25-生态系统的稳定性2-1
第五章第五节生态系统的稳定性（第2课时）教
学目标知识目标
1．掌握制作生态缸的原理。
2．通过设计和制作生态缸，进一步理解生态系统的组成成分。
能力目标1．初步学会设计并制作生态缸。
2．初步学会观察生态系统的稳定性的方法，理解影响生态系统稳定性
的各种因素。
情感态度
和价值观
目标
1．培养学生严谨的科学态度和团队协作精神。
2. 认同生态系统稳定性的重要性。
重点设计和制作生态缸。
难点如何控制好生态系统各成分的比例。
知识点1．实验的基本原理。
2．实验设计的注意事项。
考试点实验设计的注意事项。
能力点写出个性化的实验报告
自主探究点如何生态缸应设计，才能使整个生态系统维持更长时间
训练点实验设计的注意事项
拓展点根据生态瓶中生物存活时间的长短，分析如何改进实验装置以延长生态瓶中生态系统的持续时间。
教法与学法直观教学法，探究学习法
教学模式学导结合
教具课件、粉笔、实验有关材料用具
教学流程
教学环节教师活动学生活动设计意图
复习回顾教师通过一定的方式（课件或口述等）呈现对
上节课所学过的主要知识的提问：
1.生态系统稳定性的概念、原因。
2.生态系统的稳定性表现在哪两个方面，两者
之间有什么关系？学生回忆看
书等，要给出
准确、规范的
答案
将复习旧知
识常态化，
从而强化知
识的识记和
落实。
目标展示实验目的展示本节课的知识目标、能力目标和情感态度
和价值观目标。
根据高中生物课程标准的要求，我们从探究活
动的角度设计了“设计并制作生态缸，观察生态
系统的稳定性”实验，通过设计并制作生态缸，
观察其中动植物的生存状况和存活时间的长
短，就可以初步学会观察生态系统的稳定性，
并且进一步理解影响生态系统稳定性的各种因
素。
阅读教学目
标，了解本节
课学习内容。
明确实验目
的，做到有的
放矢。
展示教学目
标，让学生
了解本节课
教学内容。
实验原理一个生态系统能否在一定的时间内保持自身结
构和功能的相对稳定，是衡量这个生态系统的
稳定性的一个重要方面。生态系统的稳定性与
它的物种组成、营养结构和非生物因素等都有
着密切的关系。将少量的植物，以这些植物为
食的动物和其他非生物物质放入一个密闭的生
态缸中，便形成一个人工模拟的微型生态系统。
通过设计并制作生态缸，观察其中动植物的生
存状况和存活时间的长短，就可以初步学会观
察生态系统的稳定性，并且进一步理解影响生
态系统稳定性的各种因素。
明确相关实
验原理，进而
提出实验探
究问题
注意事项本实验研究最好以小组为单位进行，学生可自
愿结合组成若干小组，要求选出小组长负责本
组的研究工作。教学中教师要特别强调：
1)生态缸制作成封闭型。
2)生态缸中放置的生物必须具有较强的生活
力，放置生物的数量要合适。
3)为了使生态缸内的沙地保持干燥，可在沙土
下铺垫一张塑料布，以防止缸中水(气)渗透上
来。
4)生态缸制作完毕后，应该贴上标签，在上面
写上制作者的姓名与制作日期。
5)实验时间的安排，最好实验课中在讨论的基
础上，由学生完成实验设计和实验装置，实验
部分全部安排在课外或家中进行，因此实验的
地点可不作统一要求，有条件的学校，可以安
排在校内进行实验。
6)让学生设计一份观察记录表，内容包括植物、
动物的生活情况，水质情况(由颜色变化进行判
别)及基质变化等。
7)定期观察，同时做好观察记录。
8)如果发现生态缸中的生物已经全部死亡，说
明此时该生态系统的稳定性已被破坏，记录发
现的时间。
9)依据观察记录，对不同生态缸进行比较、分
析，说明生态缸中生态系统稳定性差异的原因。
10)实验结束之后，教师要教给学生认真分析实
验结果，科学处理实验数据的方法，如尽量用
列表式表示。还要引导学生利用实验事实进行
科学推理，得出相应的结论，最后完成实验报
告。课题报告完成之后，教师应组织学生进行
交流。教师在组织学生交流报告时，不但要让
明确实验中
的注意事项，
为后面进行
实验打好基
础。
学生交流自己所做的实验报告，还要让学生汇报完成本课题的体会，如经验、教训、克服困难的方法等。
材料用具按100cmx70cmx50cm的标准制作生态缸框架。制作生态缸的材料主要包括3部分，一是非生物的物质；二是植物；三是动物。
具体为：水(放置48 h以上的自来水足量或无污染河水)，黄土(酸性，10 kg)、沙土(8—10 kg)、花土(碱性，含腐殖质较多，40-50 kg)、鹅卵石或小石块；
田鸡草、黑藻、蕨类、浮萍和一些低矮杂草，仙人掌或仙人球(2—3株)；
田螺、蜗牛(5—7只)、蚯蚓(8—10条)、鲫鱼(2条)、小甲鱼(1～2只)、蝌蚪(5—10只)(按季节选择)、剑水蚤、其他小鱼虾若干。
探究活动一、提出问题：
如何生态缸应设计，才能使整个生态系统维持
更长时间?
