《生态系统的稳定性》设计 一等奖

《生态系统的稳定性》教学设计（6）教学设计片段一：（1）本节课的引入部分可采取多种处理方式：可从人类活动对生态平衡的影响和破坏等现实问题入手；也可利用“生物圈Ⅱ号”实验的失败给人类带来的启示和思考入手，引发学生思考：“该实验想研究什么问题？”、“该实验的结果说明了什么问题？”等；还可通过分析教材P112所提供的河流自净过程入手，让学生在这些问题情境中，引发学生对生态系统稳定性这个社会敏感问题的思考。设计片段二：在“抵抗力稳定性和恢复力稳定性”教学中，可给学生提供北极苔原生态系统和温带草原生态系统的食物网简图，在此基础上，引导学生从分析北极苔原生态系统和温带草原生态系统的营养结构入手，分析下面的问题：①“北极苔原生态系统和热带雨林生态系统的营养结构上存在哪些差异？”②“北极苔原生态系统或热带雨林生态系统，当受到外来破坏因素影响，使某食物链中的某种生物突然锐减，在这种情况下，这两个生态系统分别将受到什么影响？”引导学生总结出抵抗力稳定性概念，使学生明确：生态系统的抵抗力稳定性实质是“抵抗干扰，保持原状”，而所谓“干扰”是指一切可能导致该系统稳态受到破坏的外界因素；而“保持”则指该系统内在的自动调节能力；最后得出生态系统的自动调节能力与其营养结构复杂程度呈正相关这一结论。③“当影响北极苔原生态系统或热带雨林生态系统外来破坏因素影响消失后，这两个生态系统又将分别发生什么样的变化？”引导学生总结恢复力稳定性概念，使学生明确：生态系统的恢复力稳定性的实质“遭到破坏，恢复原状”，其中“破坏”是指外界因素已使生态系统偏离稳态，而“恢复”是指外界因素的干扰消除后，生态系统得以自发重建稳态的能力，最后让学生分析出这两种稳定性与生态系统结构之间的密切联系，及二者之间存在的相反关系。④深入分析教材P112所提供的河流自净过程的基础上，加深对生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性的理解。教学目标l.理解生态系统稳定性的概念。2.理解生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性及其原因。3.理解生态系统稳定性的保护及其重要意义。4.通过引导学生分析生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性及其原因，培养学生分析、综合能力。5.通过引导学生分析人类活动对生态平衡的影响和破坏，培养学生可持续发展的观点和环保意识。教学重点1．生态系统稳定性的概念。2．抵抗力稳定性和恢复力稳定性。教学难点1.生态系统稳定性的概念。2.抵抗力稳定性和恢复力稳定性的区别及相互联系。教学用具实物投影仪、录像机、简单草原生态系统模拟模型、河流（水域）生态系统污染及治理的录像。热带雨林、北极苔原等生态系统的照片或画片。热带雨林、北极苔原生态系统食物网简图。“生物圈II”实验资料教学方法教师讲述与学生讨论分析结合课时安排一课时。教学过程引言：前面我们学习了生态系统的类型、结构和功能。既然人类弄清了各种生态系统的成分，结构，也知道了它们如何通过能量流动和物质循环建立起有机的联系，形成一个统一的整体。那么，人类能否在生物圈之外建造一个适于人类长期生活的生态系统呢？美国的科学家们做了这样的实验。教师分发“生物圈II号”实验资料（教师应对教材有关的内容加以补充，如：建造的时间、占地面积、空间大小、投入研究的资金、实验的时间和方法、出现的问题、实验结果及其分析），指导学生阅读，安排学生顺序思考。讨论下列问题：问题一，科学家们为什么要建造“生物圈II号”并进行实验呢？（回答：深入研究生态系统的结构和功能，并试验人类离开地球能否生存。）问题二，在“生物圈II号”中模拟生物圈建立了哪些生态系统？