高中生物人教版 (2019)选择性必修2生态系统的稳定性表格教案设计

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修2生态系统的稳定性表格教案设计，共16页。教案主要包含了课前准备，教学过程，材料与用具，实验数据记录，分析调查结果，得出结论等内容，欢迎下载使用。
附件1 课前实地调查任务单
调查宁波月湖水质，采集水样并检测反映水质的理化指标，如水温、pH、透明度、总磷、溶解氧等（表1），根据检测结果，对照《中华人民共和国地表水环境质量标准》（GB3838-2002）对水质进行评价。
表1 宁波月湖水质 实地调查任务单
调查宁波月湖生态系统中的生产者种类，并调查其中某种双子叶植物的种群密度（表2）。
表2 宁波月湖生态系统生产者 实地调查任务单
调查宁波月湖生态系统中的鸟类或其它动物，查阅资料了解它们的生活习性、栖息环境等，分析月湖生态系统中的能量流动情况，并作出评价。
表3 宁波月湖生态系统的能量流动情况 实地调查任务单
月湖湖水中的解磷细菌的分离与计数。
表4 宁波月湖湖水中解磷细菌的分离与计数 实地调查任务单
调查月湖生态系统的人为干扰情况，可以通过搜集报刊资料、与工作人员及游客交流等方式进行。
表5 宁波月湖生态系统人为干扰情况 实地调查任务单
课程基本信息
学科
生物学
年级
高二
学期
春季
课题
生态系统的稳定性
教科书
书 名：《生物学 选择性必修2 生物与环境》
出版社：人民教育出版社 .
教学目标
1.以宁波本地的母亲湖月湖作为学习资源，开展科学实践，认识到人工生态系统对于人为干预的依赖较大，认同保护现有自然环境的意义与重要性，树立“绿水青山就是金山银山”的理念，参与环境保护实践。
2.在月湖实地调查过程中，学生逐步学会针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计以及方案实施，尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，乐于并善于合作，运用科学的思维方法对结果展开分析与讨论，分析月湖生态系统的稳定性。
3.通过建构负反馈调节的图示模型，学生能够基于生物学的事实和证据，运用“模型与建模”这一科学思维归生态系统自我调节的机制。通过绘制月湖食物网、能量流动示意图，结合白鹡鸰的候鸟迁徙活动、鱼类的投放和捕捞等实例，分析物种多样性对生态系统自我调节能力的影响因素，区分抵抗力稳定性和恢复力稳定性，概括提高月湖生态系统稳定性的思路。通过建构概念图，落实本节的重要概念。
4.将实地访谈与资料调查相结合，了解月湖生态系统在“五水共治”行动中的治理情况，解释生态系统自我调节能力的局限性，形成稳态与平衡观、进化与适应观。通过分析处于生态平衡的生态系统的特征，评估月湖生态系统的稳定性，进一步发展物质与能量观。
教学内容
教学重点：
1.在月湖实地调查过程中，学会观察、实验设计以及方案实施，尊重事实和证据，运用科学的思维方法对结果展开分析与讨论，分析月湖生态系统的稳定性。树立“绿水青山就是金山银山”的理念。
2.通过建构负反馈调节的图示模型，学生能够基于生物学的事实和证据，运用“模型与建模”这一科学思维归生态系统自我调节的机制。
3.通过绘制月湖食物网、能量流动示意图，分析物种多样性对生态系统自我调节能力的影响因素，区分抵抗力稳定性和恢复力稳定性，概括提高月湖生态系统稳定性的思路。
教学难点：
1.在宁波月湖开展实地调查，学会针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计以及方案实施，运用科学的思维方法对结果展开分析与讨论，分析月湖生态系统的稳定性。
2.通过建构负反馈调节的图示模型，学生能够基于生物学的事实和证据，运用“模型与建模”这一科学思维归生态系统自我调节的机制。通过建构概念图，落实本节的重要概念。
3.将实地访谈与资料调查相结合，在理性分析月湖生态系统稳定性的过程中，逐步形成稳态与平衡观、进化与适应观、物质与能量观。
