生態系統的穩定性

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第五章第五節生態系統的穩定性（第2課時）

教

學

目

標

知識目標

1．掌握制作生態缸的原理。

2．通過設計和制作生態缸，進一步理解生態系統的組成成分。

能力目標1．初步學會設計并制作生態缸。

2．初步學會觀察生態系統的穩定性的方法，理解影響生態系統穩定性

的各種因素。

情感態度

和價值觀

目標

1．培養學生嚴謹的科學態度和團隊協作精神。

2.認同生態系統穩定性的重要性。

重點

設計和制作生態缸。

難點如何控制好生態系統各成分的比例。

知識點

1．實驗的基本原理。

2．實驗設計的注意事項。

考試點實驗設計的注意事項。

能力點寫出個性化的實驗報告

自主探究點如何生態缸應設計，才能使整個生態系統維持更長時間

訓練點實驗設計的注意事項

拓展點根據生態瓶中生物存活時間的長短，分析如何改進實驗裝置以延長香蕉煎餅 生

態瓶中生態系統的持續時間。

教法與學法直觀教學法，探究學習法

教學模式學導結合

教具課件、粉筆、實驗有關材料用具

教學流程

教學環節教師活動學生活動設計意圖

復習回顧1.什么叫生態系統穩定性？生態系統為什么能

維持穩定性？

2.生態系統的穩定性表現在哪兩個方面，兩者

之間有什么關系？

學生回憶看

書等，要給出

準確、規范的關于創新的作文

答案

將復習舊知

識常態化，

從而強化知

識的識記和

落實。

目標展示

實驗目的

展示本節課的知識目標、能力目標和情感態度

和價值觀目標。

根據高中生物課程標準的要求，我們從探究活

動的角度設計了“設計并制作生態缸，觀察生

態系統的穩定性”實驗，通過設計并制作生態

缸，觀察其中動植物的生存狀況和存活時間的

閱讀教學目

標，了解本節

課學習內容。

明確實驗目

的，做到有的

放矢。

展示教學目

標，讓學生

了解本節課

教學內容。

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長短，就可以初步學會觀察生態系統的穩定性，

并且進一步理解影響生態系統穩定性的各種因

素。

實驗原理

一個生態系統能否在一定的時間內保持自身結

構和功能的相對穩定，是衡量這個生態系統穩

定性的一個重要方面。生態系統的穩定性與它

的物種組成、營養結構和非生物因素等都有著

密切的關系。將少量的植物，以這些植物為雨傘的單詞 食

的動物和其他非生物物質放入一個密閉的生態

缸中，便形成一個人工模擬的微型生態系統。

通過設計并制作生態缸，觀察其中動植物的生

存狀況和存活時間的長短，就可以初步學會觀

察生態系統的穩定性，并且進一步理解影響生

態系統穩定性的各種因素。

明確相關實

驗原理，進而

提出實驗探

究問題

注意事項

本實驗研究最好以小組為單位進行，學生可自

愿結合組成若干小組，要求選出小組長負責本

組的研究工作。教學中教師要特別強調：

1)生態缸制作成封閉型。

2)生態缸中放置的生物必須具有較強的生活

力，放置生物的數量要合適。

3)為了使生態缸內的沙地保持干燥，可在沙土

下鋪墊一張塑料布，以防止缸中水(氣)滲透上

來。

4)生態缸制作完畢后，應該貼上標簽，在上面

寫上制作者的姓名與制作日期。

5)實驗時間的安排，最好實驗課中在討論的基

礎上，由學生完成實驗設計和實驗裝置，實驗

部分全部安排在課外或家中進行，因此實驗的

地點可不作統一要求，有條件的學校，可以安

排在校內進魏國歷代國君 行實驗。

6)讓學生設計一份觀察記錄表，內容包括植物、

動物的生活情況，水質情況(由顏色變化進行判

別)及基質變化等。

7)定期觀察，同時做好觀察記錄。

8)如果發現生態缸中的生物已經全部死亡，說

明此時該生態系統的穩定性已被破壞，記錄發

現的時間。

9)依據觀察記錄，對不同生態缸進行比較、分

析，說明生態缸中生態系統穩定性差異的原因。

10)實驗結束之后，完成實驗報告。

明確實驗中

