人教版高中生物必修三《稳态与环境》第五章第五节探究生态系统的稳定性

“探究生态系统的稳定性”说课稿
陕西省西安市第二十六中学薛姣
各位老师，大家好，我实验说课的内容是人教版高中生物必修三第五章第5节的“生态系统的稳定性”，下面我将从课标分析、学情分析、教材分析、实验优化设计、实验现象及分析和实验结论及反思六个部分进行说课。

实验设计理念
本实验是基于对核心素养的分析，确定实验设计理念是“大概念下求创新，课堂内外相结合，定性定量刨根问，师生合作共探究”。

一、课标分析
人教版高中生物必修三《稳态与环境》“生物与环境”模块。

【内容要求】本部分属于新课标中的大概念：组成生态系统的生物成分与非生物成分相互影响，共同实现系统功能，并通过自我调节保持相对稳定的状态。

【教学提示】设计并制作生态瓶，观察和比较不同生态瓶中生态系统的稳定性，撰写报告分析其原因。

二、学情分析
本实验在高二年级第一学期开展，针对学情从学生的基础知识掌握和实验能力两方面分析。

（一）知识掌握
学生在初中已熟悉生态系统的组成，以及食物链和食物网的相关概念。

高中阶段，学生在深入学习基本概念的同时，能够从理论上明确生态缸建立的概念和生物的比例，为科学探究生态缸的稳定性奠定知识基础，对生态系统的稳定性应该有深入的理解。

（二）实验能力
高二学生已学习了生态系统结构和功能的相关知识，并且该学段学生具有积极的求知欲，较强的实践能力和分析问题能力，有利于该实验的顺利开展。

还需要在老师的指导和帮助下能够建立简单的概念模型和数学模型，并分析其规律。

三、教材分析
本实验选自人教版高中生物必修三《稳态与环境》第五章第五节，根据课标要求，结合学生的学情，将教材中的实验内容和实验实施相结合，分析其存在的问题。

（一）实验目的：设计生态缸，观察其稳定性；
（二）实验原理：在一定空间内，依据生态系统的原理，将不同营养级生物以一定
的比例放入其中，明确生态系统的稳定性是有条件的。

（三）实验材料：蚯蚓、蜗牛、小乌龟、浮萍、水草、蕨类植物、杂草、仙人掌或仙人球；玻璃板、沙土、花土、水等；缸的规格：100×70×50cm3。

（四）观察方法：每周观察一次生态缸内的生物种类与数量变化，并进行记录（植动物的生活情况、水质情况）。

结合本实验的开展时间为北方冬季的十二月份，在实验实施中存在以下问题。

1.不易取材:该实验的开展是在冬天，蚯蚓、蜗牛、蕨类植物、杂草这些生物材料不易获得，较难开展；
2.生物间无明确关联：提供的生物材料之间无明确的捕食关系，不利于学生建构食物链、食物网。

3.水陆环境复杂：该实验中既包含了水环境，也设置了陆地环境，考虑到陆地的存在，水面的高度不会太高，水中生活的生物种类少，也不便于观察现象，变量过多；
4.缸体过大：实验缸的规格较大，对于人数较多的班级不方便开展，小组实验人数较多，不能很好地发挥每个人的积极性；
5.表观观察不深入：观察生态缸中生物数量、状态的变化，比较被动，不能很好地分析推测出影响生态缸的因素，无法达成真正意义的科学探究；
6.水质分析不明确：对于水质如何分析并没有做出明确的测量指标。

四、实验优化设计
实验优化设计包括针对本实验学习目标的的确定和实验改进方案两个方面。

（一）学习目标
基于对实验改进、学情、新课标的分析，制定了以核心素养为导向的学习目标。

1.应用结构与功能观，说出生态系统的结构组成，并理解其稳态是相对的；（生命观念）
2.通过自制生态缸，建立生态系统的概念模型；（科学思维）
3.结合实际情况，能够对原实验提出合理改进方案，通过实证研究，能分析影响生态缸稳定性的因素，从而得出科学的实验结论；（科学探究）
4.通过对生态缸稳定性的研究，认同生物与环境是一个统一的整体，形成生态意识，关爱生命，保护环境。

（社会责任）
（二）实验方案大调整
本实验从实验时间安排、实验对象、实验材料等方面进行改进，具体如下：
表1 实验改进方案
实验方案实施中，我们对实验材料、实验装置、技术手段三个方面进行创新，具体如下：创新点1：生物材料的自主选择
本实验提供的实验材料，冬季不易取材，故结合生活实际，前往花鸟市场，调查研究常见的观赏水生动植物，了解他们的种类和生物习性，并根据其食性，选择出几种适于建构生态缸的小型动植物，建立食物链、食物网关系，结合生物生存的所需条件，从理论上建构生态系统，培养学生的建模意识和能力。

创新点2：生态装置的优化设计
该实验提供的是缸体规格是100cm╳70cm╳50cm，缸体较大，不便于小组合作，并且设置了水陆两环境，情况复杂，不便于分析，故将该装置改进为只有水环境的轻便小缸。