教学过程
一、课前准备
6位同学组成学习小组，课前开展组内学习，结合选择性必修2学习过的探究实践活动，以生态系统的组成成分为切入点，选择合适的研究课题对宁波月湖生态系统的稳定性展开调查。选定组长，并进行组内分工（操作员、记录员、答辩员、安保联络员等）。设计实验方案，开展为期1个月的实地考察（实地调查任务单见附件）。
实地调查的课题设计思路如下图。
图1 研究课题设计思路
教学设计思路
为落实本节课对应的重要概念的学习，学生开展了对宁波月湖生态系统的实地调查，各课题小组分析讨论形成的调查报告将作为课堂学习的资料，与其他课题组进行分享交流。教学围绕四个关键问题展开，具体设计如下图。
图2 教学设计思路图
三、教学过程
（一）模型建构，阐明生态系统的调节机制
情境：“近水楼台先得月，一城名胜半归湖。”在浙江宁波市中心鳞次栉比的高楼间，卧着一池清清的湖水，这便是宁波的“母亲湖”——月湖。近期，同学们以生态系统的组成成分——生产者、消费者（鱼类和鸟类）、分解者（解磷细菌）、无机环境（水质）为切入点，就月湖生态系统的稳定性展开了调查。
教师设问：月湖中随处可见的池沼公鱼，憨态可掬的夜鹭给同学们留下了深刻的印象，请从营养结构的角度，分析池沼公鱼与夜鹭的数量维持相对稳定的原因。
学生活动（汇报）：根据实地观察与资料查询，夜鹭是中型涉禽，国家二级保护动物，主要以鱼、虾、水生昆虫等动物性食物为食。池沼公鱼是一年生鱼类，每年解冰后即产卵，产卵于沿岸有水草或湖底有砂砾的地方，主食浮游动物，也食底栖动物、昆虫等。因此，藻类、浮游动物、池沼公鱼、夜鹭之间存在着食物链。
学生活动：小组合作，尝试用文字、箭头等符号，建立图示模型描绘浮游动物、池沼公鱼和夜鹭之间的调节过程（如图）。
图3 浮游动物、池沼公鱼和夜鹭之间的调节过程示意图
教师设问：自然事件对生态系统的动态平衡有着一定的影响。在宁波，每年的七八月份是台风的多发季，当台风等自然灾害来临，月湖植被中一些枝干细长但枝叶茂密的高大树木更容易被破坏，台风过后，林下树苗获得阳光更加充足，雨水湿润了土壤，许多种子萌发，幼苗生长，森林面貌逐渐恢复。这其中是否也有相同的调节机制？为了对抗外来的破坏和干扰，生态系统具有使自身恢复平衡的调节机制，即负反馈机制，请用自己的话解释负反馈机制。
学生回答（预设）: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，负反馈可使系统保持稳定。
教师小结：可见，负反馈调节在生态系统中普遍存在，它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的能力，生态系统才能维持相对稳定。
设计意图：以宁波本地的母亲湖月湖作为学习资源，开展科学实践，增强学生的学习兴趣，激发学生保护家乡生态环境的意识。通过构建负反馈调节的图示模型，学生能够基于生物学的事实和证据，运用“模型与建模”这一科学思维认识生态系统自我调节的机制。
（二）访谈调查，建构生态系统稳定性的概念
教师设问：通过实地调查，月湖生态系统是否是一成不变的？哪些因素会影响月湖生态系统的自我调节能力？
学生活动（汇报）：家住月湖周边的徐大爷在访谈中说道，他几乎每天都在月湖景区里锻炼身体。曾经的月湖碧波荡漾，但前几年他发现，月湖的水质越来越差，冬天的水是棕色，夏天又变成了绿色。在整治之前，他一直担心，这样下去月湖会变成“臭湖”。徐大爷提到的整治，正是浙江省在探索实践“绿水青山就是金山银山”的发展新路过程中，推进的环境污染综合整治，开展了“五水共治”行动，月湖水质才有了明显的改善和提升。月湖被重度污染后，自身的净化作用已不足以消除大部分污染物而恢复到原状，可见气候变化、自然事件都会影响生态系统的稳定，且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，生态平衡就会遭到严重破坏。
教师设问：同学们分享的调查报告体现了生态系统的恢复力稳定性。请用自己的话概括恢复力稳定性的定义。