的注意事項，

為后面進行

實驗打好基

礎。

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材料用具

按100cmx70cmx50cm的標準制作生態缸框架。

制作生態缸的材料主要包括3部分，一是非生

物的物質；二是植物；三是動物。

具體為：水(放置48h以上的自來水足量或無

污染河水)，黃土(酸性，10kg)、沙土(8—10

kg)、花土(堿性，含腐殖質較多，40-50kg)、

鵝卵石或小石塊；

田雞草、黑藻、蕨類、浮萍和一些低矮雜草，

仙人掌或仙人球(2—3株)；

田螺、蝸牛(5—7只)、蚯蚓(8—10條)、鯽魚

(2條)、小甲魚(1～2只)、蝌蚪(5—10只)(按

季節選擇)、劍水蚤、其他小魚蝦若干。

探究活動

一、提出問題：

如何設計生態缸，才能使整個生態系統維持更

長時間?

確定實驗題目：設計并制作生態缸，觀察其穩

定性。

[教師提示：本次實驗要求學生設計一個人工微

生態系統，主要模擬池塘岸邊的生態系統。]

二、作出假設

生態系統的穩定性與它的物種組成、營養結構

和非生物因素等都有著密切的關系，若放入的

生物生活力越強，生物的數量比例越適宜，環

境條件越適宜，整個生態系統維持時間更長。

三、實驗預期

在一定時間內，一個人工微生態系統保持穩定

性是可能的，但達到穩定狀態后，系統中的生

物種類與數量有變化，穩定狀態只是暫時的，

當干擾超過系統自動調節能力后，將遭到不可

恢復的破壞。

四、設計實驗方案

引導學生思考：是否采用對照實驗的方法，實

驗自變量是什么?

教師提示：可以有意安排設計多種對照實驗，

由不同的學生來完成。在分析結果時，讓學生

通過分析比較找出較好的設計方案。

提示：生態缸在設計時，應注意缸中的各種生

物之間以及生物與無機環境之間，必須能夠進

行物質循環和能量流動。

學生通過討

論，提出問題

并確定實驗

題目。

學生根據已

有的能量流

動和物質循

環的相關知

識，做出假

設，并預測實

驗結果。

學生暢所欲

言如水質、植

物數量、動物

數量、基質內

容、見光與否

等項目都可

培養學生勤

于思考，大

膽假設的能

力。

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探究活動

五、實驗操作

1．制作一個玻璃缸

制作一個玻璃缸，長100cm，寬70cm，高50

cm。

教師請學生思考：為什么要用玻璃材料?

2．堆放生態缸的土層

在玻璃缸底部約1／2范圍，先放人數塊小石

塊。在小石塊上面鋪上花土，形成一個坡面，

坡高約10cm，坡的最底處約高5cm；在花土一

側上面鋪一層沙土高約10cm，另一側鋪上一

層高約10cm的黃土。

[教師請學生思考：為什么要加入黃土?提示：

水生動物最適宜在pH為5．5-6．0的水中生活，

由于花土呈堿性，因此必須加一些酸性黃土]

3．種植植物

開始種植植物，在沙土層上種上仙人掌和仙人

球；在黃土或花土層上種植各種蕨類和陰生植

物并種上一層田雞草。

[提示：觀察各類光合藻類和綠色植物的數量，

如果其數量不足，適當加大光照；反之，適當

減少光照]

4．放鵝卵石或小石塊

在土層的下沿鋪上一圈鵝卵石或小石塊．防止

滑坡。

5．加水

先測試pH，測量結果在6.5-7.5以外的，應再

加入一些黃土(酸性)或花土(堿性)，攪拌。用

杯子把水舀人生態缸，水深以8cm為宜。

[提示：用河水。在河水面以下5～10cm的水

樣中取，測pH值，一般情況，其pH值為6．5-7．5

之間即可。如果在這個范圍之外，可用稀鹽酸

或稀氫氧化鈉溶液調整，直到合適的pH值。

6．投放動物和水生植物

在土壤和水中加入各種動物及水生植物。

[請學生思考：為什么不能放入過多的小甲魚?]

7．加蓋封口

幾天之后，各種生物生活正常，即可對生態缸

進行封閉。封閉使用凡土林油膏涂抹沿口，蓋

上平板玻璃，完成制作。

[請學生思考：為什么要加蓋封口?]

