3.5生态系统的稳定性教学设计2026-2027学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第3章 生态系统及其稳定性 第5节 生态系统的稳定性 科目 生物 年级 高二 班级 2510 时间 年 月 日 课题 生态系统的稳定性 课时 教学目标: 1.概述生态平衡是指生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。 2.通过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平衡的能力。 3举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 4.通过设计提高生态系统稳定性的方案,关注人类活动对生态系统稳定性的影响。 5.设计并制作生态缸,观察其稳定性。 核心素养目标 1.运用结构与功能观,分析实例理解生态平衡的特征、生态系统稳定性的概念和机理。 2.构建模型辨析抵抗力稳定性和恢复力稳定性的机理。设计并制作生态缸,观察比较不同生态缸中生态系统的稳定性,并尝试解释原因。 3.基于对生态系统的理论学习,设计保持和提高某个生态系统稳定性的方案,树立科学的发展观。 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平衡的能力;(2)举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 难点:(1)举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。(2)设计提高生态系统稳定性的方案。 教学过程 一、导入 紫茎泽兰原分布于中美洲,传入我国后,先是在云南疯长蔓延,现已扩散至广西、贵州、四川等多个省份,对当地林木、牧草和农作物造成严重危害,在《中国第一批外来入侵物种名单》中名列榜首。 讨论:1.紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖,为什么在入侵地可以疯长蔓延?2.我国曾引入紫茎泽兰的专食性天敌-泽兰实蝇来防治紫茎泽兰。泽兰实蝇也是一种外来生物,对这种方法,你怎么看? 二、必备知识 (一)生态平衡与生态系统的稳定性 1.生态平衡 (1)概念:生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。 (2)特征 ①结构平衡:生态系统的各组分保持相对稳定。 ②功能平衡:生产—消费—分解的生态过程正常进行,保证了物质总在循环,能量不断流动,生物个体持续发展和更新。 ③收支平衡:例如,在某生态系统中,植物在一定时间内制造的可供其他生物利用的有机物的量,处于比较稳定的状态。 (3)调节机制:负反馈机制,即指在一个系统中,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,它可使系统保持稳定。负反馈调节是生态系统具备自我调节能力的基础。 2.生态系统的稳定性 (1)概念:生态系统维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力。 (2)表现:生态系统维持生态平衡的能力。 (3)特点: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的破坏。 (二)抵抗力稳定性和恢复力稳定性 1.抵抗力稳定性 (1)含义:生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(不受损害)的能力。 (2)规律:一般来说,生态系统中的组分越多,食物网越复杂,其自我调节能力就越强,抵抗力稳定性就越高,如热带雨林生态系统。 2.恢复力稳定性 (1)含义: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。 (三)提高生态系统的稳定性 1.提高生态系统的稳定性的原因 (1)处于生态平衡的生态系统可以持续不断地满足人类生活所需。 (2)处于生态平衡中的生态系统能够使人类生活与生产的环境保持稳定。 2.提高生态系统稳定性的措施 (1)要控制对生态系统的干扰强度,在不超过生态系统自我调节能力的范围内,合理适度地利用生态系统。 (2)对人类利用强度较大的生态系统,应给予相应的物质、能量的投入,保证生态系统内部结构与功能的协调。 