学生回答（预设）：恢复力稳定性是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。
教师设问：同学们在实地调查过程中，还调查了月湖生态系统的生产者和消费者种类，请从营养结构的角度分析，物种多样性对生态系统的自我调节能力有什么影响？
学生活动（汇报）：经过调查，月湖生态系统的食物网如下图，其中，白鹡鸰是一种夏候鸟，主要以昆虫为食，如蚜虫、甲虫、蛾等。当白鹡鸰去南方越冬，月湖生态系统并不会爆发虫害，因为它在食物网中的位置还可以由这个营养级的乌鸫、棕背伯劳等来代替。可以推知，生态系统的组分越多，食物网越复杂，反馈调节的路径越多，其自我调节能力就越强。
图4 月湖生态系统食物网
教师设问：这体现了生态系统的抵抗力稳定性。请用自己的话概括抵抗力稳定性的定义。
学生回答（预设）：抵抗力稳定性是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。
教师设问：不同的生态系统在这两种稳定性的表现上有着一定的差别。如何比较不同生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性呢？
学生活动：尝试建立数学模型解释营养结构复杂性与这两种稳定性之间的关系。
稳定性
营养结构复杂程度
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
图5 恢复力稳定性、抵抗力稳定性与营养结构复杂程度的关系模型
教师设问：你建立的数学模型是否适用于所有的生态系统呢？请根据你的实地调查报告做出解释。
学生活动（汇报）：另外，在调查中了解到，随着水质的提升，植食性鱼类的繁衍，月湖中的消费者数量有时会超过它的承载能力。工作人员会投放一些肉食性鱼类加以控制，例如加州鲈鱼、黑鱼等，并将部分鱼类进行捕捞并放生至外河。可见，月湖生态系统抵御外界干扰的能力并不强。结合之前的分析，月湖生态系统的营养结构较简单，抵抗力稳定性和恢复力稳定性都比较弱。因此生态系统的抵抗力稳定性与营养结构的复杂程度成正相关，而恢复力稳定性的高是低则需要在结合被干扰或破坏后的生态系统的当下环境条件才能比较。
教师设问：请判断以下情况反映了生态系统的哪种稳定性：①森林局部火灾后，森林仍能逐步恢复原状。②草原遭昆虫采食后，草原植物会增强其再生能力，尽可能减缓种群数量下降。③当森林遭遇持续的干旱气候时，树木往往扩展根系的分布空间，以保持获得足够的水分，维持生态系统的正常功能——生物适应性特征也是生态系统的自我调节能力的一部分。
学生回答（预设）：①反映了生态系统的恢复力稳定性，②③反映了抵抗力稳定性，可见，生物的某些适应性特征也是生态系统的自我调节能力的一部分。
教师设问：抵抗力稳定性和恢复力稳定性共同构成了生态系统的稳定性。请尝试用自己的语言说出生态系统稳定性的概念。
学生回答（预设）：生态系统的稳定性是指生态系统通过自我调节，维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力，即维持生态平衡的能力。
设计意图：将实地访谈与资料调查相结合，了解月湖生态系统在“五水共治”行动中的治理情况，解释生态系统自我调节能力的局限性，形成稳态与平衡观、进化与适应观。绘制月湖食物网，结合白鹡鸰的候鸟迁徙活动、鱼类的投放和捕捞等实例，分析物种多样性对生态系统自我调节能力的影响因素，区分抵抗力稳定性和恢复力稳定性，从而建构生态系统稳定性的概念。
（三）实地调查，分析生态平衡的特征及保护意义
教师设问：根据同学们的调查结果，月湖生态系统是否处于生态平衡的状态呢？
学生活动（汇报）：实地调查结果显示：①结构是否平衡？月湖的水质（如下表）保持良好，生态系统的外貌、结构、动植物组成没有发生显著的变化，生态系统的各组分保持相对稳定，具有结构平衡的特征。
表1 月湖水样检测数据
