占总类的 20%以上。 根据资料,提出问题引发学生思考和讨论: 1.当地生态系统进行的演替属哪种类型?演替的方向? 提示:次生演替;由物种丰富度高向低方向。 2.当地生态系统的结构和功能会发生变化吗?为什么? 提示:物种数量减少,营养结构变简单;物质循环、能量流动等生 态系统的功能受到严重影响。 学 生 阅 读 情 境 资料, 了 解 三 江 源 的 环 境 变化, 思 考 并 回 答 相 应 问 题。
新 课 教 学 一 、 生态 平衡 与生 态系 统的 稳定 性 1、生态平衡 (1)概念:生态系统的结构和功能处于相对稳定的状态,就是生 态平衡。 (2)特征: ①结构平衡:生态系统各组分保持相对稳定 ②收支平衡:生产者在一定时间内制造的可供其他生物利用的量, 处于比较稳定的状态。 【思考】在成熟阶段, 群落的总生产量和总呼吸量呈现怎样的趋势? 这说明了什么? 学生 阅读 教材, 了解 生态 平衡 的概 念和 特征, 思考 并回 答相 关问 题,加 深对 生态 平衡 的理 解。
提示:总生产量和总呼吸量均趋于稳定,且相对值接近。说明群落 在输入和输出上趋于平衡状态,即生态系统表现为收支平衡。 ③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。 (3)调节机制:负反馈调节 【任务一】分析生态系统中的反馈调节过程 尝试用文字、线框、箭头等符号,任选一个实例,简要描绘其 中的 调节过程。 提示: 学 生 根 据 图 片 展 示 内 容,选 择 其 中 一 个 实
【总结】负反馈调节机制是自我调节能力的基础 【回顾】反馈调节概念 在一个系统中, 系统工作的效果, 反过来又作为信息 调节该系统的工作,并且使系统工作的效果减弱或受到限 制,它可使系统保持稳定。 【教材:选择性必修 P52】 例,构 建 负 反 馈 调 节 过程。 学 生 回 顾 反
例如:负反馈调节 【补充】正反馈调节的过程 实例:湖泊受到严重污染,鱼等生物会因死亡而减少,尸 体腐烂,又会进一步加重污染,引起更多的生物死亡,污 染更加严重。 馈 调 节 概 念, 以 及 人 体 内 环 境 稳 态 调 节 中 的 负 反 馈 调 节 实 例。 学 生 根 据 正 反 馈
结果:使生态系统远离平衡状态 2、生态系统的稳定性 (1)概念: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。生态系统的稳定性,强调的是生态系统维 持生态平衡的能力。 (2)调节机制 (3)类型: 调 节 实例, 构 建 正 反 馈 调 节 模 型,进 一 步 理 解 反 馈 调节。 学 生 阅 读 教 材,理 解 生 态 系 统 的 稳 定 性 的 概念、 类 型 和 调 节 机 制。
二、 抵抗 力稳 定性 和恢 复力 1.抵抗力稳定性 (1)含义:生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(或不 受损害)的能力。 (2)规律:一般来说,生态系统中的组分越多,食物网越复杂,其自我调 节能力就越强,抵抗力稳定性就越高,如热带雨林生态系统。 学 生阅 读教 材,总 结抵
稳定 性 2.恢复力稳定性 (1)含义:生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。 (2)特点:生态系统在受到不同的干扰(破坏)后,其恢复速度与恢复时间 是不一样的。 【讨论】比较森林生态系统和三江源地区的草原生态系统在两种稳定性 表现上的差别,简要表述理由。 提示:一般来说,生态系统中的组分越多,食物网越复杂,其自我调节 能力就越强, 抵抗力稳定性就越高。反之, 生态系统的组分越少, 食物 网越简单,其自我调节能力就越弱,恢复力稳定性较高。 【任务二】生态系统的稳定性之间的关系 1.请用数学模型来表示两种稳定性的关系。 抗力 稳定 性和 恢复 力稳 定性 的概 念和 特点, 思考、 讨论 并回 答相 关问 题。 学生 根据 理解, 构建 抵抗 力稳