确定实验题目：设计并制作生态缸，观察其稳
定性。
[教师提示：本次实验要求学生设计一个人工微
生态系统，主要模拟池塘岸边的生态系统。]
二、作出假设
生态系统的稳定性与它的物种组成、营养结构
和非生物因素等都有着密切的关系，若放入的
生物生活力越强，生物的数量比例越适宜，环
境条件越适宜，整个生态系统维持时间更长。
三、实验预期
在一定时间内，一个人工微生态系统保持稳定
性是可能的，但达到稳定状态后，系统中的生
物种类与数量有变化，稳定状态只是暂时的，
当干扰超过系统自动调节能力后，将遭到不可
恢复的破坏。
四、设计实验方案
与下面实验操作程序基本相同。
设计实验时教师请学生思考：是否采用对照实
学生通过讨
论，提出问题
并确定实验
题目。
学生根据已
有的能量流
动和物质循
环的相关知
识，做出假
设，并预测实
验结果。
培养学生勤
于思考，大
胆假设的能
力。
探究活动验的方法，确定的实验自变量是什么?
教师提示：可以有意安排设计多种对照实验，
由不同的学生来完成。在分析结果时，让学生
通过分析比较找出较好的设计方案。
[提示：生态缸在设计时，应注意缸中的各种生
物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进
行物质循环和能量流动。]
五、实验操作
1．制作一个玻璃缸
制作一个玻璃缸，长100 cm，宽70 cm，高50
cm。
[教师请学生思考：为什么要用玻璃材料?]
2．堆放生态缸的土层
在玻璃缸底部约1／2范围，先放人数块小石
块。在小石块上面铺上花土，形成一个坡面，
坡高约10 cm，坡的最底处约高5cm；在花土一
侧上面铺』：一层沙土高约10 cm，另一侧铺上
一层高约10 cm的黄土。
[教师请学生思考：为什么要加入黄土?提示：
水生动物最适宜在pH为5．5-6．0的水中生活，
由于花土呈碱性，因此必须加一些酸性黄土]
3．种植植物
开始种植植物，在沙土层上种上仙人掌和仙人
球；在黄土或花土层上种植各种蕨类和阴生植
物并种上一层田鸡草。
[提示：观察各类光合藻类和绿色植物的数量，
如果其数量不足，适当加大光照；反之，适当
减少光照]
4．放鹅卵石或小石块
在土层的下沿铺上一圈鹅卵石或小石块．防止
滑坡。
5．加水
先测试pH，测量结果在6．5-7．5以外的，应
再加入一些黄土(酸性)或花土(碱性)，搅拌。用
杯子把水舀人生态缸，水深以8 cm为宜。
[提示：用河水。在河水面以下5～10 cm的水
样中取，测pH值，一般情况，其pH值为6．5-7．5
之间即可。如果在这个范围之外，可用稀盐酸
或稀氢氧化钠溶液调整，直到合适的pH值。
6．投放动物和水生植物
在土壤和水中加入各种动物及水生植物。
[请学生思考：为什么不能放入过多的小甲鱼?]
