《生态系统的稳态及维持》示范课教学设计【高中生物苏教版选修2新课标】

第五节生态系统的稳态及维持
◆教学目标
1．通过资料阅读和问题串解答，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。

2．通过典型实例的分析，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系统的稳定性。

3．通过对外来物种入侵分析，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。

◆教学重难点
【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系统稳定性的能力。

2．举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。

【教学难点】
举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。

◆教学过程
【新课引入】
呈现资料：
生物圈Ⅱ号位于美国图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，因将地球本身称作生物圈Ⅰ号而得此名，历时8年，耗资1.5亿美元。

包括有5个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和两个人工生物群落（集约农业区和居住区），约4000个物种。

1991年，8个人被送进“生物圈Ⅱ号”，本来预期他们与世隔绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。

但18个月之后，“生物圈Ⅱ号”系统严重失去平衡。

1996年，生物圈Ⅱ号转交美国哥伦比亚大学管理，作为生态学、环境变迁研究及教学的基地。

哥伦比亚大学开始将生物圈Ⅱ号既存的生态系统仿真实验及新的研究计划整合于一体并对外界开放，作为研究及学习中心，以探索我们人类生活与环境生态的互动影响。

生物圈Ⅱ号的失败给我们什么启示？
在已知的科学技术条件下，人类离开了地球将难以生存。

只有保护好地球现有生态系统的稳定才是唯一最好的办法！
【新知讲解】
一、生态系统的稳定性是动态的
呈现南京石臼湖的相关资料。

积极思维1：几百年来，百姓在石臼湖洗衣洗菜，湖上来往的船只会产生废弃物，为何生态系统仍保持稳定？生态系统具有自我调节能力，一定干扰下具有保持自身结构和功能相对稳定的能力。

积极思维2：石臼湖在家禽养殖污水及废水污染下，还能一直保持稳定吗？这说明了什么问题？生态系统自我调节能力是有限的，干扰超过一定限度，生态系统会被破坏。

积极思维3：停止向石臼湖排污后，石臼湖水质又慢慢恢复正常，生态系统得以恢复，这说明了什么？生态系统具有恢复自身结构和功能相对稳定的能力。

生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫生态系统的稳定性（稳态）。

1．抵抗力稳定性
（1）概念
生态系统抵抗或消除外界干扰并使自身结构与功能保持原状而不受损害的能力。

（2）特点
一般来说，生态系统中的物种越多，遗传基因库越丰富，食物链食物网构成的营养结构越复杂，环境条件相对稳定，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越强。

思考：普通鱼塘与石臼湖相比，其抵抗力稳定性哪个高？试说明判断理由。

石臼湖营养结构复杂，假如某种生物大量减少，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。

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。

（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。

如果河流与土壤被有毒物质轻微污染，通过自身的净化作用，可以很快恢复到接近原来的状态；如果被有毒物质重度污染，自身的净化作用已不足以消除大部分有毒物质，这些河流或土壤的恢复力稳定性就被破坏了。

热带雨林在遭到严重砍伐，草原经过极度放牧后，它们恢复原状的时间漫长，难度极大。

列表比较抵抗力稳定性和恢复力稳定性。

二者一般为负相关关系。

在北极冻原生态系统中，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损伤，整个生态系统就会崩溃。

所以其抵抗力稳定性低，恢复力稳定性也低。

边做边学：观察不同生态瓶中生态系统的稳定性
生态瓶，就是将少量的植物、动物、微生物和其他非生物物质放入一个密闭的瓶中，组成的一个微型的生态系统。

生态瓶的基本原理：（1）生态系统的稳定程度，取决于它的物种组成、营养结构和非生物因素之间的协调关系。

（2）观察生态瓶中生物的生存状况和存活时间的长短，了解生态系统的稳定性及影响稳定性的因素。

生态瓶的设计要求及其分析：（1）设计生态瓶时要考虑的生态系统各组成成分有哪些？设计一个生态系统需要加入的组成成分有非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者，而且投入的生物之间应能够形成食物链。

（2）为保证生物的生存，必需的外部条件是什么？良好的光照和适宜的温度。

列表分析生态瓶的设计要求与相关原因。

生态瓶的观察与记录：（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，水质情况变化等。

（2）观察指标为：生态瓶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）如果发现生态瓶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，对不同生态瓶进行比较、分析，说明生态瓶中生态系统稳定性差异的原因。

