高中生物学“生态系统”核心概念分析，本文主要内容关键词为：生物学论文,生态系统论文,概念论文,核心论文,高中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
教师研究并思考章节的核心概念，能做到在教学中胸有全局，使每节课的教学围绕单元核心概念展开，使教学设计具有一定的高度。“生态系统”是高中生物学新课标必修3模块“稳态与环境”的教学内容。本文根据高中生物学新课标，参考人教版、浙科版高中生物学必修3教材，同时借鉴《美国加州公立学校科学课程标准》（以下简称《加州课标》），分析制定了本教学单元的核心概念，供同行参考。本文阐述了所列核心概念的理由。
一、从系统论的高度认识生态系统
按照系统论的观点，任何一个系统都有自身的组成要素、结构和功能；系统是一个有机整体，它所完成的功能是系统内部单独一种成分所无法实现的；人们研究系统，是为了摸清系统内部各成分之间的关系和相互作用，找出规律，以期使系统功能最优化。
生态系统是一个自然系统，可以用系统论思想方法来认识和研究。生态系统同样具有自身的组成要素和结构，并具有一定的功能（能量流动、物质循环和信息传递）。生态系统是一个有机的整体，各成分间也存在着复杂的相互作用，生态系统内部任何一种成分的改变都会影响和波及生态系统的其他部分。研究生态系统的目的，也是要摸清生态系统的规律，运用规律控制管理和改造生态系统的结构，使其功能达到最优化，使生态系统朝着对人类生存有益的方向发展。
因此在确立核心概念时，主要围绕“系统和相互作用”来展开。
二、《加州课标》生态系统内容简介
本文主要参考其中第5章“生命科学”，C.生态系统。它从4个方面展开论述：C1.生态系统是什么？生物在生态系统中如何相互作用？C2.能量在生态系统中怎样流动？C3.生态系统怎样变动？C4.人类对于生态系统的责任是什么？每一个问题在每一个年龄组中都有具体要求。年龄组分为：①幼儿园到3年级；②3年级到6年级；③6年级到9年级；④9年级到12年级。同一个问题的回答随年龄的增长而加深，生态学名词（种群、群落等）在适宜的年龄组中出现。课标内容表述后会注明内容所体现的科学主题。
《加州课标》生态系统的内容，与我国高中课标的“种群和群落”“生态系统”“生态环境的保护”3个内容相对应。
三、“生态系统”教学单元核心概念分析
“生态系统”单元教学的总目标有两个：一是要使学生理解生态系统的基本规律，知道它是如何运作的。二是运用生态系统的理论，在实际生活中制定科学的、合乎伦理的决策。本教学单元核心概念的确定和分析，仅限于对“生态系统的基本理论”的分析，教学中同时要重视“生态学原理在生产生活中的应用”。
1.单元核心概念的确立主要围绕科学主题——系统与相互作用
单元核心概念一共3条（详见标题4核心概念图解）。这3个核心概念对应本章的3节内容，“生态系统的结构”“生态系统的功能”和“生态系统的稳态”。单元核心概念的表述围绕一个科学主题——“系统与相互作用”。
《加州课标》中罗列的科学主题有“系统与相互作用”“能量”“变化的模式”“进化”“尺度与结构”等。这些科学主题在“生态系统”教学单元中都有体现，体现最多的是“系统与相互作用”。生态系统的各组成成分之间存在着复杂的相互作用（例如：捕食、竞争）；生态系统通过能量流动、物质循环和信息传递把各个成分紧密地联系起来，同时也反映着各成分之间的相互作用；这种相互作用相互影响使生态系统不断地变化和发展，例如：群落的演替过程，最终达到与当地的气候和土壤条件处于平衡状态，即达到顶极群落，一种动态的平衡，即稳态。
2.每一节的核心概念是对单元核心概念的展开，并且进一步说明和体现“系统与相互作用”这一科学主题
（1）“第1节 生态系统的结构”核心概念分析
本节核心概念共列7条。前3条对应本节的基本知识要点，这些内容学生在初中都有所了解，但对生态系统成分间的相互关系和相互作用缺乏归纳和提升，本节后4条力图分析生态系统各成分的复杂作用（详见标题4核心概念图解）。