第一代生态缸：迷你简易缸
初期学生利用小玻璃缸或大型矿泉水瓶或者其他生活材料，自制结构完整的生态缸,并利用保鲜膜或缸盖设置封闭缸。

缺点：放在教室的不同地方，光照不同，光照时间也不固定，为了解决光照问题，设计并制作了第二代生态缸。

第二代生态缸：迷你自主缸
设计规范缸体，在缸盖内壁增加固定光源，并添加定时器，可以设置光照时间给生物提供充足光照。

缺点：目前只能宏观观察，没有明确需要测量的生态缸内部值得研究的因素。

创新点3：数字技术的适时应用
影响生态缸稳定性的因素有哪些呢？应该测量哪些变量呢？带着这样的疑问，和学生代
表一同前往西安市环境监测站，在研究人员的介绍下，学习水质的取样方法、检测指标以及使用的检测设备的工作原理。

结合中学的实验条件和对生态缸稳定性的探究要求，确定温度、PH值、溶解氧等实验测量指标，设计了如下记录表。

表2 生态缸记录表
第一阶段：最初学生想到用PH试纸、温度计和溶解氧测量仪来测量数据，一段时间后，发现其存在以下缺点：
缺点1：误差较大，封闭缸不能保证密封环境；
缺点2：不能直观表现出连续动态的变化情况。

第二阶段：为了便于实验变量的控制，封闭环境的密封性更好，在设计的生态缸的基础上，增加固定光源和光照时间控制器，并加入了溶解氧传感器、PH传感器、温度测量仪，以便获得实时数据，连续动态地分析生态缸稳定性的变化，并因此优化设计了第三代生态缸。

第三代生态缸：迷你数字缸
为了便于实验变量的控制，封闭环境的密封性更好，设计专门的生态缸，该缸体有固定可定时光源，同时可加入溶解氧、PH传感器、温度测量仪，并通过制作两种隔板，分别设置开放环境和封闭环境。

五、实验现象及分析
自制好生态缸之后，隔天统计5个开放式和5个封闭式生态缸动物的数量变化，如
图所示。

1.小组合作，发现问题
自制好生态缸之后，隔天统计5个开放式和5个封闭式生态缸动物的数量变化，如
图所示。

图1 开放缸和封闭缸初期动物数量变化曲线图
实验现象：两种环境下初期水生动物的数量都陆续下降，封闭型生态缸动物数量减少更明显。

什么是初期动物数量减少的影响因素呢？为此，将两者数据进行对比分析：
表3 开放缸（甲）和封闭缸（乙）数据记录表
数据分析可知：水温、PH值变化无明显差别，溶解氧两者有较明显差异，因此，对两种环境溶解氧进行数据变化追踪记录，得到如下的曲线图。

2.数据分析，刨根问底
图2 开放缸和封闭缸初期溶解氧变化曲线图
由图可知：开放式生态缸的溶解氧含量大于封闭缸，更有利于生物的生存。

对溶解氧数据进行柱状图分析，并添加趋势曲线，如图所示：
图3 开放缸和封闭缸初期溶解氧变化趋势图
由图可知：初期两种生态缸溶解氧都呈明显的下降趋势。

3.观察记录，对比分析
生态缸宏观观察变化情况
①1个月后：大多水草生出新根，生长旺盛，鱼大多在初期死亡数量较多，特别在黑暗环境中，中后期鱼存活数量较少；
②2个半月后：封闭缸变化明显，螺的数量大幅增加，但螺会咬断植物的茎，故植物的数量明显下降；
③3个月后：开放缸生物数量进一步减少，封闭型环境几乎无生物存活，水质变黄发臭。

六、实验结论及反思
（一）实验结论
1.生态缸稳定性的内因
比较两种环境动物数量变化和溶解氧变化曲线，可知：溶解氧是影响生态缸稳定性的重要因素。

学生根据此结论，提出进一步思考：
①溶解氧为什么会降低呢？②如何提高溶解氧的含量？
2.生态缸稳定性的比较
比较初期两种环境动物数量变化和后期生态缸的状况，可知：封闭缸（乙）较开放缸（甲）的调节能力更弱。

学生根据此结论，也提出进一步思考：
①为什么自制生态缸的稳定性相对较弱？②提高稳定性的措施有哪些呢？
综上，任何的模拟实验都不能代替生物圈——地球自身的稳态调节，因此我们应该保护环境，珍爱生物。

（二）实验优化反思
本实验通过调查研究、参观学习、观察研究和探究实验多种学习方式，帮助学生开展科学探究过程，真正实现“传统数字相结合，定性定量刨根问，回归生活求真相，勇敢质疑为学问”。

同时，有的学生又提出了延续性研究性学习课题，例如：如何提高生态缸的溶解氧含量呢？如何提高生物缸的稳定性呢？
我们的实验研究还在继续，核心素养的达成也在继续。

我的说课结束，谢谢！
工作单位：西安市第二十六中学
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