里面有哪些成分？（回答：有微型的森林、沙漠、农田、海洋、溪流；里面有土壤、水源、空气、太阳光，多种多样的动植物和微生物等成分。非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者应有尽有。）问题三，八位科学家原打算在“生物圈II号”中自给自足生活两年，为什么中途撤出了？这个实验过程中出现了什么问题？（回答：1．由于土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳，部分二氧化碳又与建“生物圈II号”的混凝土中的钙反应生成碳酸钙，导致氧气含量由21％下降到14％，二氧化碳含量猛增。2．昆虫中除了白蚁、蟑螂和蝈蝈外基本死亡，食物链等营养结构联系中断。3．靠花粉传播繁殖的植物都灭绝了，粮食严重减产。……）问题四，生物圈1号出现这些问题了吗？“生物圈II号”实验失败说明了什么问题？（回答：生物圈1号没有出现这样的问题，整个生物圈保持相对稳定。该实验的失败表明，在现有技术条件下，人类还无法建造一个脱离地球自然环境而又能让人类休养生息的生态系统。）教师讲述：原因是这样的，生态系统的结构和功能难以像真正的生物圈那样，长期保持相对稳定，具备生态系统的稳定性。出示简单草原生态系统模型（草→羊→狼）提问：当该草原迁入一群羊后，将发生什么样的变化？让学生利用模型演示（回答：羊群迁入后，一方面吃草增多，草在短期内数量减少，造成羊群食物相对短缺；另一方面狼的食物充足，在一定时间内繁殖增多，两方面的结果使羊的数量又减少。随着羊的数量减少，狼食物短缺，种内斗争加剧，数量也减少，而草的数量由于羊的减少而逐渐增多，最后三者的数量保持在一定范围内。）讲述：由于生态系统中生物的迁入，迁出及其它变化使生态系统总是在发展变化的，当生态系统发展到一定阶段时，它的结构和功能能够保持相对稳定，我们就把：生态系统具有保持和恢复自身结构和功能相对稳定的能力，称为生态系统的稳定性。提问：你们都到哪旅游过？（回答：北京香山、颐和园、龙庆峡……蓟县盘山。）提问：在蓟县有一片原始森林，那里树木郁郁葱葱，百鸟争鸣，风景秀丽迷人，名字也好听，叫“八仙桌子”，（学生笑，略停顿）你们去过吗？（回答：没有。）讲述：我去“八仙桌子”做过调查，发现那里害虫种类非常多，它们以林木为食，但是在那里从未出现害虫的大发生，也从未造成大的伤害。提问：这又是什么原因呢？（回答：害虫数量增加时，食虫鸟类由于食物丰富，数量也会增多，这样害虫种群就会受到抑制。）讲述：答得非常好，正是由于生态系统调整本身各成分的数量，抵抗了外界的干扰。在生物学上就把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，称之为抵抗力稳定性。提问：你们还能举出一些能证明生态系统具有抵抗力稳定性的实例吗？（回答：“气候干旱时，森林中的动植物种类和数量一般不会有大的变化。”“池塘生态系统受到轻度污染（例洗衣服的泡沫）后，第二天消失了。”组织学生讨论：（1）抵抗力稳定性的本质（核心）是什么？“抵抗干扰、保持原状”；（2）判断同学们所举的例子是不是属于抵抗力稳定性。利用学生所举的抵抗力稳定性实例提问：这些生态系统是怎样保持这种稳定性的？（回答：调整生态系统自身的结构和功能。）提问：是谁去调整的？（回答：生态系统自身。）讲述：生态系统之所以具有抵抗力稳定性，就是因为生态系统内部具有一定的自动调节能力。展示北极苔原生态系统图片及食物网简图。提问：该生态系统生物种类多吗？回答：略。）（以下同）提问：该生态系统的营养结构如何？提问：假如地衣大面积死亡，将产生什么结果？提问：该生态系统的自动调节能力如何？讲述：生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力越小，抵抗力稳定性越低。