人工生態(tài)系統(tǒng)的模型教學(xué)

◆陳玉蓮

(江蘇省鹽城市建湖縣高級(jí)中學(xué))

人工生態(tài)系統(tǒng)的模型教學(xué)

◆陳玉蓮

(江蘇省鹽城市建湖縣高級(jí)中學(xué))

在生物學(xué)課程中，有豐富的模型資源，這為模型教學(xué)提供了基礎(chǔ)素材。在生物學(xué)教學(xué)中提倡運(yùn)用模型教學(xué)來探究解決生物學(xué)問題。目前，課程標(biāo)準(zhǔn)、教材都已經(jīng)將模型提升為高中生物學(xué)課程的基本內(nèi)容之一，高考考試大綱也將建立模型的方法列入能力考核的目標(biāo)與要求。顯然，模型教學(xué)是非常重要的。

模型教學(xué) 生態(tài)系統(tǒng) 高中生物

一、模型教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

在新課程改革中模型教學(xué)可以使研究對象直觀化、簡約化，能夠讓學(xué)生在探索科學(xué)現(xiàn)象的樂趣中發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律，模型通常都比實(shí)物更加簡單，更便于理解和掌握。

二、模型教學(xué)的現(xiàn)狀

最近新課程教材研究所在部分高中進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示:從未組織學(xué)生進(jìn)行過模型建構(gòu)活動(dòng)的教師占調(diào)查總數(shù)的50%，僅組織過一次的占21%。90%的教師認(rèn)為模型建構(gòu)在實(shí)際教學(xué)時(shí)是可有可無的。事實(shí)上，課程標(biāo)準(zhǔn)、教材都已經(jīng)將模型提升為高中生物學(xué)課程的基本內(nèi)容之一，高考考試大綱也將建立模型的方法列入能力考核的目標(biāo)與要求。顯然，模型教學(xué)是非常重要的。

三、教學(xué)模型的常見種類

模型通常分為以下幾種類型:

1.結(jié)構(gòu)模型

為了解和說明研究對象的結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)或構(gòu)造的模型。例如，要了解一個(gè)機(jī)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)，所依照的結(jié)構(gòu)框圖就是結(jié)構(gòu)模型。

2.功能模型

為了解和說明研究對象的功能特點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造的模型。在生物學(xué)教學(xué)中接觸到人的眼睛有根據(jù)進(jìn)光的多少和強(qiáng)弱，調(diào)節(jié)瞳孔大小的功能。為了更好地了解和更深入地理解這一現(xiàn)象，制造出一種模擬眼睛這一功能的模型。

3.數(shù)學(xué)模型

為了更好地理解和反映研究對象的各種變量之間的數(shù)量關(guān)系和空間位置關(guān)系，有時(shí)還要構(gòu)造數(shù)學(xué)模型。在生物學(xué)上，有名的數(shù)學(xué)模型有:種群在理想環(huán)境中的增長模型，種群在有限環(huán)境中的增長模型。

4.實(shí)體模型

這是與研究對象最接近的一種模型。本質(zhì)上它是研究對象的小樣本。但它還必須具有簡單、小型、易控制邊界條件、易操作等特點(diǎn)。我們模擬制作的生態(tài)缸模型，就是一種實(shí)體模型。

四、構(gòu)建人工生態(tài)系統(tǒng)的模型

探究原理:為了更深入地了解和探索生態(tài)系統(tǒng)的本質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能，通常采用對邊界條件作嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)方法來進(jìn)行研究。但是，生態(tài)系統(tǒng)在空間上往往是一個(gè)非常龐大的體系，邊界條件不容易控制。于是人們想到:制造一個(gè)小型的生態(tài)系統(tǒng)模型，用以模擬生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)材料:蚯蚓8～10條，蝸牛5～7個(gè)，小烏龜2～3只。

浮萍、水草、蕨類植物和一些矮雜草，仙人掌或仙人球2～3株。

玻璃板4～5m2，粘膠足量;沙土8～10kg，含腐殖質(zhì)較多的花土40～50kg，自來水足量。

方法步驟:按100cm×70cm×50cm的標(biāo)準(zhǔn)制作生態(tài)缸框架;在生態(tài)缸內(nèi)底部鋪墊沙土和花土，花土在下，一邊高，一邊低，沙土在上，沙土層厚5～10cm。在缸內(nèi)底處倒進(jìn)水;將收集或購買的動(dòng)物和植物放在生態(tài)缸中，其中浮萍、水草與小烏龜放在水中，仙人掌或仙人球移植到沙土上，蕨類植物和雜草移植到花土上，蚯蚓與蝸牛也放置在花土上;封上生態(tài)缸蓋，將生態(tài)缸放置于室內(nèi)通風(fēng)、光線良好的地方，但要避免陽光直接照射。

教師行為:為保證生物的生存，需要注意的事項(xiàng)是什么?

