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1、生态系统的结构教学设计课程说明：本课在北京版生物学教材8年级下册 指导思想从生物科学的本质出发，不拘泥于课本和课程。内容分析从结构到功能，可能是生物学中典型思维方式中的一个最普遍的模式。本节课在上节课学习了生态系统的结构之后，通过分析生态系统的实例，对生态系统的物质循环和能量流动进行了介绍，在比较的过程中，完成了生态系统稳定性的学习，和有害物质随着食物链的传递而进行积聚的介绍。学情分析面向全体学生。教学思路从小生态瓶实验为什么失败引入本课，介绍生物圈2号实验，归结矛盾于生态系统的稳定性在于其生态系统的内部过程。由此，介绍地球上的物质循环和能量流动。再运用刚学到的知识对于生物圈2号实验进行分析。
2、介绍生态系统结构的稳定性和有害物质积聚的特点，补充对于生态系统功能的认识。基本目标教学目标：1. 生态系统中的物质循环：构成生物体的基本元素都是在生态系统的生物与非生物环境之间反复循环的，而且物质的循环具有全球性。2. 生态系统中的物质循环和能量流动：生产者通过光合作用把光能转化为化学能，然后通过食物链（网）传给消费者、分解者，在这个过程中进行着物质循环和能量流动。3. 生态系统的自我调节能力是有限的：在生态系统内各种生物之间保持着一种动态平衡。生态系统在一定范围内能保持自身的稳定性，但这种调节能力是有限的。4. 生态系统中的有害物质会累积：大部分的有毒物质很难分解，通过食物链在消费者体内积累
3、、浓缩。营养等级越高，有毒物质积累的越多。教学重点：一个生态系统包括一定区域内的所有植物、动物、微生物以及非生物环境。教学难点：生态系统中的物质循环和能量流动。教学过程时间教学环节师生活动技术应用对应PPT页码拍摄要求3导入讲台：同学们好。上节课我们学习了生态系统的结构，这节课我们继续来学习生态系统的功能。大屏幕：通过上节课的学习，我们已经知道了生态系统是由生产者、消费者、分解者和非生物环境组成的。按照“生态系统”名词的提出者坦斯利爵士对于生态系统结构的描述，我们制作了一个小生态瓶：生产者是水草、消费者是小鱼、分解者是泥沙中的微生物，空气、水和泥沙，则提供了非生物环境，将盖子密封好之后，就形成
4、了一个小型的封闭生态系统。【PPT：小生态瓶】但是这个小生态瓶中的小鱼和水草却在短时间内死亡了，水质混浊了，生态系统崩溃了。要想让一个生态系统能够长久地存在，应该注意哪些问题呢？要给出一个合理的建议，仅从表面上了解到了生态系统的结构组成，是远远不够的，还需要我们深入地研究生态系统的功能。讲台小生态瓶中的生态系统崩溃原因，是不是因为我们提供的瓶子，空间太小了呢？如果答案是肯定的，那么增大生态系统的空间，是不是就能让生态系统长久地稳定存在了呢？【PPT：生物圈2号】下面，我们就来看一个更大的生态系统实验。它的名字叫做“生物圈2号”。有同学马上就问了，“那么生物圈1号在哪里呢？”科学家们将我们生活的
5、地球命名为“生物圈1号”，生物圈2号实验室就是模仿地球的生态系统而修建的。【PPT：生物圈2号平面图】在生物圈2号内部，模拟了热带雨林、海洋、草原、湿地、沙漠等生态系统。【PPT：生物圈2号内部照片2张】这是生物圈2号内部的实景照片。在生物圈2号内，用于模拟各种生态系统的原料是实验人员从世界各地，多种多样的生态系统中精挑细选而来的。【PPT：封闭的生物圈2号照片】实验自1991年9月26日开始。8名科学家进入生物圈2号这个完全封闭的建筑物中，依赖生物圈2号自身提供的资源，在隔绝于地球环境的封闭生态系统中独立生活。如果生物圈2号能够让科学家们长期地过上稳定的生活，那么长距离的宇宙航行和星球移民都
