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生态系统的稳定性教学设计
课题
生态系统的稳定性
单元
第3章第5节
学科
生物
年级
高二
学习目标
1.通过对紫茎泽兰入侵分析，得出生态平衡的概念，并说明生态平衡的特点，关注自然或人为因素对生态系统稳定性的影响，形成保护生态环境的责任感。2.通过典型食物链、森林火灾及灾后恢复两个实例的分析，阐明生态系统在受到一定限度的外来干扰时，能够通过负反馈调节维持生态平衡，说明生态系统的稳定性及其与生态平衡的关系。3.
通过资料阅读和问题串，说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性的区别和联系，发展科学思维。4.通过分析三江源自然保护区的生态保护措施和观看环保措施所取得的成就，说明提高生态系统稳定性的原则和措施，形成生态意识。
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。
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
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
简单介绍紫茎泽兰，入侵后对当地造成的影响提出问题供讨论教师引导学生一起回答引出生态系统稳定性
观看PPT,初步了解紫茎泽兰外来入侵物种。
引出生态平衡，形成保护生态环境的意识，引出新课
讲授新课
生态平衡提出生态平衡的概念，提问：生态平衡的特征有哪些学生阅读并回答
特别指出：生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态平衡。教师提问：这种动态平衡是通过什么调节机制实现的？
阅读。总结生态平衡的特征
落实生命的系统观、结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观等生命观念，进一步理解生态平衡。并引出负反馈调节机制
讲授新课
二、负反馈调节利用前面提到的生态系统，运用系统观、结构与功能观、稳态与平衡观等生命观念分析其调节过程，帮助学生理解负反馈调节教师举例草—兔—狼这条食物链中各生物的数量变化，引导学生理解负反馈调节。进一步说出负反馈调节在生态系统稳定性中的意义
更正构建的负反馈调节图
通过学生构建调节过程的模型，使学生深刻理解负反馈调节，突破难点。
讲授新课
三、生态系统的稳定性教师讲解生态系统稳定性的概念师生一起分析概念中体现的两个方面出示学习问题串，（1）比较森林生态系统和草原生态系统在两种稳定性表现上的差别，简要表述理由。（2）请用数学模型来表示两种稳定性的关系。（3）生态系统在受到不同程度的干扰或破坏后，其恢复速度和恢复时间一样吗？请以前面提到的三江源地区举例说明。引导学生深入理解抵抗力稳定性与恢复力稳定性的区别和联系。
在教师的引导下，分析生态系统稳定性的两方面的关系、不同生态系统在两种稳定性上的差异、同一生态系统在受到不同程度干扰后恢复的速度和时间的差异。
发展学生的科学思维，帮助学生认识和理解生态系统的稳定性包括两方，进一步渗透系统观、结构与功能观等生命观念的教育。
讲授新课
建立生态系统稳定性的数学模型
学生思考完讲解如下知识：①
两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。②
y
表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小。
y
值大，说明抵抗力稳定性弱，反之，抵抗力稳定性强；③
x
表示恢复到原状态所需的时间。
x
值大，说明恢复力稳定性弱，反之，恢复力稳定性强；
y与x呈正相关（抵抗力稳定性越弱，恢复力稳定性越强）④
曲线与正常范围之间所夹的面积作为总稳定性的定量指数（TS）,
TS越大，说明这个生态系统的总稳定性越弱。
思考问题①
两条虚线之间的部分表示什么？②
y
表示什么？y
值大，说明什么？③
x
表示什么？x
值大，说明什么？
④
曲线与正常范围之间所夹的面积可以代表什么？
结合数学模型能更好的理解生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性以及两者之间的关系。
讲授新课
如何提高生态系统的稳定性？1.控制对生态系统的干扰强度，在不超过生态系统的自我调节能力的范围内，合理适度利用生态系统；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。
结合课本图3-21和3-22分析如何提高生态系统的稳定性。
培养学生分析实际图的能力
讲授新课
设计制作生态缸，观察其稳定性在有限的空间内，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。设计要求相关分析生态缸必须是封闭的生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力，成分齐全(具有生产者、消费者和分解者)生态缸的材料必须透明生态缸宜小不宜大，缸中的水量应占其容积的4/5，要留出一定的空间生态缸的采光用较强的散射光选择的动物不宜过多，个体不宜太大
完成生态缸的设计要求的相关分析，在课下尝试设计一个生态缸，观察生态缸的存活时间并设计观察记录表
锻炼学生的动手操作能力，做实验的能力以及对实验的分析能力
课堂小结
1.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。它具有结构平衡、功能平衡和收支平衡的特征。2.负反馈调节是生态系统具备自我调节能力的基础。3.生态系统的稳定性是其维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力。4.生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。5.一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性就越高，恢复力稳定性就越低。
说出小结内容
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精品试卷·第