展示热带雨林生态系统图片及食物网简图，按相同步骤由学生总结出：生态系统中各个营养级的生物种类越多，营养结构越复杂，自动调节能力越大，抵抗力稳定性就越高。播放淮河流域（或大湖）污染及治理录像。提问：这些水域在环境污染下，还能保持稳定性吗？说明了什么问题？（回答：不能，一个生态系统的自动调节能力是有一定限度的，如果外界因素的干扰超过了这个限度，生态系统的相对定状态就会遭到破坏。）提问：停止排污后，这些水域又出现什么变化，说明了什么？（回答：又恢复了原状。外界因素的干扰消除后，生态系统具有重建稳态的能力。）讲述：生态系统在遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力，叫做恢复力稳定性。讲述：生态系统的稳定性就包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性等方面。分组讨论：讨论题1，河流、草原、北极苔原。森林生态系统哪些具有抵抗力稳定性？哪些具有恢复力稳定性？讨论总结：抵抗力稳定性和恢复力稳定性是生态系统中同时存在的两种稳定能力。讨论题2，比较草原、北极苔原、森林生态系统，抵抗力稳定性谁强谁弱？恢复力稳定性谁高谁低？（学生讨论回答：略）接着提问：为什么抵抗力稳定性强的生态系统恢复力稳定性低？（学生讨论回答：略）讲述：抵抗力稳定性与恢复力稳定性之间往往存在着相反的关系。问题五，“生物圈II号”实验给了我们什么启示？（回答：人类既然离不开地球，就应保护好地球，保护好人类赖以生态的自然环境。）提问：我们应该怎样维持地球生态系统的稳定性？（学生踊跃回答）“不买使用氟利昂的冰箱”“多植树、种草种花”“不使用一次性木筷和饭盒”“不乱砍滥伐森林”“控制污染物的排放”讲述：同学们讲得很好，我们要保护好地球——人类唯一的家园。教师总结：1．生态系统的结构和功能总是处于不断变化的过程中，生态系统的稳定只是相对的稳定。2．生态系统的稳定性是生态系统所具有的一种能力。3．生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。4．生物圈是人类生存的唯一环境，而人类活动的干扰正在全球范围内使生态系统偏离稳态，我们要保护并提高生态系统的稳定性。作业：教材112页二、三题。板书设计五、生态系统的稳定性（一）生态系统稳定性的概念（二）抵抗力稳定性1．抵抗力稳定性的概念2．生态系统具有抵抗力稳定性的原因3．不同生态系统的自动调节能力不同（三）恢复力稳定性1．恢复力稳定性的概念2．抵抗力稳定性与恢复力稳定性的相互关系四、生态系统稳定性的保护习题精选1.下列哪项措施最能提高一个生态系统的稳定性？（）A．减少肉食性动物和寄生生物的数量B．平衡生产者和消费者的数量。C．增加物种的数量D．植树造林，增加绿色植物的数量2.下列是几种生态系统所具有的特点，你认为哪一种较为稳定？（）A．食物链较长B.食物链中消费者较多C．生物种类较少D.生物种类多，营养结构复杂3.在一个处于平衡状态的封闭生态系统内，要使其中的动物能长时间存活，必须提供（）。A.太阳能B.足够的有机物C.氧气D.水分4.在一个养分充足的淡水湖中，有很多绿藻，使得这一水域不适合人们消遣。下列方法中，能够在最短时间内大量减少这些藻类的是（）。A.大量引入肉食性鱼类B.完全除去吃浮游动物的鱼类C.完全除去肉食性鱼类D.大量引入吃浮游动物的鱼类备课资料如何看待“生物外来种”的入侵近日来，国内媒体对一种作为观赏鱼引进我国的“食人鲳”进行了连续报道，甚至境外一些媒体对这一事件也做出了相应反应，这不由使笔者想起了前一段时间发生在美国的“蛇头鱼”事件，其情形是何等的相似。