【思考】结构简单的生态系统, 抵抗力稳定性低, 恢复力稳定性一定高 吗? 提示:对于环境条件极其恶劣的生态系统,如北极苔原生态系统,其抵 抗力稳定性和恢复力稳定性都较低! 2.如图表示抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系, 据图分析 定性 和恢 复力 稳定 性二 者之 间的 数学 模型, 思考 并回 答相 关问 题。 通过 填写 表格, 学生 归纳 抵抗 力稳 定性
回答下列问题:
(1)在受到干扰之前, 曲线在正常范围内波动是由于该生态系统具有 。 (2)热带雨林生态系统与草原生态系统相比, 受到相同干扰时, 草原生态 系统的 y 值要 (填“大于”或“小于”)热带雨林的 y 值。 (3)x 的大小可作为 强弱的指标,x 值越大,说明恢复力 稳定性越 。 (4)TS 表示曲线与正常范围之间所围成的面积,TS 值越大,说明生态系 统的总稳定性越 。 提示:(1)自我调节能力 (2)大于 (3)恢复力稳定性 低 (4)低 【核心归纳】抵抗力稳定性和恢复力稳定性的比较
3.提高生态系统的稳定性 (1)原因 ①处于生态平衡的生态系统可以持续不断地满足人类生活所需。 ②处于生态平衡中的生态系统能够使人类生活与生产的环境保持稳 定。 (2)措施 ①控制对生态系统的干扰强度,在不超过生态系统自我调节能力的范 围内,合理、适度地利用生态系统。 ②对人类利用强度较大的生态系统, 应给予相应的物质、能量的投入, 保证生态系统内部结构与功能的协调。 【资料分析】 1. 2005 年,我国启动三江源生态保护和建设一期工程, 总投资 75 亿元, 项目兼顾生态保护、民生改善、生产布局多方面。 2.青海在环境“倒逼”下开始“铁腕”治理, 对三江源地区 4 州 17 县市全面 实施沙化治理、禁牧封育、退牧还草、移民搬迁、湿地保护、人工增雨、 工程灭鼠等项目。 3. 2014 年初,三江源生态保护和建设二期工程启动。 4.从 2005 年到 2019 年, 14 年间, 国家在三江源地区持续投入逾 180 亿 元。 和恢 复力 稳定 性的 区别 与联 系。 学生 阅读 教材, 结合 理解, 说出 提高 生态 系统 稳定 性的 原因 和措 施。 学生 阅读 资料, 分析 总结 提高 三江 源生 态系
问题:请根据以上资料,为提高三江源地区生态系统的稳定性制定哪些 措施? 提示: 统的 稳定 性制 定的 措施, 培养 学生 的社 会责 任意 识。
【习 题巩 固】 1.下列关于生态平衡的说法,不正确的是 A.生态平衡就是生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态 B.处于生态平衡的生态系统的各种组成成分保持不变 C.处于生态平衡的生态系统的物质和能量的输入和输出达到平衡状态 D.生态平衡的调节机制是负反馈调节 【答案】B 解析:处于生态平衡的生态系统的结构与功能处于相对稳定状态,生态 系统的各组分保持相对稳定,而不是保持不变, B 错误。 2.图 1 为某草原生态系统中的反馈调节示意图(甲、乙、丙可构成一条食 物链),图 2 为某湖泊生态系统中发生的某种调节活动。下列分析不正 确的是 完 成相 关习 题,对 知识 点进 行巩 固。运 用所 学知 识,解 决问 题。