6、将成为可能。可惜，实验进行了两年，就不得不更改计划提前结束了。仅仅增大空间，并不能保证生态系统长期、稳定地存在。【PPT：科学家伉俪合影研发小生态瓶照片】在生物圈2号实验之后，在当初进入生物圈2号中的8名科学家中的2位，麦克卡勒姆和波因特结为伉俪，他们创立了属于自己的公司，开发能在宇宙中长期存在的小型封闭生态系统。他们研发的小生态瓶体积并不大，但却能长时间地保持稳定。在2012年底，他们将实施“月球绿洲”计划，利用小生态瓶在月球上种蔬菜。他们有一个梦想：有朝一日，让未来的月球居民甚至前往火星的人能够吃到新鲜的蔬菜。【PPT：生物圈2号相关数据】生物圈2号实验和科学家夫妇的研究成果告诉我们，影响
7、生态系统是否能够稳定存在的重要因素并不是生态系统的空间大小。那是什么呢？还是让我们从生物圈1号，我们生活的家园地球，身上来找一找答案吧。【播放视频：生物圈1号】【视频后的静帧】视频中介绍说，地球之所以能够保持生态平衡在于生产者、消费者、分解者是相生相克、相辅相成的。【PPT：生态平衡图片】在非生物环境、植物、动物、细菌和真菌之间，形成了环环相扣的物质循环链条。生态系统之所以能够保持稳定，就在于生态系统中这条隐形的链条能正常地发挥作用。人们通过对于物质循环的研究，更好地发现了生态系统的功能。我们来看一个有关生态系统物质循环的实验。【PPT：航天中心实验1,2】2012年11月1日，两名实验人员正
8、式开始实验，进入到一个类似于“两居室”的密闭实验舱中。18平方米的乘员舱隔壁种植了36平方米的植物，包括生菜、油麦菜、紫背天葵、苦菊四种可食用蔬菜，主要用于为2名参试乘员提供呼吸用氧，并吸收乘员呼出的二氧化碳。在试验过程中，每名乘员每餐还可亲手采摘并食用新鲜蔬菜3050克。2名实验人员在密闭实验舱里健康地生活了1个月，于2012年12月1日出仓，这就是他们出仓时的照片。设计这个密闭舱的关键点在哪里呢？在于精确计算二氧化碳和氧气如何才能稳定的进行循环。在我们的地球上正在进行着的物质循环过程与这个实验的原理是一样的，知识具体过程要更加复杂，我们一起来看一看。我这里有一张生物圈碳循环的示意图。【PP
9、T：地球上的碳循环示意图】仔细看这张图，来回答我几个问题：1. 请问：大气中的碳是怎样转变为植物体内的有机碳的呢？黄色箭头代表的就是这个过程，通过的是绿色植物等所进行的光合作用。2. 动物是怎样获得有机营养的？通过直接或间接的以绿色植物为食。3. 生物体内的有机碳能够返回大气或水域中吗？当生物体进行呼吸作用时，或者生物体的排泄物和尸体被分解者分解，都能让有机碳再次转化为无机碳，回到大气或者水域中。4. 微生物在地球上碳的流动过程中起怎样的作用？帮助有机碳分解为无机碳。5. 化石燃料中的碳能够转变为植物体内的有机碳吗？化石燃料在释放能量的过程中，产生大量的二氧化碳，被植物吸收，进行光合作用，转化
10、为植物体内的有机碳。【PPT：碳循环示意图】如果我们用文字图来表明地球上的碳循环，那么应该是这样的：蓝色的线代表环境中的碳一步一步转化为生物体最后矿化的过程；红色的线代表生物体或化石燃料中的有机碳再分解为环境中的无机碳的过程；这两个过程是循环往复的。其实，除了碳素之外，地球上的所有物质都是循环利用的，我们称生态系统的这个特点为“生态系统中的物质循环”。【PPT：生态系统中的物质循环概念】我们人类，也是地球生态系统物质循环中的一个重要环节。我们的身体是利用每天摄入的食物帮助构建的，同时，我们自身又分解营养物质来获得生存所必须的能量。大家都有这样的感觉，饭吃饱了之后，身体充满了力量，也听过这样的俗