7．加盖封口
几天之后，各种生物生活正常，即可对生态缸
学生畅所欲
言如水质、植
物数量、动物
数量、基质内
容、见光与否
等项目都可
作为自变量。
学生讨论：生
态缸必须是
透明的，既让
里面的植物
见光，又便于
观察。
学生回答：
小甲鱼是该
生态系统的
最高营养级
生物，按照能
量金字塔原
理，它分配的
能量最少，所
以应该放得
少一些。
探究活动进行封闭。封闭使用凡土林油膏涂抹沿口，盖
上平板玻璃，完成制作。
[请学生思考：为什么要加盖封口?]
8．粘贴标签，放置玻璃缸
在生态缸外面贴上标签，写上制作者的姓名与
日期，然后将它放在通风，有光但并非直射(较
强散射光)的室内。另外，在整个实验过程中，
不要随意移动生态缸的位置。
[请学生思考：为什么不能将生态缸放在阳光能
直射到的地方?]
9．观察记录
每个星期观察一次生态缸内的生物种类与数量
变化，并做好记录。
学生回答：
所形成的生
态系统必须
是封闭的。
学生回答：
否则会导致
水温过高，而
使水草死亡。
探究活动附：观察记录表
实习：设计并制作生态缸，观察生态系统的稳
定性
姓名——日期——年——月——日组别——
1．实验参数
容器水质植物数量动物数量基质内
容见光与否
2．实验观察记录
日期气温水质植物生活情况动物生活
情况基质变化
记录概况举例：
1个月后，生态缸内的生态基本保持完好，但
也发生了一些变化。陆地上，一些杂草有些枯
萎：蝌蚪变成了小青蛙，但成活不多；在草丛
中发现有1只蚱蜢在飞；1株仙人掌的背面有
被蜗牛啃吃的疤痕。水域中，鱼类生长良好；
小甲鱼正在捕食小虾，有好多只小虾已经死亡。
2个月后，打开盖子观察，生态缸内的生态仍
保持基本稳定。仙人掌长出了长长的新枝；土
质明显变得松散，虾已经全部灭绝，小甲鱼只
能吃一些水生植物了，显得很消瘦；另外1只
小甲鱼不知钻到泥土的哪里去了，很难找到；
有1只田螺死亡。学生边观察边记录。
请学生思考：
1)生态缸内事先并没有放人蚱蜢，数10天后怎
么会出现蚱蜢的?提示：之前可能无意将蚱蜢卵
带人缸内，后孵化。
2)你能讲出生态缸中的生态系统各成分吗?
3)通过观察，你能写出生态缸中的食物网吗?
学生动手设
计观察记录
表，为后续的
观察记录做
准备。
培养学生严
谨的科学态
度。
探究活动六、推出结论
对实验记录下来的生态缸内的生物种类与数量
变化的现象、数据、结果进行整理、分析，让
学生推出结论。
实验结果分析：制作生态缸时，由于使用的是
河水，因此在这个密闭的生态系统中，除了放
人阴生植物如田鸡草、黑藻、蕨类、一些低矮
杂草、仙人掌和仙人球、田螺、蜗牛。、蚯蚓、
鲫鱼、虾、小甲鱼、蝌蚪以外，水中还有原生
动物和其他微生物。而且河水中还溶解有各种
矿质元素，所以，它是一个完整的生态系统，
但也是一个营养结构较为为简单的生态系统，
在该生态系统中，植物在光照下能够进行光合
作用，并且放出氧气，除了供它们自身利用外，
还可供其他动物和需氧型微生物进行呼吸。植
食性动物以植物为食，其排出物和动植物遗体
遗骸被微生物分解，并为植物提供养料。一些
动物、微生物和浮游生物呼吸时放出的二氧化
碳，可供植物进行光合作用。由此可见，在这
个密闭的微型生态系统中，既有生产者、消费
者和分解者，又有非生物的物质和能量；既有
物质循环，又有能量流动。因此，该生态系统
能够保持较长时间的相对稳定。
结论：人工生态系统可以保持较长时间的相对
稳定。同时也说明人工生态系统的稳定性是有
条件的，也可能是较短暂的而不是永久性的。
实验结束后，教师应组织学生统计一下全班学
生每组所制作的生态缸中生态系统稳定性时间
的长短，并引导学生分析出现差异的原因。
[提示：个别组实验现象不明显，请学生分析原
因，主要是由于在方案设计上未能根据生态系
统稳定性原理，特别是在堆放生态缸的土层、
加水、投放生物比例上有较大偏差而致。]
请学生思考：这个实验中有哪些因素对人工生
态系统的稳定性有影响?如何确保你的实验结
果是由你确定的变量引起的呢?