判一判(正确的打“√”,错误的打“ ”) 1.一般来说,生态系统的成分越单一,营养结构越简单,自我调节能力就越小,抵抗力稳定性就越低。 ( ) 2.生态系统的自我调节能力表现在自身净化作用、群落内部的负反馈调节和生物群落与无机环境之间的负反馈调节等方面。 ( ) 3.生态平衡并不是指生态系统一成不变,而是一种动态的平衡。 ( ) 4.生态系统内部结构与功能的协调,可以提高生态系统的稳定性。 ( ) 5.在一块牧草地上栽种乔木树林后,其恢复力稳定性下降。 ( ) 提示:1.√ 2.√ 3.√ 4.√ 5.√ 三、探究实践 核心点一:生态系统的自我调节能力 合作探究 下图甲、乙分别代表两种不同的调节方式。 1.反馈调节有正反馈调节和负反馈调节,图甲和图乙分别属于哪一种? 提示:图甲所示的是负反馈调节,图乙所示的是正反馈调节。 2.反馈调节都能使生态系统保持相对平衡吗? 提示:不能。只有负反馈调节是生态系统自我调节的基础,能使生态系统保持相对平衡。 3.正反馈调节一定向坏的方面发展吗? 提示:不一定,它还会使好的方面更好。 核心点二:抵抗力稳定性和恢复力稳定性 合作探究 1.在河流中淘米洗菜后,河水仍然很清澈,说明生态系统具有什么能力?这种能力反映生态系统的哪种稳定性? 提示:生态系统具有自我调节能力,这种能力反映生态系统的抵抗力稳定性。 2.一块管理良好的棉田和内蒙古草原上的草场相比,其抵抗力稳定性哪个高?试说明判断理由。 提示:内蒙古草原上的草场的抵抗力稳定性高于棉田。因为棉田的成分单一、营养结构简单。 3.对同一个生态系统来讲,抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈什么关系?所有的生态系统都这样吗?举例说明。 提示:一般来说,对同一个生态系统来讲,抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈相反关系且同时存在。但对于一些特殊的生态系统比如北极冻原生态系统来说,由于物种组分单一,营养结构简单,它的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都较低。 4.对于单一的农田生态系统,要想保持其相对稳态,需采取哪些措施?(至少写两条) 提示:需要不断施肥、灌溉,以及控制虫害等。 四、深化归纳 1.生态系统的自我调节能力 (1)生态系统具有一定的自我调节能力,这种能力是通过生态系统内部的反馈调节来实现的。 (2)负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础,能使生态系统最初发生的那种变化向相反的方向发展,使生态系统达到并保持相对稳定。 (3)负反馈调节的结果是抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。 2.生态系统中正反馈调节和负反馈调节的比较 3. 判断正反馈、负反馈调节的方法 (1)依据:从调节后的结果与原状态之间的变化分析。 (2)方法:调节后 4.抵抗力稳定性和恢复力稳定性的比较 (1)区别(如图) 比较项目 正反馈调节 负反馈调节 调节方式 加速最初发生变化的那种成分所发生的变化 抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化 结果 常使生态系统远离稳态 有利于生态系统保持相对稳定 实例分析 已污染的湖泊污染加剧 草原上食草动物与植物的平衡 (2)联系 ①一般二者呈负相关,营养结构越复杂的生态系统,抵抗力稳定性(a)越强,而恢复力稳定性(b)一般越弱。 ②二者是同时存在于同一系统中的两种截然不同的能力,它们相互作用共同维持生态系统的稳定。 5.抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系: (1)在受到干扰之前,曲线在正常范围内波动是由于该生态系统具有自我调节能力。 (2)热带雨林生态系统与草原生态系统相比,受到相同干扰,草原生态系统的y值要大于热带雨林的y值。 (3)x的大小可作为恢复力稳定性强弱的指标,x值越大说明恢复力稳定性越弱。 (4)TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积,TS值越大说明生态系统的总稳定性越低。 6.生态系统稳定性的体现 (1)生态系统的结构和功能保持相对稳定 ①结构:生物的种类和数量相对稳定。 ②功能:物质的输入和输出相对平衡,能量正常水平进行流入和散失,信息传递顺利进行。 (2)打破后的重建 在遵循生态系统规律的前提下依据人类的需要,打破原有平衡,建立更加高效的平衡。 7. 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的判断技巧 (1)从实质分析:抵抗力稳定性是保持自身结构和功能相对稳定的能力;恢复力稳定性是恢复自身结构和功能相对稳定的能力。 (2)从核心分析:抵抗力稳定性是抵抗干扰、保持原状的能力;恢复力稳定性是遭到破坏、恢复原状的能力。 (3)从二者关系分析:同时存在于同一系统中的两种不同的作用力,作用相反,共同维持生态系统的稳定。 五、应用创新 情景材料 近几年国家投入巨资植树造林,大大提高了植被的覆盖率,在生态保护等方面取得了一定成就,但绝大多数的人工林,远看一片绿,近看一片黄(地表植被极少)。有些专家指出:大面积的人工林,树多了但森林生态功能衰退了,是表面绿化,是“绿色沙漠”。 素养链接 由材料分析知,人工造林尽管取得了一定成就,但由于只注重造林而忽略了群落的结构特点,因此形成了“绿色沙漠”,由此形成了科学思维的学科素养。 问题探究 1.大面积人工林的存在,为什么还造成了森林生态功能的衰退? 提示:由于人工林往往是单一树种,且其树龄高矮接近,生长密集,导致地表植被缺乏,而易发生水土流失。 2.人工林为什么易遭病虫害? 提示:人工林生物种类少、生物多样性低,抵抗力稳定性弱,故易遭病虫害。 3.亚马孙森林已经存在至少上千万年了,中间尽管经常遭受洪涝、火烧、虫害,也遭受人类的砍伐与放牧等活动的干扰,但现在依然保持着森林景观。 (1)分析以上可知,该生态系统具有稳定性的原因是什么? 提示:该生态系统具有一定的自我调节能力。 (2)请思考并总结生态系统中生物种类与其自我调节能力及稳定性的关系。 提示:生物种类繁多,营养结构复杂 自我调节能力强 抵抗力稳定性高。 板书设计: 教学后记: 第3章 生态系统及其稳定性 第5节 生态系统的稳定性 第2课时 设计制作生态缸,观察其稳定性 科目 生物 年级 高二 班级 2510 时间 年 月 日 课题 生态系统的稳定性 课时 教学目标: 1.概述生态平衡是指生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。 2.通过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平衡的能力。 3举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 4.通过设计提高生态系统稳定性的方案,关注人类活动对生态系统稳定性的影响。 5.设计并制作生态缸,观察其稳定性。 核心素养目标 1.运用结构与功能观,分析实例理解生态平衡的特征、生态系统稳定性的概念和机理。 2.构建模型辨析抵抗力稳定性和恢复力稳定性的机理。设计并制作生态缸,观察比较不同生态缸中生态系统的稳定性,并尝试解释原因。 3.基于对生态系统的理论学习,设计保持和提高某个生态系统稳定性的方案,树立科学的发展观。 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平衡的能力;(2)举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 难点:(1)举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。(2)设计提高生态系统稳定性的方案。 教学过程 一、导入 紫茎泽兰原分布于中美洲,传入我国后,先是在云南疯长蔓延,现已扩散至广西、贵州、四川等多个省份,对当地林木、牧草和农作物造成严重危害,在《中国第一批外来入侵物种名单》中名列榜首。 讨论:1.紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖,为什么在入侵地可以疯长蔓延?2.我国曾引入紫茎泽兰的专食性天敌-泽兰实蝇来防治紫茎泽兰。泽兰实蝇也是一种外来生物,对这种方法,你怎么看? 二、探究实践:设计制作生态缸,观察其稳定性 (一)、实验基础 1.目的要求:设计一个生态缸,观察这一人工生态系统的稳定性。 2.基本原理:在有限的空间内,依据生态系统原理,将生态系统的基本成分进行组织,在设计时,还要考虑系统内组分及营养级之间的合适比例。 3.