探究·实践 设计制作生态缸，观察其稳定性教学设计2026-2027学年高二上学期生物人教版选择性必修2

该高中生物学教学设计聚焦生态系统稳定性，通过“生物圈2号”失败与“月宫一号”成功的对比导入，引导学生从生态系统成分分析入手，设计制作不同风格生态缸，经观察记录评估稳定性，构建“成分-设计-制作-观察-分析”的学习支架。 以探究实践为主线，结合科学思维与态度责任，学生自主设计池塘、沙漠等生态缸，通过记录动植物数量、水质变化等数据归纳影响因素，培养生态观等生命观念，提升科学探究能力，为教师提供可操作的实践教学方案，强化理论与实际结合。

教学设计 课程基本信息 学科 生物 年级 高二 学期 秋季 课题 探究·实践 设计制作生态缸，观察其稳定性 教学目标 1.通过设计，制作，观察生态缸，能够评估其稳定性。 2.通过分析实验结果，得出影响生态系统稳定性的因素，关注人类活动对生态系统稳定性的影响。 教学重难点 教学重点： 1.能够自主设计出生态缸的组成成分。 2.按照设计方案制作生态缸，并做好实验记录。 教学难点： 1. 归纳总结出影响生态系统稳定性的因素。 教学过程 课堂导入： 1991年，美国斥巨资开启了“生物圈2号”实验，该实验旨在考察人类是否能在一个封闭的生物圈中生活和工作，在历经2年时间后，该实验最终以失败告终。而在2014年的5月，我国在月球上建立的密闭循环基地“月宫一号”成功循环再生了100%的氧气和水，55%的食物，取得了巨大成功。同样是研究封闭生态系统，为什么美国的实验失败，而我国取得成功了呢？其中重要原因是生物圈2号中的氧气未能顺利循环，不足以维持研究者的生命。由此可见，对于密闭生态系统来说，想要维持生态平衡不是一件易事。 一、分析生态系统的成分 如何设计和制作生态缸呢？生态缸无非就是人工微生态系统，所以我们首先需要分析生态系统的成分。请同学们回顾生态系统的组成部分以及各部分之间的联系。生态系统由生物部分和非生物部分组成。非生物的物质作为能量的载体,在物质循环的过程中推动能量流动。生物部分中的生产者通过光合作用，将太阳能固定在所制造的有机物中，并转化成化学能。消费者通过异化作用将有机物转化为无机物归还之非生物环境中，分解者则将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，进而加快生态系统的物质循环。由此可知生态系统各组分相互联系，缺一不可。 二、设计生态缸方案 常见的生态缸造景风格有池塘、森林、草原、沙漠： （图片取自百度“生态缸的类型”） 同学们可以选取自己喜欢的风格进行设计。同时在设计时，需注意以下几条事项。 1 生态缸中所投放的生物需考虑造景风格。比如生产者水草适宜种植在池塘生态缸中，生产者仙人掌适宜放置于沙漠生态缸里。 2 放置的生物种类需齐全（具有生产者、消费者和分解者三种成分），数量比例适宜，个体不宜太大，从而防止生态缸中的氧气被过度消耗，最后选择的生物也需生活力旺盛。 3 生态缸必须透明，封闭。透明的生态缸一是为了便于植物进行光合作用，二是有利于观察。那么封闭生态缸则是为了防止外界因素对生态缸的干扰。 4 生态缸的采光用较强的散射光。防止生态缸中温度过高，导致动植物死亡。 那么接下来就请同学们以生态系统相关知识为背景，根据自己的兴趣爱好，设计一个生态缸，并将设计要点玻璃缸规格，生物和非生物种类，放置的环境填写至表1。 三、生态缸制作及观察 示例：池塘生态缸的制作 第一步：准备一个生态缸，并清洗干净。 第二步:待晾干后，在生态缸底部铺上小石块，再放入几块假山石作为基垫。 第三步:铺上一层颗粒较细的沙土，在沙土上再铺一层含腐殖质较多的花土，铺垫好的土和石块整体呈坡状。 第四步:加水，加入干净的河水或者静置48小时的自来水。加水前，先测量水的PH，若PH<6.5,或PH>7.5应分别加入一些花土或黄土，搅拌后再次测量，待PH达到6.5-7.5后再使用。在选取河水时，建议在河面下5-10cm为宜，注意不要选取富营养化水体。 第五步:种植植物。在花土层上种植罗汉松，苔藓，蕨类等多种植物，在水中放入黑藻，金鱼藻。 