A.一个完整的生态系统, 除了图 1 中所示的成分外, 还应该包括分解者 以及非生物的物质和能量 B. 甲、乙、丙三者之间的食物关系是乙→ 甲→丙 C. 图 2 所示调节导致的最终结果是维持该生态系统原有的稳态 D. 图 1 是负反馈调节,图 2 是正反馈调节 【答案】C 解析:图 2 为正反馈调节,该调节导致的最终结果是使生态系统远离平 衡状态,故 C 错误。 3.两个不同的生态系统在同时受到同等强度的干扰(y)后,其结构和功 能的曲线变化情况如图所示。由图不能得出的结论是 A.同等强度的干扰下,乙生态系统的抵抗力稳定性比甲高 B.同等强度的干扰下,若乙生态系统干扰提前,则 b 点左移 C.若甲生态系统的干扰强度增大,则 c 点右移 D.乙生态系统 b 点后一定有新的物种产生 【答案】D 解析:同等强度的干扰下,乙生态系统的结构和功能变化值比甲小,其 的抵抗力稳定性比甲高, A 正确;同等强度的干扰下,若乙生态系统干 扰提前,其恢复到正常范围的时间也会提前,故 b 点左移, B 正确;若 甲生态系统的干扰强度增大, 甲生态系统遭到破坏的程度变大, 其恢复 到原状所需时间将延长,故 c 点右移, C 正确;乙生态系统 b 点后不一 定有新的物种产生, D 错误。
三、 设计 并制 作生 态 缸, 观察 其稳 定性 【探究实践】设计制作生态缸,观察其稳定性 【实验原理】 在有限的空间内, 依据生态系统原理, 将生态系统的基本成分进行组织, 构建一个人工微生态系统是可能的。要使人工微生态系统正常运转, 在 设计时还要考虑系统内组分及营养级之间的合适比例。应该注意, 人工 生态系统的稳定性是有条件的,也可能是短暂的。 【实验步骤】 【设计要求及目的】 【结果分析】 (1)生态缸中的生物只能存活一段时间。虽然生态缸中生态系统成分齐 全,但其结构比较简单,自我调节能力差。 (2)不同的生态缸中生态系统的稳定性时间有长有短。 学 生阅 读教 材,总 结实 验原 理,制 定实 验设 计方 案, 明 确设 计的 目的, 步骤, 撰写 实验 步骤, 最后 预期 实验 结果, 并通 过观 察真 实的 生态 缸的 变化, 比较 其与 预期 是否 相符。 通过 本实 验,培 养学
生的 科学 思维 和实 验探 究素 养。
习题 巩固 4.设计制作封闭型生态缸应该遵循一定的原理和要求。下列原理或要求 中合理的是 A.应该将生态缸放在阳光能够直接照射的地方, 以保证获得足够的能量 B.应该经常向生态缸中通气,从而保证缸中生物的呼吸 C.生态缸中投放的生物必须有很强的生命力, 投放的动物数量要多一些 D.生态缸的各种生物之间以及生物与非生物环境之间, 必须能够进行物 质循环和能量流动 【答案】D 【详解】应该将生态缸放在阳光能够散射的地方, 以保证获得足够的能 量,不能将其放置在阳光直射的地方, A 错误;生态缸是密封的,生态 缸中的生物的呼吸需要的氧气来自生态缸中的生产者光合作用产生的 氧气, B 错误;生态缸中投放的生物必须有很强的生命力,投放的动物 数量要少一些, 减少对氧气的消耗, 生态系统的各组分比例要合适, C 错误;生态缸的各种生物之间以及生物与非生物环境之间,必须能够进 行物质循环和能量流动, D 正确。 5.很多同学都曾尝试设计制作过小生态缸, 但有相当一部分同学的设计 并不成功。下列相关叙述不正确的是 A.缸内各种生物之间应有营养上的联系 B.生态缸的稳定性与生物种类和数量的合理搭配有关 C.生态缸生态系统起始比较简单,演替必定使其越来越稳定 D.缸内加泥沙以提供分解者 完 成相 关习 题,对 知识 点进 行巩 固。运 用所 学知 识,解 决问 题。
【答案】C 【解析】生态缸生态系统起始比较简单, 随着时间的推移, 其稳定性越 来越弱,最终会崩溃,故 C 错误。
课堂小结 本堂课你学到了哪些知识? 画出概念图进行总结
板书设计
课后作业