高二生物生态环境和生物圈

第1节 生态环境和生物圈
一、目标
1.举例说明什么是生态系统。
2.讨论某一生态系统的结构。
3.尝试建构生态系统的结构模型。
二、重点和难点
1.教学重点
讨论生态系统的结构。
2.教学难点
说明生态系统是一个整体。
三、教学设想
学生对“生态系统”一词并不陌生，对其最基本的内涵通过初中生物课的学习已有初步的了解。生态系统的概念是形成生态学思想的基础，本章是围绕着剖析生态系统概念的实质展开的。因此，在教学中要突出生态系统内各组分的相互联系与相互作用、有序与和谐、多样与复杂等。要从培养学生的生态学思想的角度，制定教学策略。
本节可以结合“思考与讨论”中的素材，讨论“你认为什么是生态系统”的话题。让学生根据自己对生态系统的理解，列举五个生态系统的实例，并列出生态系统的判断要点。学生之间相互交换作业，并对同伴的作业作出评判。
四、教学过程
生物在生命活动中要从环境中不断地摄取物质和能量，因而受到环境的限制，同时生物的生命活动又能不断地影响和改变环境。这说明生物与环境是一个统一的整体。研究生物与生物之间以及生物与环境之间相互关系的科学叫生态学。那么，环境对生物的影响有什么规律呢？
在学生讨论的基础上，教师以池塘生态系统为例，进一步分析“思考与讨论”中提出的问题。有条件的学校，教师可制作若干个不同控制条件的“生态缸”，让学生观察各个生态缸中的状况，增加感性认识。问题7是让学生尝试建构生态系统的结构模型，这是本节的教学目标之一。生态系统中各种生物和非生物成分繁多且关系复杂，无法逐个研究它们在生态系统中的结构和功能，所以引入了生产者、消费者和分解者的概念，将营养功能相同的生物类群看成一个整体结构，研究其中的物质与能量变化、信息传递，使研究问题得到简化。这是一种系统科学的研究方法，在其他宏观研究中也常常要应用这种方法。
生态系统的结构包括两方面的内容：生态系统的成分，食物链和食物网。大多数学生在讨论了问题1~5后，应当能达成这一教学目标。对此，教师可进一步提出本节“问题探讨”中的素材，让学生演练，使学生对生态系统具有一定的结构有一定认识。
生物群落与其无机环境之间的关系不是静止的，而是处于动态的变化之中：能量在其中流动，物质在其中循环，信息在其中传递，多种多样的生物及其与环境之间构建起了动态平衡的关系。
一、环境、环境因子与生态因子的概念及关系
环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。生物的环境因子是指生物体周围直接或间接地影响生物生存的全部因素。生态因子是指环境中影响生物的形态、生理、行为和分布的因素，如光、温度、水分、空气等。而海拔高度、水域深度等因素则只属于环境因子，因为它们的作用是通过温度、光照、气压等生态因子间接地体现出来的，它们本身对生物没有直接影响。
二、谢尔福德耐受性定律
谢尔福德耐受性定律表明，每一种生物对每一个生态因子都有一个耐受的上限和下限，上、下限之间的范围被称为能耐受范围（这个范围又称为生态幅），而能耐受范围中又存在着一个最适范围（又称最适区），耐受范围的两端（即除去最适范围后所剩的部分）为生理受抑区，若再往外延伸超出能耐受范围后，则为不能耐受区。
生态系统的空间大小各异，一个池塘、一片草地、一块农田、一座山林、一条河流等，都可以各自成为一个生态系统。地球上的全部生物及其无机环境构成的生态系统称为生物圈。在生物圈中，繁衍着各种各样的生物，每一种生物都生活在各自的特定环境中，它们既利用环境资源满足了自身生长发育的需要，使种群得到延续，同时，它们自身也是构成环境的重要因素。
通过列举生态系统的各种类型，启发学生思考生态系统类型多种多样，但在结构上具有许多共同点。重点从“生产者、消费者、分解者”之间的关系，阐释生态系统中各组成成分之间紧密联系构成一个统一整体，体现一定的结构和功能。
“生态系统是一个统一整体”是教学的难点。在各种类型的生态系统中，都包含有非生物的物质和能量、植物、动物和微生物等组成成分。这些组成成分之间并不是毫无联系的，而是通过物质和能量的联系形成一定的结构。
关于“食物链与食物网”的教学，教师要向学生说明：群落是生态系统中有生命的部分，群落中生物间的“营养联系”就是生态系统的“生命线”，其主要形式就是“食物联系”。接着以教材中的图示为例，分析生物之间的食物关系，从而建立食物链、营养级和食物网的概念。
生态系统的营养结构
生态系统内各要素之间的作用是通过以食物联系连接的营养结构实现的。营养结构包括食物链与食物网。
（1）食物链
食物链是指生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食关系在生态系统中传递，各种生物按其食物联系排列的链状顺序。食物链上的每一环节，称为营养阶层（营养级）。自然生态系统主要有三种类型的食物链。
①牧食食物链或捕食食物链：是以活的绿色植物为基础，从食草动物开始的食物链，例如，小麦→蚜虫→瓢虫→食虫鸟。
②碎屑食物链或分解食物链：是以死亡的动植物残体为基础，从真菌、细菌和某些土壤动物开始的食物链，例如，死亡的动植物残体→跳虫、螨类→食虫昆虫、蜘蛛→食虫鸟、小型哺乳动物。
③寄生食物链：以活的动植物有机体为基础，从某些专门营寄生生活的动植物开始的食物链，例如，鸟类→跳蚤→鼠疫细菌。
生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也有改变。动物在个体发育的不同阶段里，食物的改变（如蛙）就会引起食物链的改变。动物食性的季节性变化也会引起食物链的改变。因此，食物链往往具有暂时的性质，只有在生物群落组成中成为核心的、数量上占优势的种类，食物链才是比较稳定的。
一般生态系统中的能量在沿着食物链的传递过程中，从前一环节到后一环节，能量大约要损失90％左右（能量转化效率大约是10％）。因此，越是处于食物链顶端的动物，生物量越小，能量也就越少。处于顶位的肉食动物最少，以致于不可能再有别的动物以它们为食，因为从它们身上所获得的能量不足以弥补为搜捕它们所消耗的能量。一般说来，能量从太阳开始沿着食物链传递几次以后就所剩无几了，所以食物链一般都很短，通常只由4~5个环节构成，很少有超过6个环节的。
（2）食物网
在生态系统中，一种生物不可能固定在一条食物链上，而往往同时属于数条食物链。实际上，生态系统中的食物链很少单条、孤立地出现（除非食性是专一的），它们往往相互交叉，形成复杂的网络式结构，即食物网。食物网形象地反映了生态系统内各生物有机体间的营养位置和相互关系，生物正是通过食物网发生直接和间接的联系，保持着生态系统结构和功能的相对稳定。

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