②功能是否平衡？根据绘制的能量流动示意图（如图）分析可知，月湖生态系统的“生产—消费—分解”的生态过程能够正常进行，物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发展和更新，具有功能平衡的特征。
图6 月湖生态系统能量流动示意图
③收支是否平衡？实验室对月湖湖水微生物的分离与计数的结果如下表。
表2 月湖湖水中解磷细菌的分布

图7 有机磷培养基菌落（左）与无机磷培养基（右）
可以推知，湖水中存在着数量稳定的解磷细菌，这些解磷细菌能够分解的进入月湖中的有机磷和无机磷的量，处于比较稳定的状态，这体现了收支平衡的特征。另外，在月湖生态综合整治过程中，月湖还配备了一套水循环系统，能够将月湖水里的磷、悬浮颗粒以及一些藻类去除，再将净化后的水重新排到月湖，工作人员每天都需要定时清理、打捞月湖中的一些污染物。因此，月湖生态系统趋于生态平衡，但对人为干预依赖比较大。
教师设问：请根据实地调查的结果，说一说保护月湖生态系统的意义。
学生活动（汇报）：月湖是宁波的名片，其深厚的文化内涵和独特的人文景观是历史留给我们的宝贵遗产。此外，月湖能够减少扬尘改善空气质量，还能在一定范围内调节气温和湿度，作为宁波市内水网的组成部分，月湖还具有蓄水防汛的重要作用，使人们生活与生产的环境保持稳定，因此维持月湖的生态平衡是十分必要的。
设计意图：在月湖实地调查过程中，学生逐步学会针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计以及方案实施，尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，乐于合作，运用科学的思维方法对结果展开分析与讨论，分析处于生态平衡的生态系统的特征，评估月湖生态系统的稳定性，进一步发展物质与能量观。认识到人工生态系统对于人为干预的依赖较大，认同保护现有自然环境的意义与重要性，树立“绿水青山就是金山银山”的理念。
（四）汇报交流，概括提高生态系统稳定性的措施
教师设问：可以采取什么措施提高月湖生态系统的稳定性呢？
学生活动：小组内讨论后与其他小组分享，部分措施如下：
一方面控制对月湖生态系统的干扰强度，不超过其自我调节能力的范围，合理适度地利用生态系统。如倡导游客文明游湖，不乱丢垃圾，不钓鱼捉鸟等；通过宣传教育，提高公众对生态系统的认识和意识，鼓励公众参与到生态保护的行动中。
另一方面，给予相应的物质和能量投入。如适当增加月湖生态系统的多样性，及时对受破坏或退化的部分进行恢复和重建，同时注意生物种群对生态系统的适应性；人工建造“生态屏障”如沿岸种植生态缓冲植被护坡、建设生态浮床等；对月湖水质进行持续管理和实时监测，做好应急措施。
教师设问：你如何看待下列做法呢？①市民们将锦鲤、龙虾、甲鱼等生物放生到月湖；②保持一些肉眼可见的藻类在湖水中，使得浮游动物和鱼类有丰富的食物；③开设适当数量的水上游乐脚踏船项目，丰富市民的游玩体验；④将一些面包、饼干等食物投喂给湖中的鱼虾，丰富它们的食物来源。
学生回答（预设）：①锦鲤、龙虾、甲鱼等生物放生非但无助于净化水质，还有可能造成生物入侵，破坏月湖生态平衡，此外，一些被放生的生物可能会因为不适应新的环境，出现大批死亡的现象，从而影响水质。②藻类大量繁殖会造成水体透明度降低，影响水中植物的光合作用，且在夜晚消耗大量水体中的氧气，造成鱼类等缺氧死亡，由于藻类繁殖速度较快，应该实时监测，及时清理。③开适当数量的水上游乐脚踏船能够一定程度地增加湖水中的溶解氧，但要注意活动范围及时间，控制对生态系统的干扰；④将一些面包、饼干等食物投喂给湖中的鱼虾，会污染水质，导致鱼虾等水生生物死亡，还会有落水的风险。
设计意图：结合实地调查结果，理性分析，概括提高月湖生态系统稳定性的思路，形成生态意识，参与环境保护实践。
建构概念图，落实重要概念
教师设问：本节同学们通过分析和讨论实地调查报告，学习了生态系统稳定性等概念，请用箭头和文字建构概念图。
学生活动：建构概念图，同学间相互评价，修改完善（如图）。
图8 本节概念图