11、语：人是铁，饭是钢，一顿不吃“饿得慌”。不吃饭就会“饿得慌”，“饿得慌”就会没力量。补充力量，实际上是要从食物中获得能量。不同的食物中含有的能量是不同的。【PPT：中国食物营养成分表2002】如果你的手边有包装食品，你现在就可以将食品包装拿来，看看它的营养成分表这一栏里写了什么，我们总能发现有“能量”这个项目。食物中的其它营养成分都是从环境中的物质转化而来的，那食物中的能量来自于哪里呢？【PPT：段玉佩和太阳的合影】答案是太阳。万物生长靠太阳，没有了太阳，地球上就没有了生命。而段老师作为生命体，却无法直接从太阳上获得能量。加入我们人类能直接从太阳中获得力量，大家就都不用吃饭了，排着队在操场上晒
12、晒太阳就力量充沛了。那么请问，太阳中的能量是怎样输入到我们身体中的呢？让我们从早饭说起。【PPT：一顿早饭】介绍早饭种类。【PPT：食物直接或者间接的来源于植物】【PPT：绿色植物的光合作用图示】通过之前的学习，我们知道，能帮助人类获得太阳中的能量的，是植物，它们通过光合作用，在物质转化的过程中，将太阳能转化为化学能。这个能量传递并非一个循环过程，而是一个单向流动的过程。太阳源源不断地为地球提供能量，才使得生态系统能够保持稳定的存在。【PPT：生态系统中的能量流动示意图】注意观察这张示意图，来尝试回答几个问题：1. 生态系统中的能量是从哪里输入的？绿色植物（生产者）的光合作用。2. 绿色植物固
13、定的能量有几个流动方向？一部分用于自身的生长、发育和繁殖等生命活动，并最终通过呼吸作用以热能的形式散失；一部分能量通过食物链传递给各级消费者，还有一部分能量被分解者利用。3. 随着能量在绿色植物、食植动物、食肉动物之间传递，能量传递箭头为什么越来越小？在传递的过程中，有能量的散失，真正能够传递下去的能量非常少。【PPT：能量流动的概念】阅读演示概念。，【PPT：生物圈2号平面图】让我们再回到生物圈2号实验。这个实验不得不提前结束，是由于什么缘故呢？按照原计划，实验人员考虑到了生物圈2号中的物质循环，所以，专门设置有一块农田用于为实验人员提供粮食，人们在这里种植了大量的土豆，土豆的生长利用了人们
14、呼出的二氧化碳，人们食用土豆获得营养和能量，再通过呼吸产生二氧化碳看起来，这好像是个很好的循环。【PPT：循环不能保持】但是，随着时间的推移，生物圈2号中，物质的往复循环过程无法正常地进行，大量的枯败堆叶积如山，分解者来不及将它们及时分解回到非生物环境中进行下一轮循环。同时，氧气大量减少，从原来正常的21%减少为14%，实验人员经常性地出现缺氧现象。【PPT：医生体检】此时生物圈2号中的环境已经不再适合实验人员居住了。【PPT：实验人员撤离生物圈2号】最终，这个实验不得不在1993年的9月26日提前结束，8名实验人员撤离出生物圈2号，他们的勇气为我们了解生态系统的功能积累的大量有价值的资料，同
15、时也让我们认识到，凭借人类现在的能力，还无法再造一个地球，让我们珍惜我们唯一的生存家园生物圈1号。【PPT：一条简单的食物链】下面让我们把视角再次转移到生物圈1号我们的地球。某个角落里正在发生着这样的事情：草被虫吃，虫被蛙吃，蛙被蛇吃。请问：如果由于雨水充足，草木繁盛，蝗虫能否无限制的增加？不能，因为有青蛙可以捕食蝗虫，而且蝗虫多了，草就会减少，于是蝗虫的数量又会得到控制。说明生态系统具有一定的自动调节能力再请问：可是如果从别的地区来的蝗虫太多了，把草全部吃完了，这时的生态系统还能恢复成原来的样子么？不能，草场被破坏，土地沙化，草场就很难恢复原样了。生态系统的调节能力是有限的。生态系统的稳定性指的是生态系统中各种生物的数量和所占比例总是维持在相对稳定的状态。生态系统的自我调节能力可以保持或恢复自身结构和功能。但是，这种自我调节能力是有限的，超过了限度，就可能会导致生态失