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新知导入
紫茎泽兰原分布于中美洲，传入我国后，先是在云南疯长蔓延，现已扩散至广西、贵州、四川等多个省份，对当地林木、牧草和农作物造成严重危害，在《中国第一批外来入侵物种名单》中名列榜首。
讨论：
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？
2.我国曾引入紫茎泽兰专食性天敌——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？
繁殖、适应能力很强，没有天敌等制约因素。
泽兰实蝇可以抑制紫茎泽兰生长，但是泽兰实蝇是一种外来物种，也有可能影响入侵地的生态系统，因此在释放泽兰实蝇之前，应做好相关研究，如泽兰实蝇的生物安全性研究，野外如何布点释放泽兰实蝇，定点释放的虫量应当为多少等等，即在确保利用泽兰实蝇的安全性后，再利用它进行防治。
像紫茎泽兰这样的入侵种，由于它的繁殖、适应的能力很强，而且没有天敌等制约因素，因此一旦蔓延，就会严重干扰入侵地的生态系统，破坏生态平衡。
新知导入
一、生态平衡
新知讲解
1.概念
生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
2.特征
①结构平衡
生态系统各组分保持相对稳定。
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。
③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。
新知讲解
由此可见，生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态平衡。
那么，这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢？
负反馈调节
新知讲解
二、负反馈调节
新知讲解
1.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抑制，它可使系统保持稳定。
2.实例
（1）群落内部负反馈调节的实例
兔子数量增加
狼增加
草减少，兔的生存空间和资源减少
兔子数量减少
草增加，兔的生存空间和资源增加
狼增加
新知讲解
草
兔
狼
C
B
A
新知讲解
（2）群落内部负反馈调节的实例
种群密度降低
种群密度升高(郁闭)
种子萌发,长成新植株
阳光、养料充足
火灾
新知讲解
建立模型分析负反馈调节的过程
草地上草、兔、狼之间负反馈调节过程的示意图：
兔子数量增加
狼增加
草减少，兔的生存空间和资源减少
兔子数量减少
草增加，兔的生存空间和资源增加
狼增加
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原来方向
改邪归正
合作探究
补充：正反馈调节：
1.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
2.模型
3.结果：使生态系统远离平衡状态
鱼等生物死亡
尸体腐烂
湖泊污染
（+）
（+）
（+）
合作探究
正负反馈调节模型
原方向
发生偏离
1.正反馈调节
更加偏离
错上加错
原方向
发生偏离
回到原来方向
改邪归正
2.负反馈调节
新知讲解
3.负反馈调节意义
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。
正是由于生态系统具有自我调节能力，生态系统才能维持相对稳定！
新知讲解
三、生态系统的稳定性
新知讲解
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。
3.生态系统具有稳定性的原因
生态系统具有一定的自我调节能力
补充：生态系统的自我调节能力的基础是负反馈调节
生态系统的自我调节能力是有限的
当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的稳定性急剧下降，生态平衡遭破坏
2.两个方面
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
新知讲解
实例：我国西北的黄土高原
黄土高原经过几百年的掠夺式开发，植被破坏造成水土流失，成为一片荒山秃岭。
新知讲解
四、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
新知讲解
1.抵抗力稳定性
（1）概念
生态系统抵抗外界干扰并使自身结构与功能保持原状
(不受损害)的能力
蝗虫采食下，草原再生能力增强
干旱时树木扩展根系
新知讲解
（2）特点
①一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性就越越高；
②生态系统的自我调节是有限的。
例如：
热带雨林中，动植物种类繁多，营养结构非常的复杂，假如其中某种生物大量减少，它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物来代替，整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态；
新知讲解
思考：
人工林和天然林相对，抵抗力稳定性是高还是低？
为什么？
低；
因为相比之下人工林组成成分少，食物网简单，自我调节能力弱，抵抗力稳定性低。
新知讲解
2.恢复力稳定性
（1）概念
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；
野火烧不尽，春风吹又生
污染后，经治理的河流
（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。
新知讲解
3.抵抗力稳定性和恢复力稳定性比较
人工林
生物种类_____
营养结构_____
自我调节能力_____
抵抗力稳定性_____
恢复力稳定性_____
热带雨林
生物种类_____
营养结构_____
自我调节能力_____
抵抗力稳定性_____
恢复力稳定性_____
少
简单
弱
低
高
多
复杂
强
高
低
新知讲解
?