设计意图：建构概念图，理清生态系统的稳定性、自我调节等概念之间的关系，落实重要概念，促进生物学核心素养的发展。
小组成员及分工： 班级：
取样地点（GPS定位）： 小组自评表现：
实验目的
调查宁波月湖水质随时间的变化情况。
二、材料与用具
水质采样器（简单介绍），温度计，pH试纸，塞式盘（简单介绍），总磷试剂盒，溶解氧检测试剂盒等。
三、实验数据记录
日期
溶解氧
总磷
pH值
水温℃
透明度cm
1
2
3
平均值
分析调查结果，得出结论

小组成员及分工： 班级：
取样地点： 小组自评表现：
实验目的
调查宁波月湖生态系统的生产者种类，并调查其中某种双子叶植物的种群密度。
材料与用具
皮尺、绳子、取样框、植物分类图鉴等。
三、实验步骤
1.调查月湖中的植物种类，大致观察地形，分析有没有安全隐患，提出安全注意事项。
2.选择双子叶植物种群作为调查对象（如苜蓿、蒲公英等）
3.确定样方：观察调查对象的分布状况和地段形状，确定取样方法、样方数量、样方面积等。
4.计数：计数每个样方内所调查植物的数量，做好记录。
5.计算种群密度：计算各样方种群密度的平均值，得出该种群密度的估算值。
四、实验数据记录
表（1） 植物种类记录表
植物种类
沉水植物
挺水植物
陆生草本
陆生灌木
陆生乔木
植物名称
表（2） 双子叶植物的种群密度记录表
取样方法：
样方面积：
取样地点：
日期
样方1
样方2
样方3
样方4
样方5
……
平均值
种群密度
1
2
3
分析调查结果，得出结论。

小组成员及分工： 班级：
调查地点： 小组自评表现：
实验目的
调查宁波月湖生态系统中的组成成分，分析能量流动情况。
二、材料与用具
望远镜，相机，观鸟手册等。
实验步骤
1.生物种类调查
本组主要进行鸟类等动物的调查，可与生产者调查组交流实践报告。
2.生物种类鉴定
将观察、拍摄的物种，借助观鸟手册、手机APP等进行种类鉴定。
实验数据记录
1.请将观察到的鸟类标出，记录数量。
 白头鹎
 乌鸫
 白鹭
 夜鹭
 珠颈斑鸠
 白鹡鸰
（注：上表所用图为学生在月湖实地拍摄，作为“简易观鸟指南”供其他同学学习。）
记录你发现的鸟类或其他动物：
2.请查阅书籍、网络资料了解调查到的鸟类或其它动物的生活习性、栖息环境等，结合生产者调查组的实践报告，绘制月湖生态系统的食物网，分析能量流动的情况。
五、分析调查结果，得出结论

小组成员及分工： 班级：
取样地点： 小组自评表现：
一、实验目的
月湖湖水中的解磷细菌的分离与计数。
二、材料与用具
水质采样器，有机磷细菌培养基，无机磷细菌培养基，三角瓶，烧杯，培养皿，有塞试管，试管架，移液器，涂布器，酒精灯，高压灭菌锅，恒温培养箱等。
实验步骤
用水质采样器在月湖随机取样。
在实验室制备湖水细菌悬液。
将已灭菌的4支试管依次标记为10-1、10-2、10-3、10-4。
将1mL的湖水加入盛有9mL无菌水的带10-1标记的试管中，充分振荡，制备出10-1稀释液。依此方法制备出10-2、10-3、10-4稀释液，置于试管架上。
接种
在培养皿底部做好标记（包括：班级、姓名、日期、接种液稀释度、有磷或无磷）。
用移液器按照稀释度由大到小顺序依次取0.1mL湖水稀释液，并在酒精灯火焰旁分别加入对应标记的培养皿中。
涂布。将保存在75%酒精中的涂布器放在酒精灯火焰上燃烧，去除酒精。待火焰熄灭后，在酒精灯旁打开培养皿，将稀释液均匀涂在培养基表面。
4.培养。将培养皿倒置，置于37℃恒温培养箱中培养2-4天。
四、分析实验结果，得出结论

小组成员及分工： 班级：
调查地点： 小组自评表现：
一、实验目的
调查宁波月湖生态系统的人为干扰情况。
二、材料与用具
录音笔，笔记本。
访谈记录
为了保护月湖景区的生态环境，工作人员日常的工作内容有哪些？
工作人员通过什么方式来保障生产者的功能？
当消费者（如鱼类）数量过多时，工作人员会采取哪些措施？
受到台风、汛期等影响时，月湖景区有哪些应对措施？
当地居民\游客来到月湖的主要活动有哪些？哪些行为会被劝阻？
五、分析调查结果，得出结论