七、表达与交流
实验小组的每一个成员都要写出自己个性化的
实验报告，向小组和全班汇报探究过程和结果、
经验、教训或体会，包括在科学态度、科学方
法和科学精神方面的收获。
以小组为单
位，根据实验
现象，对实验
结果进行科
学有据的分
析，并得出相
关结论。
培养学生缜
密的思维及
团队协作意
识。
让学生获得
科学探究活
动的经验，
初步确立严
谨的作风。
学会分享成
功的快乐，
或敢于面对
失败，积极
分析原因，
尊重客观事
实。
当堂达标：
为观察生态系统稳定性，设计了4个密闭、透明的生态瓶，各瓶内的组成和条件见下表。经过一段时间的培养和观察后，发现甲瓶是最稳定的生态系统。请回答以下问题：
课 题 讨 论
1．设计时要考虑的生态系统各组成成分有哪些?
提示：在这个密闭的微型生态系统中，既有生产者、消费者和分解者，又有非生物的物质和能量；既有物质循环，又有能量流动。植物和动物之间构成了食物网，如： 2．生态缸经过多长时间才能达到比较稳定的状态? 提示：一般等到缸内务生物相互适应及依存后，生态缸才能达到比较稳定的状态，大多在1个星期以后。
3．本组制作的生态中哪种生物最先死亡?分析其主要原因。
提示：小虾、小鱼等以浮游生物为食的小型水生动物最先死亡。原因可能是①浮游生物较少，食物不足；②水中溶氧量较少。
4．根据生态瓶中生物存活时间的长短，分析如何改进实验装置以延长生态瓶中生态系统的持续时间。
提示：举例说明。3 d 后我们去观察，发现水不如刚放藻类时那么绿，5只小虾横死在水面上，小鱼死了3条，有2条在水面上浮头，思考：病死还是饿死?接着又往缸内加了5只小虾，同时加了100 mL 的剑水蚤作为食物，结果这5只小青虾也未能逃出死亡，改进：加绿藻的数量的同时，适量增加剑水蚤的数量，结果藻类亮绿，小虾、小鱼活动自如。
生态系统组成 光 水草 藻类 浮游动物 小鱼 泥沙
生态
瓶
编号
甲
＋
＋
＋
＋
－
＋
乙
－
＋
＋
＋
－
＋
丙
＋
＋
＋
＋
－
－
丁
＋
＋
＋
＋
＋
＋
注：“＋”表示有；“－”表示无。
（1）乙瓶中，藻类的种群密度变化趋势为下降，原因是缺乏光照情况下藻类不能进行光合作用，不能生长。
（2）丙瓶比甲图有较多的有机物，原因是缺乏泥沙，分解者数量太少。
（3）丁瓶与甲瓶相比，氧气含量减少，原因是消费者较多，消耗较多的氧气。
（4）根据观察结果，得出结论：①生态系统应该具有生产者、消费者和分解者以及非生物的物质和能量（太阳能）；②生产者、消费者以及分解者之间应保持适宜比例，
以维持生态系统的相对稳定。
教学反思：
在高中生物学教材中，生态系统的稳定性一直是重要的教学内容。根据高中生物课程标准的要求，我们从探究活动的角度设计了“设计并制作生态缸，观察生态系统的稳定性”实验，通过设计并制作生态缸，观察其中动植物的生存状况和存活时间的长短，就可以初步学会观察生态系统的稳定性，并且进一步理解影响生态系统稳定性的各种因素。
本实验以小组为单位进行，着重培养学生的团队协作意识和严谨的科学态度，让学生在实践中体验成功的喜悦，总结失败的教训。让学生自行设计实验记录表，充分发挥学生的主观能动性。最后在表达交流上，学生畅所欲言，向小组和全班汇报探究过程和结果、经验、教训或体会，包括在科学态度、科学方法和科学精神方面的收获。让学生获得科学探究活动的经验，初步确立严谨的作风。学会分享成功的快乐，或敢于面对失败，积极分析原因，尊重客观事实。