學(xué)生行為:生態(tài)缸植物應(yīng)是長得慢的物種，若生長過快，其他植物會(huì)因遮光而死亡，降低了物種多樣性;要盡量保證生態(tài)缸所有生物不受昆蟲和真菌感染，因?yàn)樵诔睗瘛嘏沫h(huán)境中，病蟲害會(huì)迅速傳播

教師行為:為保證生物的生存，必需的兩項(xiàng)外界環(huán)境條件是什么?

學(xué)生行為:光照和適宜的溫度。

教師行為:在白天和夜間，生態(tài)缸內(nèi)空氣成分的主要變化是什么?

學(xué)生行為:白天O2濃度高，夜間CO2濃度高

教師行為:生態(tài)缸內(nèi)加入腐殖質(zhì)的重要意義有哪些?

學(xué)生行為:提供分解者;為植物提供初始無機(jī)營養(yǎng);為分解者提供初始有機(jī)營養(yǎng)。

教師行為:引導(dǎo)學(xué)生比較分析評(píng)價(jià)作品，只表揚(yáng)，不分好中差。

教師行為:為什么說生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)的主要成分?

學(xué)生行為:生產(chǎn)者是自養(yǎng)型生物，能夠把無機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，這些有機(jī)物一部分供給自身的生長和代謝的能量需要，另一部分維持著生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)除生產(chǎn)者以外的全部有機(jī)體的生命活動(dòng)。因此生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，是生態(tài)系統(tǒng)的主要成分。

教師行為:引導(dǎo)學(xué)生比較分析評(píng)價(jià)作品。

目的:加深學(xué)生對生產(chǎn)者的理解。

教師行為:怎樣理解分解者?

學(xué)生行為:分解者主要是指營腐生生活的細(xì)菌、真菌等微生物。但有些寄生的細(xì)菌，它們從活的生物體內(nèi)吸取有機(jī)物，在生態(tài)系統(tǒng)中扮演小型消費(fèi)者的角色，故不屬于分解者。而土壤中的一些腐食性動(dòng)物，如蚯蚓、蜣螂以及微型動(dòng)物，如鞭毛蟲、土壤線蟲等能使有機(jī)物分解，起到分解者的作用。故屬于分解者。

教師行為:引導(dǎo)學(xué)生比較分析評(píng)價(jià)作品。

目的:進(jìn)一步加深對分解者的認(rèn)識(shí)。

教師行為:怎樣理解三大功能類群的關(guān)系及在生態(tài)系統(tǒng)中的地位?

學(xué)生行為:無機(jī)環(huán)境為生物成分提供物質(zhì)和能量。生產(chǎn)者主要是指綠色植物，是消費(fèi)者和分解者能量的源泉，也是生態(tài)系統(tǒng)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，因此生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)的主要成分。從物質(zhì)循環(huán)角度看，分解者在生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位。

教師行為:食物鏈、食物網(wǎng)、營養(yǎng)級(jí)的區(qū)別與聯(lián)系。

學(xué)生行為:生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈主要有三種類型:捕食鏈，生物之間通過捕食關(guān)系麗形成的食物鏈，如草→兔→狐;寄生鏈，生物體內(nèi)以寄生方式而形成的食物鏈，如鳥類→跳蚤→原生動(dòng)物→細(xì)菌→過濾性病毒;腐生鏈，某些生物專以動(dòng)植物遺體為食物麗形成的食物鏈。如植物枯枝敗葉、纖維分解細(xì)菌、氧化細(xì)菌。

目的:對所學(xué)知識(shí)的拓展，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

五、模型教學(xué)案例的教學(xué)反思

設(shè)計(jì)小型生態(tài)系統(tǒng)時(shí)除應(yīng)對成分作符合生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律的安排外，對重要物種的生理生活習(xí)性及各物種相互之間的影響應(yīng)作詳盡的考慮。

一般而言，密閉的生態(tài)系統(tǒng)對外界環(huán)境的需求是光照和適宜的溫度。

目前已有人造的各種小型生態(tài)系統(tǒng)來作為美化人們的居室的裝飾。例如，熱帶珊瑚生態(tài)系統(tǒng)模型、兒童玩具生態(tài)球等，已投放市場，以滿足人們回歸自然的心理需要。