２００２年上半年的某一段时间，曾有大量国内外媒体对在美国首都华盛顿地区发现的两尾据说是来自中国的鱼类——乌鳢进行了报道，由于该鱼为肉食性鱼类，被担心会对当地鱼类资源带来毁灭性的危害。这些都是针对现在生物多样性保护领域中的一个热门话题——“生物入侵”而引发的新闻事件。从普及有关“生物入侵”的知识，提升公众对保护生物多样性的热情这一角度来看，媒体积极宣传的做法是值得充分肯定的。但是这些报道也反映出，多数人对于“外来种入侵”的问题还缺乏更深层次的了解和认识，因此有必要从科学的角度对此进行更加深入的探讨。究竟什么是“食人鲳”？“食人鲳”又称“食人鱼”，是公众对一类分布于南美洲亚马逊河流域鱼类的统称，也有翻译作水虎鱼（Ｐｉｒａｎｈａ）的。实际上这类鱼与我们通常所说的鲳鱼在分类上根本不属同类，亲缘关系也相距甚远，只是从体型上看二者有些相似而已。从动物进化的角度来看，这类鱼与广泛分布于我国的鲤形目鱼类（如鲤鱼）的亲缘关系比较近，但背部多有一个小小的主要由脂肪组织形成的鳍，被叫做“脂鳍”，所以我国鱼类学家通常称其为“脂鲤”；又因为鲑形目鲑科鱼类（如大麻哈鱼或“三文鱼”）也具有类似的脂鳍，两者在这一点上有一定的相似性，所以也有称其为“鲑鲤”的。“食人鲳”其实也并非是指某一种特定的鱼，而是一个类群，可能包括几个种，这一类鱼全部都属于脂鲤目脂鲤科。脂鲤科鱼类主要分布在包括美国的得克萨斯、墨西哥在内的北美洲南部，中美，南美和非洲大陆，共有４亚科１６６属８４１种。“食人鲳”属于脂鲤科中的锯鲑脂鲤亚科。这一亚科的鱼类按照食性和生活习性的不同，可以分为植食性、肉食性和半寄生性三类。我们通常所说的“食人鲳”，指的是该亚科中肉食性的红腹锯鲑脂鲤（Ｓｅｒｒａｓａｌｍｕｓｎａｔｔｅｒｅｒｉ）。红腹锯鲑脂鲤为一种中小型鱼类，最大体长（不计尾鳍长）可达３０余厘米，最大体重可达４千克左右；主要分布于南美洲的亚马逊河流域，从巴拉圭到巴西东北部沿海的诸河流中均有分布。除亚马逊河流域外，南美洲北部的奥里诺科河（ＯｒｉｎｏｃｏＢａｓｉｎ）和Ｐａｒａｎá河也都可见其踪影。红腹锯鲑脂鲤体型侧扁，腹部有锯齿状边缘，背部具脂鳍。体色多样不定，取决于年龄的不同和生活环境条件的不同，体侧和头部的颜色随年龄变化会有所变化。１０－１５厘米长的健康个体，背部从蓝灰色到棕灰色；体侧淡棕色到微橄榄色，并散布银色具金属光泽的小点；身体下部，包括胸鳍和腹鳍，则呈现淡红色到血红色；背鳍和尾鳍外缘黑色，内侧微白；臀鳍红色具黑缘。体色上的这些特点，也是红腹锯鲑脂鲤作为一种观赏鱼而被引入很多国家的一个主要原因；此外，该鱼为肉食性，主要以捕食其它鱼类为生，又以其捕食行为凶猛而著称，这样的一种生态行为可能在某种程度上满足了部分人对血腥场面的感官刺激要求，这可能也是该鱼成为观赏鱼的原因之一。红腹锯鲑脂鲤的成年个体一般在晨昏活动，体长１５－２４厘米的个体通常选择黄昏时分（即午后到晚上１０点左右）出来觅食，而身体小一些的个体（８－１１厘米）则整日都在活动。我们应该怎么看待引入种的问题？人们为了精神（观赏）或物质（食用）的需求，从某一地区引进某些生物物种到另一地区，这一过程实际上古已有之。只是在当今社会，这一过程所涉及的物种数量、波及的范围、影响的程度，都是以往所不及的。由于某些引入种在新地区的自然增殖有时候又是不为人所能控制的，往往会给局部地区的生态系统带来较大影响甚至生态灾难，所以关于生物入侵的问题，无论是对普通公众，还是对于相关的科学工作者，目前都是一个热点话题。那么我们究竟应该以一种什么样的态度，来看待引入种和生物入侵的问题呢？１．全方位、多角度地考虑引入种的问题从生物多样性保护的角度来看，多样性的保护不应仅仅停留在生物学层面上。从生物多样性公约的深刻内涵出发，生物多样性的保护和生物资源的可持续利用还包括社会学、经济学、政治学、法律学甚至历史学等人文学科，绝不仅仅简单为生物学方面的内容。