实验流程 — — — — — — — — (二)、实验关键 1.实验设计原理分析 (1)生态系统的稳定性是其结构与功能发展协调的重要标志。 (2)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。 (3)观察生态缸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。 2.实验设计要求及相关分析 设计要求 相关分析 生态缸必须是封闭的 防止外界生物或非生物因素的干扰 生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力,成分齐全(具有生产者、消费者和分解者) 生态缸中能够进行物质循环和能量流动,在一定时期内保持稳定 生态缸的材料必须透明 为光合作用提供光能,保持生态缸内温度,便于观察 生态缸宜小不宜大,缸中的水量应占其容积的4/5,要留出一定的空间 便于操作,缸内储备一定量的空气 生态缸的采光用较强的散射光 防止水温过高导致水生植物死亡 选择的动物不宜过多,个体不宜太大 减少对氧气的消耗,防止生产量小于消耗量 3.结果分析 生态缸内的生物只能存活一段时间。生态缸中的营养结构极为简单,自我调节能力极差,所以抵抗力稳定性极低,生态系统的稳定性极易被破坏。 (三)、实验应用 1.在一个相对稳定的封闭小型生态瓶中,如果要让动物存活的时间更长,则应该( ) A.事先给予足够的食物 B.事先注入一定量的氧气 C.保持适宜的光照 D.保持温度的恒定 解析:C [一个封闭的、相对稳定的小型生态瓶是一个小型的生态系统,包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四种成分,并形成一定的食物链和食物网。在一定光照下,生产者可以把无机物合成为有机物,并通过光合作用释放氧气,供消费者和分解者利用。消费者和分解者可以把有机物分解为无机盐和二氧化碳,从而实现物质的循环。生态瓶中不需要事先为动物准备充足的食物和注入一定量的氧气,A、B错误,C正确。生态瓶置于自然温度下即可,不需要保持温度恒定,D错误。故选C。] 2.设计制作生态缸时应该遵循一定的原理和要求,下列说法合理的是( ) A.应该将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方 B.生态缸中投放的生物部分只含有生产者和消费者 C.生态缸由于生物种类不多,营养级之间的能量传递具有双向性 D.为保证氧气供应充足,生态缸要连通氧气泵,从而保证缸中生物的呼吸 解析:A [应该将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方,以获得充足的能量供应,A正确;生态缸内的生物部分除了生产者和消费者,还含有分解者,以促进物质循环,B错误;能量是单向流动的,C错误;生态缸是封闭的,不需要通入氧气,D错误。] 3.现有A、B两个密闭、透明的生态瓶,其生物组成和光照条件如下表。一段时间后,发现A瓶的生态系统较B瓶的稳定。 生态瓶编号 光照 含微生物的泥沙 浮游藻类 水草 浮游动物 A + + + + + B - + + + + 注:“+”表示有,“-”表示无。 请回答下列问题: (1)A瓶中微生物、浮游藻类、水草和浮游动物共同组成了一个;浮游藻类和水草的种间关系为。 (2)一段时间后,B瓶中浮游藻类的种群密度,原因是; 浮游动物的种群密度,原因是。 (3)生态系统中分解者的作用是。 [解析] (1)一定区域中全部生物的总和构成生物群落,因此A瓶中的微生物、浮游藻类、水草和浮游动物共同组成了一个生物群落;浮游藻类和水草都为生产者,会争夺光照、生态瓶中的无机盐等,因此两者为种间竞争关系。(2)B瓶缺乏光照,藻类不能进行光合作用,因此一段时间后浮游藻类的种群密度将降低;藻类因不能进行光合作用,不仅会使其数量减少,也会导致瓶内氧气含量减少,而浮游动物以藻类为食,因此浮游动物会因食物和氧气不足导致其种群密度降低。(3)在生态系统中,分解者能将动植物遗体、残骸中的有机物最终分解成无机物,重新供生产者利用。 [答案] (1)生物群落 种间竞争 (2)降低 没有光照,藻类无法进行光合作用(答案合理即可) 降低 氧气与食物不足(答案合理即可) (3)将动植物遗体、残骸中的有机物最终分解成无机物 板书设计: 教学后记: 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 $