第六步:放入动物，在土坡上放入蚯蚓，蜗牛，鼠妇，在水中放入鱼、虾、龟等小动物。 第七步:几天后，如果各种生物均能正常生活，可用一块平板玻璃封上生态缸盖，并用凡士林涂抹边缘，完成制作。 在按照设计方案制作好生态缸后，接下来同学们就需要对其进行观察，每个星期至少观察一次生态缸内生物种类及数量的变化，并填写至实验观察记录表中。 例如这组同学设计并制作了湖泊生态缸，他们选用了1000ml的玻璃缸，将河水、阳光、空气、热、无机盐、沙土作为非生物的物质和能量。在生物部分，选用了4颗水草作为生产者，3只斑马鱼为消费者，6条蚯蚓和2只田螺为分解者。如图是他们所记录的实验结果。 根据他们的实验结果，老师这里想提出几个问题供同学们思考。 第一个问题如何测评生态缸的稳定性？ 我相信聪明的大家已经想到，答案就藏在了实验数据中，通过比较不同日期里动植物生长情况、种类、数量的变化以及水质变化等数据，我们可以判断生态缸的稳定程度。那么在这组同学的实验结果中我们可以发现，两周后，植物状态良好，枯黄面积较少；动物种类不变，甚至还增加了两只田螺，水质较清澈，由此我们评估该组同学们的生态缸稳定性良好。 第二个问题生态缸经过多长时间后才能达到比较稳定的状态？ 一般在等到缸内的生物相互适应以及依存后，生态缸才能达到比较稳定的状态，那么具体的时间，对应到不同的生态缸中会有所差异，比如这一小组的生态缸在第7天时，田螺中有个体出生，水草也出现了生根现象，说明生态缸中的生物已适应环境，此时达到了稳定的状态。 第三个问题达到稳定状态后，生态缸内的生物种类与数量有无变化？如有，是怎么变化的？ 达到稳定状态以后，浮游生物种类和数量会逐渐少，水中溶解氧也逐渐减少，因此以浮游生物为食的小型动物会先死亡。比如在这一小组的生态缸里，因为食物的减少，导致田螺先死亡了两只。 第四个问题，在生态缸中，最后留下来的生物在这个人工生态系统中分别起什么作用？ 不同组的生态缸中最后留下的生物类型不一定相同，可能是植物、动物、微生物，我们将其进行分类。若最后留下来的是生产者，则生产者可以通过光合作用将太阳能固定在制造的有机物中；若最后留下来的是消费者，则消费者可以将有机物转化为无机物，加快物质循环；若最后留下来的是分解者，则分解者可将动植物遗体和动物排遗物分解成无机物。 四、生态系统稳定性研究 那影响生态缸稳定性的因素又有哪些呢？我们来看这三组同学们的发现。（播放音频） 根据以上小组的发现，由此我们总结出影响生态系统稳定性的因素有： 1. 生态系统各成分是否齐全 2. 各部分比例是否适当 3. 微生物是否多样等 同学们可以根据这些影响因素进行自查，确保生态缸能保持稳定性。 但其实在实际的实验中，我们会发现即使生态缸的成分十分齐全，比例也适宜，人工生态系统的稳定性是暂时，而不是永久的。原因是什么呢？原因是其生态系统极为简单，自我调节能力差，抵抗力稳定性较低，因此生态系统的稳定性较容易被破坏。但好在生态缸若出现生态失衡，可以人工进行干预使其恢复平衡状态。 结语： 那如果我们的地球由于人类过度的工业发展、水体污染、垃圾排放、过度开采遭遇彻彻底底的生态失衡，那时的我们又该如何是好呢？为了防患于未然，同学们需谨记人类活动有可能会对生态环境产生影响，我们只是大自然中的一员，应当秉持可持续发展理念，合理利用资源，毕竟绿水青山就是金山银山。人与自然应和谐共生。当人类友好保护自然时，自然的回报是慷慨的；当人类粗暴掠夺自然时，自然的惩罚也是无情的。我们要深怀对自然的敬畏之心，尊重自然、顺应自然、保护自然，构建人与自然和谐共生的地球家园。 附：实验报告 班级 组号 实验日期 实验名称 生态缸类型 一、实验目的： 二、实验原理： 三、实验设计及制作步骤 表1 生态缸设计要点 生态缸设计要素 设计要点 玻璃缸规格 非生物的物质和能量 生物种类及数量 放置的环境 步骤： 四、实验观察记录 表2 实验观察记录 日期 植物 动物 水质 种类及数量 生存情况 种类及数量 生存情况 五、实验结果分析 影响生态系统的因素： 六、实验结论 学科网（北京）股份有限公司 $