二、生态系统的稳定性依赖自我调节
在池塘中，植食性鱼类与水草是如何保持数量的平衡呢？
以池塘为例分析得出：生态系统的稳定性是其自我调节的结果。

某一草原生态系统中兔子大量迁入后数量增加，会使植物数量发生怎样的变化？这种变化又会对兔子的数量产生怎样的影响？
以草原为例分析负反馈调节机制。

1．负反馈调节
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。

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。

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。

这是负反馈调节吗？
以湖泊污染为例说明正反馈调节。

2．正反馈调节实例
反馈信号与系统输入信号极性相同，从而起着增强系统净输入信号的作用。

正反馈作用与负反馈作用相反，它能加速最初发生的变化。

结果是正反馈调节对生态系统的稳定性往往
具有极大的破坏作用。

三、自然或人为因素影响生态系统的稳定性
一个生态系统在遭到轻微破坏后，通过自我调节可以重新焕发生机；但一个生态系统在遭到严重破坏，超过其自我调节能力时，恢复到原状的难度也将加大。

许多自然或人为因素都会影响生态系统的稳定性。

1．自然因素：包括气候变化和自然事件
主要是指自然界发生的异常变化，如火山爆发、地震、海啸、山洪、泥石流和雷电火灾等，对生态系统的危害是有限的。

2．人为因素
主要是人类对自然资源的不合理开发和利用，对生态系统的影响更直接、更大。

以塑料为例，它已经威胁到生态系统的稳定性。

随着人口的增加，塑料使用量不断增长，然而塑料很难处理，埋在地下数百年也不易降解，亟待处理的塑料垃圾就越积越多。

对生活的启示是减少垃圾袋的使用。

3．外来物种入侵
造成生物灾害的外来入侵的物种往往生态适应能力强、繁殖能力强、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。

凤眼莲，又称水葫芦，原产于巴西，适应能力极强。

凤眼莲的大量繁殖造成河道堵塞，威胁了本地生物多样性，破坏了水域生态系统的稳定性。

紫茎泽兰，原产美洲，为强入侵性植物。

在云南，紫茎泽兰是“头号杀手”，其入侵后会分泌化学物质，抑制周围其他植物的生长，家畜误食紫茎泽兰易中毒死亡，它的花粉还可致人类过敏，杀伤力极大。

加拿大一枝黄花原产于北美，1935年作为观赏植物引入中国，生长优势明显，与周围植物争阳光、争肥料，导致其他植物难以生存，从而对本地生物多样性构成了严重威胁。

【课堂小结】
核心问题：什么是生态系统的稳定性？如何提高生态系统的稳定性？
【课堂检测】
1．下列实例可以说明生态系统具有自我调节能力的是（ A ）
A．植食性动物数量增加，导致植物数量减少，从而引起植食性动物数量的增长受到抑制B．豆科植物供给根瘤菌有机养料，并从根瘤中获得含氮物质
C．山区植被遭到破坏后造成水土流失
D．废弃多时的耕地上会逐渐生长出杂草，进而逐渐出现小灌木林
2．生态系统的营养结构越复杂，其自我调节能力就越大，原因是（ A ）
①处于同一营养级的生物种类多
②能量可通过不同的食物链传递到顶级
③某营养级的部分生物减少或消失，可由该营养级的其他生物代替
④能量流经各营养级时,是逐级递减的
A．①②③④B．①②③C．①③④D．③④
3．如图为某一生态系统稳定性图解,对此理解不正确的是（ D ）
A．a为抵抗力稳定性，b为恢复力稳定性
B．恢复力稳定性与营养结构复杂程度呈相反关系
C．本图不能表示所有生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系
D．除去农田中的杂草可以提高其抵抗力稳定性
4．为探究影响生态系统稳定性的因素，四个生物小组制作了如下四组生态瓶。

下列相关评价错误的是（ D ）
A．甲组相较于丙、丁两组生态瓶，其各种生物成分更齐全，存活的时间最长
B．甲、乙两组生态瓶相比较说明光照是保持生态系统稳定的前提
C．甲、丙两组生态瓶相比较说明生产者是联系群落与无机环境的关键因素
D．生态瓶密闭后应放在阳光直射的地方
【课外拓展】中国第一批外来入侵物种部分名单。