人工生态系统的模型教学

◆陈玉莲

(江苏省盐城市建湖县高级中学)

人工生态系统的模型教学

◆陈玉莲

(江苏省盐城市建湖县高级中学)

在生物学课程中，有丰富的模型资源，这为模型教学提供了基础素材。在生物学教学中提倡运用模型教学来探究解决生物学问题。目前，课程标准、教材都已经将模型提升为高中生物学课程的基本内容之一，高考考试大纲也将建立模型的方法列入能力考核的目标与要求。显然，模型教学是非常重要的。

模型教学 生态系统 高中生物

一、模型教学的优点

在新课程改革中模型教学可以使研究对象直观化、简约化，能够让学生在探索科学现象的乐趣中发现科学规律，模型通常都比实物更加简单，更便于理解和掌握。

二、模型教学的现状

最近新课程教材研究所在部分高中进行的一项调查显示:从未组织学生进行过模型建构活动的教师占调查总数的50%，仅组织过一次的占21%。90%的教师认为模型建构在实际教学时是可有可无的。事实上，课程标准、教材都已经将模型提升为高中生物学课程的基本内容之一，高考考试大纲也将建立模型的方法列入能力考核的目标与要求。显然，模型教学是非常重要的。

三、教学模型的常见种类

模型通常分为以下几种类型:

1.结构模型

为了解和说明研究对象的结构而设计或构造的模型。例如，要了解一个机构的组织结构，所依照的结构框图就是结构模型。

2.功能模型

为了解和说明研究对象的功能特点而设计制造的模型。在生物学教学中接触到人的眼睛有根据进光的多少和强弱，调节瞳孔大小的功能。为了更好地了解和更深入地理解这一现象，制造出一种模拟眼睛这一功能的模型。

3.数学模型

为了更好地理解和反映研究对象的各种变量之间的数量关系和空间位置关系，有时还要构造数学模型。在生物学上，有名的数学模型有:种群在理想环境中的增长模型，种群在有限环境中的增长模型。

4.实体模型

这是与研究对象最接近的一种模型。本质上它是研究对象的小样本。但它还必须具有简单、小型、易控制边界条件、易操作等特点。我们模拟制作的生态缸模型，就是一种实体模型。

四、构建人工生态系统的模型

探究原理:为了更深入地了解和探索生态系统的本质、结构和功能，通常采用对边界条件作严格控制的实验方法来进行研究。但是，生态系统在空间上往往是一个非常庞大的体系，边界条件不容易控制。于是人们想到:制造一个小型的生态系统模型，用以模拟生态系统的运动。

实验材料:蚯蚓8～10条，蜗牛5～7个，小乌龟2～3只。

浮萍、水草、蕨类植物和一些矮杂草，仙人掌或仙人球2～3株。

玻璃板4～5m2，粘胶足量;沙土8～10kg，含腐殖质较多的花土40～50kg，自来水足量。

方法步骤:按100cm×70cm×50cm的标准制作生态缸框架;在生态缸内底部铺垫沙土和花土，花土在下，一边高，一边低，沙土在上，沙土层厚5～10cm。在缸内底处倒进水;将收集或购买的动物和植物放在生态缸中，其中浮萍、水草与小乌龟放在水中，仙人掌或仙人球移植到沙土上，蕨类植物和杂草移植到花土上，蚯蚓与蜗牛也放置在花土上;封上生态缸盖，将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方，但要避免阳光直接照射。

教师行为:为保证生物的生存，需要注意的事项是什么?

学生行为:生态缸植物应是长得慢的物种，若生长过快，其他植物会因遮光而死亡，降低了物种多样性;要尽量保证生态缸所有生物不受昆虫和真菌感染，因为在潮湿、温暖的环境中，病虫害会迅速传播

教师行为:为保证生物的生存，必需的两项外界环境条件是什么?

学生行为:光照和适宜的温度。

教师行为:在白天和夜间，生态缸内空气成分的主要变化是什么?

学生行为:白天O2浓度高，夜间CO2浓度高

教师行为:生态缸内加入腐殖质的重要意义有哪些?

学生行为:提供分解者;为植物提供初始无机营养;为分解者提供初始有机营养。

教师行为:引导学生比较分析评价作品，只表扬，不分好中差。

教师行为:为什么说生产者是生态系统的主要成分?

学生行为:生产者是自养型生物，能够把无机物转变成有机物，这些有机物一部分供给自身的生长和代谢的能量需要，另一部分维持着生态系统内除生产者以外的全部有机体的生命活动。因此生产者是生态系统存在和发展的基础，是生态系统的主要成分。

教师行为:引导学生比较分析评价作品。

目的:加深学生对生产者的理解。

教师行为:怎样理解分解者?

学生行为:分解者主要是指营腐生生活的细菌、真菌等微生物。但有些寄生的细菌，它们从活的生物体内吸取有机物，在生态系统中扮演小型消费者的角色，故不属于分解者。而土壤中的一些腐食性动物，如蚯蚓、蜣螂以及微型动物，如鞭毛虫、土壤线虫等能使有机物分解，起到分解者的作用。故属于分解者。

教师行为:引导学生比较分析评价作品。

目的:进一步加深对分解者的认识。

教师行为:怎样理解三大功能类群的关系及在生态系统中的地位?

学生行为:无机环境为生物成分提供物质和能量。生产者主要是指绿色植物，是消费者和分解者能量的源泉，也是生态系统存在和发展的基础，因此生产者是生态系统的主要成分。从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。

教师行为:食物链、食物网、营养级的区别与联系。

学生行为:生态系统的食物链主要有三种类型:捕食链，生物之间通过捕食关系丽形成的食物链，如草→兔→狐;寄生链，生物体内以寄生方式而形成的食物链，如鸟类→跳蚤→原生动物→细菌→过滤性病毒;腐生链，某些生物专以动植物遗体为食物丽形成的食物链。如植物枯枝败叶、纤维分解细菌、氧化细菌。

目的:对所学知识的拓展，培养学生的思维能力。

五、模型教学案例的教学反思

设计小型生态系统时除应对成分作符合生态系统自身规律的安排外，对重要物种的生理生活习性及各物种相互之间的影响应作详尽的考虑。

一般而言，密闭的生态系统对外界环境的需求是光照和适宜的温度。

目前已有人造的各种小型生态系统来作为美化人们的居室的装饰。例如，热带珊瑚生态系统模型、儿童玩具生态球等，已投放市场，以满足人们回归自然的心理需要。