8．粘貼標簽，放置玻璃缸

在生態缸外面貼上標簽，寫上制作者的姓名與

日期，然后將它放在通風，有光但并非直射(較

強散射光)的室內。另外，在整個實驗過程中，

作為自變量。

學生討論：生

態缸必須是

透明的，既讓

里面的植物

見光，又便于

觀察。

學生回答：

小甲魚是該

生態系統的

最高營養級

生物，按照能

量金字塔原

理，它分配的

能量最少，所

以應該放得

少一些。

學生回答：

所形成的生

態系統必須

是封閉的。

...

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不要隨意移動生態缸的位置。

[請學生思考：為什么不能將生態缸放在陽光能

直射到的地方?]

9．觀察記錄

每個星期觀察一次生態缸內的生物種類與數量

變化，并做好記錄。

附：觀察記錄表

實習：設計并制作生態缸，觀察生態系統的穩

定性

姓名——日期——年——月——日組別

——

1．實驗參數

容器水質植物數量動物數量基質內

容見光與否

2．實驗觀察記錄

日期氣溫水質植物生活情況動物生

活情況基質變化

記錄概況舉例：

1個月后，生態缸內的生態基本保持完好，但

也發生了一些變化。陸地上，一些雜草有些枯

萎：蝌蚪變成了小青蛙，但成活不多；在草叢

中發現有1只蚱蜢在飛；1株仙人掌的背面感動女生的情話 有

被蝸牛啃吃的疤痕。水域中，魚喬遷之喜邀請函 類生長良好；

小甲魚正在捕食小蝦，有好多只小蝦已經死亡。

2個月后，打開蓋子觀察，生態缸內的生態仍

保持基本穩定。仙人掌長出了長長的新枝；土

質明顯變得松散，蝦已經全部滅絕，小甲魚只

能吃一些水生植物了，顯得很消瘦；另外1只

小甲魚不知鉆到泥土的哪里去了，很難找到；

有1只田螺死亡。

學生回答：

否則會導致

水溫過高，而

使水草死亡

學生動手設

計觀察記錄

表，為后續的

觀察記錄做

準備。

。

培養學生嚴

謹的科學態

度。

探究活動

六、推出結論

對實驗記錄下來的生態缸內的生物種類與數量

變化的現象、數據、結果進行整理、分析，讓

學生推出結論。

七、實驗結果分析：制作生態缸時，由于使用

的是河水，因此在這個密閉的生態系統中，除

了放人陰生植物如田雞草、黑藻、蕨類、一些

低矮雜草、仙人掌和仙人球、田螺、蝸牛。蚯

...

..

探究活動

蚓、鯽魚、蝦、小甲魚、蝌蚪以外，水中還有

原生動物和其他微生物。而且河水中還溶解有

各種礦質元素，所以，它是一個完整的生態系

統，但也是一個營養結構較為為簡單的生態系

統，在該生態系統中，植物在光照下能夠進行

光合作用，并且放出氧氣，除了供它們自身利

用外，還可供其他動物誰能比我更愛你 和需氧型微生物進行呼

吸。植食性動物以植物為食，其排出物和動植

物遺體遺骸被微生物分解，并為植物提供養料。

一些動物、微生物和浮游生物呼吸時放出的二

氧化碳，可供植物進行光合作用。由此可見，

在這個密閉的微型生態系統中，既有生產者、

消費者和分解者，又有非生物的物質和能量；

既有物質循環，又有能量流動。因此，該生態

系統能夠保持較長時間的相對穩定。

八、結論：人工生態系統可以保持較長時間的

相對穩定。同時也說明人工生態系統的穩定性

是有條件的，也可能是較短暫的而不是永久性

的。

實驗結束后，教師應組織學生統計一下全班學

生每組所制作的生態缸中生態系統穩定性時間

的長短，并引導學生分析出現差異的原因。

[提示：個別組實驗現象不明顯，請學生分析原

因，主要是由于在方案設計上未能根據生態系

統穩定性原理，特別是在堆放生態缸的土層、

加水、投放生物比例上有較大偏差而致。]

請學生思考：這個實驗中有哪些因素對人工生

態系統的穩定性有影響?如何確保你的實驗結

果是由你確定的變量引起的呢?