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
区
别
实质
保持自身结构和功能相对稳定
恢复自身结构和功能相对稳定
核心
影响
因素
抵抗干扰，保持原状
受到破坏，恢复原状
生态系统中组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性越高
生态系统中组分越少，营养结构越简单，恢复力稳定性越高
抵抗力稳定性
稳定性
营养结构复杂程度
一般为负相关关系
恢复力稳定性
新知讲解
特例：
北极冻原生态系统，动植物种类稀少，营养结构简单，其中生产者主要是地衣，其他生物大都直接或间接地依靠地衣来维持生活，假如地衣受到大面积破坏，整个生态系统就会崩溃。
北极冻原生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性都低。
新知讲解
生态系统稳定性的数学模型
①图中两条虚线之间的部分表示_______________________；
②y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，
y值大，说明抵抗力稳定性____，反之，抵抗力稳定性____；
如受到相同干扰时，草原生态系统的y值____热带雨林生态系统；
③x表示恢复到原状态所需的时间，
x值大，说明恢复力稳定性____，反之，恢复力稳定性____；
④曲线与正常范围之间所夹的面积作为总稳定性的定量指数（TS）,
TS越大，说明这个生态系统的总稳定性越_____；
生态系统功能的正常作用范围
弱
强
大于
弱
强
弱
课堂练习
在个体水平稳态的维持上，有没有类似生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性的情况？
人体在遇到病原体入侵时，免疫系统会抵抗病原体的入侵，这与生态系统的抵抗力稳定性相似；
人体也有恢复稳态的机制和趋势，在大病初愈时，有些功能需要恢复到正常水平，这与恢复力稳定性相似。
新知讲解
研究不同生态系统在抵抗力稳定性和恢复力稳定性两方面存在的差别，对自然生态系统的利用和保护有什么意义？
在利用自然生态系统时，要根据不同类型生态系统抵抗力稳定性的差异，合理控制对生态系统的干扰强度，干扰不能超过生态系统抵抗力稳定性的范围；
在保护自然生态系统时，要根据不同类型生态系统恢复力稳定性的差异，合理确定保护对策，如采取封育措施，补充相应的物质、能力，修补生态系统的结构，增强生态系统的恢复力；
旁栏思考
五、提高生态系统的稳定性
新知讲解
（一）提高生态系统稳定性的原因
处于平衡生态系的生态系统
能够使人类生活与生产的环境保持稳定
大兴安岭森林
呼伦贝尔草原
可以持续不断地满足人类生活所需
新知讲解
(二）提高生态系统稳定性的措施
1.控制对生态系统的干扰强度，在不超过生态系统的自我调节能力的范围内，合理适度利用生态系统；
合理放牧
封山育林
新知讲解
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
农田施肥
防护栏控制虫害
新知讲解
讨论1：
物种多样性及经济效益角度:可以间种其他树种及一些经济作物，适当增加草本和灌木数量；
从保持土壤肥力角度：土壤中接种固氮菌；
合作探究
六、设计制作生态缸，观察其稳定性
探究实践
1.基本原理
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
探究实践
设计要求
相关分析
生态缸必须是封闭的
生态缸中的生物必须有很强的生活能力，且成分要齐全
生态缸的材料必须透明
要采用散射光
生态缸中的水不满，留一定空间
选择的动物不宜太多，不宜太大
防止外界生物或非生物因素的干扰
保证物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
为光合作用提供光照，同时便于观察
使缸内储备一定量的空气
减少对氧气的消耗
防止水温过高导致水生植物死亡
2.设计要求
探究实践
（1）设计一份观察记录表，定期观察，同时做好观察记录，内容包括植物、动物的生活情况，水质情况（由颜色变化进行判别）及基质变化等；
（2）观察指标为：生态缸中生物的生存状况和存活时间，进而了解生态系统稳定性及影响稳定性的因素；
（3）如果发现生态缸中的生物已经全部死亡，说明此时该生态系统的稳定性已被破坏，记录下发现的时间。
（4）依据观察记录，对不同生态缸进行比较、分析，说明生态缸中生态系统稳定性差异的原因。
探究实践
3.注意事项
4.结论
（1）人工生态系统可以保持较长时间的相对稳定但不是永久
（2）人工生态系统的稳定性是有条件的
探究实践
探究实践
1.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。它具有结构平衡、功能平衡和收支平衡的特征。
2.负反馈调节是生态系统具备自我调节能力的基础。
3.生态系统的稳定性是其维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力。
4.生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
5.一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性就越高，恢复力稳定性就越低。
作业布置
判断对错
1．一般地说，生态系统的成分越单一，营养结构越简单，自我调节能力就越小，抵抗力稳定性就越低。
( )
2．生态系统的自我调节能力表现在自身净化作用、群落内部的负反馈调节和生物群落与无机环境之间的负反馈调节等方面。
( )
3．生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态的平衡。
( )
4．生态系统内部结构与功能的协调，可以提高生态系统稳定性。
( )
5．在一块牧草地上栽种乔木树林后，其恢复力稳定性下降。
( )
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