因此对待生物入侵的问题，也应该从更多角度考虑，从而才能正确评价一个引入物种的作用。实际上，早在１９８５年我国就曾从巴西引入过一种“食人鲳”的近亲——短盖巨脂鲤（Ｃｏｌｏｓｓｏｍａｂｒａｃｈｙｐｏｍｕｓ，又称淡水白鲳），据我们在室内的饲养观察，尽管这种鱼被定义为“植食性”鱼类，但它们更偏好捕食其它鱼，该鱼作为水产养殖业上一种重要的养殖品种，现在仍然在我国南方有比较广泛的饲养，在一定程度上解决了当地水产品市场上品种单一化的问题；又由于其容易饲养，产量较高，使某些地区吃鱼难的问题有所缓解。如果单从对地方土著种的威胁上看，短盖巨脂鲤恐怕比红腹锯鲑脂鲤更具危险性。像这样引入种的例子在我国水产养殖业并不少见。据不完全统计，出于发展水产养殖业和丰富人民餐桌的目的，我国已从国外引进了６５种以上的鱼类，分别隶属于１２目２６科，这其中还不包括作为观赏鱼引进的大量物种。其中我们比较熟悉的有罗非鱼（Ｓａｒｏｔｈｅｒｏｄｏｎ和Ｔｉｌａｐｉａ）、虹鳟（Ｏｎｃｏｒｈｙｎｃｈｕｓｍｙｋｉｓｓ）等等，这些引入的鱼类对我国水产养殖业的发展发挥了积极的作用。不仅仅是中国，世界上其它国家包括美国和欧洲发达国家，出于同样的考虑，至今仍然在积极地、有组织地进行生物种的引进。我们不能一提到引入种就有失公允地夸大其可能造成的生态危机，而忽略其积极的一面，这样的做法不符合唯物辩证法。从对生态系统的影响上看，这些引入种可能都会有一定的负面作用，但是不能因此而否定了它们在经济发展中的作用，更不能谈“鱼”色变，视一切引入种为魔孽。２．应以科学为指导，正确评价引入种的危害当然，无论出于什么目的，对于外来物种的引进一定要持慎重的态度，外来种的引入对生态环境造成的危害也不乏其例，在一个物种被引入前首先需要了解和掌握的就是目标物种的相关生物学知识。判定我国市场上所见的“食人鲳”的危害性，首要的问题是物种的鉴定问题。由于该类鱼是作为观赏鱼引进的，原产地并非中国，所以目前在分类上能否准确鉴定到种还存在一定的疑问。比如说，由于形态上的相似，目前已经有人将我国广泛移殖的经济种类短盖巨脂鲤误认为“食人鲳”，这对正常的生产工作多少会产生影响。另外即便可以准确鉴定到种，对于该类鱼的生物学习性我们了解得还不多，这为我们准确和公正地评估其危害性带来了困难。尽管围绕“食人鲳”有着不少传说，但是根据我们所掌握的材料，实际上“食人鲳”并没有我们大多数人所想象的那样可怕甚至恐怖；至于“食人鲳”袭击人畜，由于它们彼此间生活环境完全不同（水中和陆地），少有直接接触的机会，有关“食人鲳”直接攻击人畜的报道，多数局限于传说和人为夸大。即便是最为凶猛剽悍的红腹锯鲑脂鲤对人畜造成直接威胁的可能性也不大，作为一种肉食性的鱼类，其主要的食物仍然是其他一些小型鱼类、两栖类和水生无脊椎动物。不能因为它是一种肉食性鱼类，性情凶猛，在没有详细调查研究的基础上，就武断地判定它会对土著鱼类造成毁灭性的打击，甚至严重威胁当地居民的生命安全，显然这种说法缺乏足够的科学依据。即便有部分个体能够成功逃逸到自然水体，因为新的生态环境（包括水文条件和气候条件）和生物群落（物种构成）与原先该类鱼的分布区极为不同，所以这种鱼能否成功建立野外种群并且大量繁殖还是个疑问，还需要进一步的调查研究。据有关资料，“食人鲳”为热带暖水性鱼类，在我国长江以北甚至南岭以北的广大地区，如果没有人工条件的控制（诸如温度），便不能顺利越冬，所以该鱼在我国中部以北的广大地区（特别是长江以北地区）很难在野外长期生存，更难以形成自然种群，自然也就很难说它一定会给土著鱼类造成严重影响。同样原因，在我国北方各省，不一定非要耗费大量人力物力，在缺乏充分论证的基础上对这些原先分布于热带地区的鱼类进行捕杀。我们在制定引种政策和控制手段时，应充分考虑到科学性的问题。但愿我们以