九、表達與交流

實驗小組的每一個成員都要寫出自己個性化的

實驗報告，向小組和全班匯報探究過程和結果、

經驗、教訓或體會，包括在科學態度、科學方

法和科學精神方面的收獲。

以小組為單

位，根據實驗

現象，對實驗

結果進行科

學有據的分

析，并得出相

關結論。

培養學生縝

密的思維及

團隊協作意

識。

...

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當堂達標：

1．為觀察不同水質對生態系統穩定性的影響，設計并制作了小生態瓶。其與自然生態系統

相比的特殊性表現在（）

A．不輸入太陽能B．因封閉而不開放C．缺少分解者D．不進行物質循環

2.觀察自我制作的小生態瓶不包括（）

A．觀察植物的生存狀況B．觀察水質的變化情況

C．觀察動物的生存狀況D．觀察分解者的生存狀況

3.下列關于小生態瓶制作的說法正確的是（）

A．生態瓶的密封性越差，其生物死亡就越快

B．生態瓶中放入河水和小魚，不放沙子也可構成一個微型生態系統

C．生態瓶中的生物間最好不要有捕食關系，否則穩定性就差

D．生態瓶制作完成后，一般要避光存放

4.下列四個一樣大小的玻璃缸中均飼養了相同數目的蝌蚪，哪個玻璃缸中的蝌蚪最容易因

缺O2而死亡（）

A．放有水草，放在陽光下B．沒有水草，放在陽光下

C．放有水草，放在黑暗中D．沒有水草，放在黑暗中

課題討論

1．設計時要考慮的生態系統各組成成分有哪

些?

提示：在這個密閉的微型生態系統中，既有生

產者、消費者和分解者，又有非生物的物質和

能量；既有物質循環，又有能量流動。植物和

動物之間構成了食物網。

2．生態缸經過多長時間才能達到比較穩定的狀

態?

提示：一般等到缸內務生物相互適應及依存后，

生態缸才能達到比較穩定的狀態，大多在1個

星期以后。

3．本組制作的生態中哪種生物最先死亡?分析

其主要原因。

提示：小蝦、小魚等以浮游生物為食的小型水

生動物最先死亡。原因可能是①浮游生物較少，

食物不足；②水中溶氧量較少。

4．根據生態瓶中生物存活時間的長短，分析如

何改進實驗裝置以延長生態瓶中生態系統的持

續時間。

提示：舉例說明。3d后我們去觀察，發現水

不如剛放藻類時那么綠，5只小蝦橫死在水面

上，小魚死了3條，有2條在水面上浮頭，思

考：病死還是餓死?接著又往缸內加了5只小

蝦，同時加了100mL的劍水蚤作為食物，結果

這5只小青蝦也未能逃出死亡，改進：加綠藻

的數量的同時，適量增加劍水蚤的數量，結果

藻類亮綠，小蝦、小魚活動自如。

思考并回答

探討問題

讓學生獲得

科學探究活

動的經驗，

初步確立嚴

謹的作風。

學會分享成

功的快樂，

或敢于面對

失敗，積極

分析原因，

尊重客觀事

實。

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5.上圖是一個密封的養魚缸，它是一個自我平衡的生態系統，請分析在一定時間內能夠保持

動態平衡的原理:

（1）有穩定的________來源。

（2）各熊貓燒香病毒下載 類生物數量____________。

（3）植物的光合作用能為____________________。

（4）動物生命活動過程中產生的________能供___________________。

（5）微生物能利用____________________轉化無機物為____________________。

當堂達標答案：

1—4BDBC

5.（1）能量

（2）相對穩定

（3）動物生活提供氧氣和養料

（4）CO2植物進行光合作用合成有機物和碳元素來源

（5）動物糞便和動植物殘體植物生活提供營養物質

教學反思：

本實驗以小組為單位進行，著重培養學生的團隊協作意識和嚴謹的科學態度，讓學生在

實踐中體驗成功的喜悅，總結失敗的教訓。讓學生自行設計實驗記錄表，充分發揮學生的主

觀能動性。最后在表達交流上，學生暢所欲言，向小組和全班匯報探究過程和結果、經驗、

教訓或體會，包括在科學態度、科學方法和科學精神方面的收獲。讓學生獲得科學探究活動

的經驗，初步確立嚴謹的作風。學會分享成功的快樂，或敢于面對失敗，積極分析原因，尊

重客觀事實。