生物彼此之间，生物与无机环境之间相互作用，相互影响。所有生物是它们生存环境中的一部分，它们需要从生活环境中获取生存、生长发育的全部条件（包括食物、遮蔽场所）。所有生物被环境所影响和限制，反过来，生物也在某种程度上影响它们的生存环境。
环境的物理化学条件，如温度、湿度、营养物质，限制了能够在这种特定的条件下生活的物种。在自然环境中能够生存下来，是大部分生物所要面对的最艰难的任务。
种间关系包括捕食、竞争、寄生和互利共生。在影响生态系统结构的众多因子当中，捕食和竞争所产生的相互作用最为重要，它们是生态系统中种群数量的重要调节因子。许多情况下，资源被一个物种占据了，就不能为其他物种所利用，例如：森林的乔木层拦截了大部分光照。
不同类型的生态系统有着特定的气候条件和适应这种环境的特有的物种组成，生态学家会研究比较不同生态系统中由于捕食和竞争引起的相互作用及其能流关系。
教学时教师帮助学生建立“生态系统各成分间存在复杂的相互作用”这一核心概念，有利于学生体会生态系统是一个统一的整体，生态系统的某一个局部的变化可能会对这个生态系统的其他部分产生深远的影响，为理解“生态系统是一个动态、发展变化的系统”奠定基础。
（2）“第2节 生态系统的功能”核心概念分析
本节核心概念一共10条，分别从能量流动、物质循环和信息传递3个方面进行表述，反映了我国高中新课标及对应教材的主要内容（详见标题4核心概念图解）。
《加州课标》中对能量流动特点有以下描述：“能量流动通常会损失并且必须经常被更新，因为能量被消费者利用或以热能的形式散失到环境中，能量沿食物链的流动被描述成像一个金字塔”。“能量必须不断被更新”，与我国教材中“生态系统必须不断地从外部输入能量才能维持生态系统的功能”相一致。《加州课标》没有强调能量传递效率的具体数值，笔者认为有一定道理。有的教师在教学和评价时有意无意地要求学生牢记10%的能量传递效率，并不可取，因为不同的生态系统能量传递的效率不同，例如：热带雨林大约有7%的净初级生产量被动物利用，温带阔叶为5%，草原为10%，开阔大洋为40%，海水上涌带为35%。
《加州课标》中强调“能量流动的可变性”给人以很深的印象。如“生态系统的生物量制造一般在赤道附近高于极地，这是因为更多的光照允许植物生产更多的有机物，因此赤道地区有更复杂的食物链和食物网。由于物种灭绝或减少，食物链和食物网可以变得简单，流经生态系统的能量会改变。物种数目的增加会使食物网更复杂并且也影响生态系统的能量流动。”
归纳：“不同种类的生态系统，能量传递效率不同；当一个生态系统发生变化时，能量流动的情况会发生改变。”这与后一节的核心概念“生态系统是不断发展变化的”相关联。本节的重要概念中第4条，借鉴了“能量流动的可变性”观点。
（3）“第3节生态系统的稳态”核心概念分析
本节核心概念表述共5条，前2条对应“生态系统稳态”的教学内容，后3条内容吸纳了《加州课标》的内容（详见标题4核心概念图解）。
《加州课标》对生态系统的描述更多地强调了“生态系统的可变性”，与我国的课标和教材从“生态系统稳态”角度讲述有所区别。下面节选其中的部分表述：
种群数量在一个处于平衡状态的生态系统中会在相当长的时间内保持稳定。这样的生态系统中，种间关系也处于动态的平衡当中。生态系统是动态的，随着时间的推移，当气候和物种组成改变时，生态系统就发生了变化。物种的发生、灭绝、迁入和迁出是生态系统物种组成发生变化的主要方式，这些变化影响了食物资源的提供，进而影响了生态系统的能量流动。当新物种产生，适应性进化发生和一些物种消失的时候，生态系统就发生了变化（例如：恐龙和巨大马尾树从前在陆地动植物中占统治地位，但现在，有蹄哺乳类动物和有花植物占据了今天类似的环境）。最近，人类加速了物种灭绝的速率和生物从它们的自然定居点移出的速率，但是物种的形成并没有跟上物种消失的速率，这很大程度上与人的干扰有关。
因为存在于群落物种问复杂的关系，生态系统的一部分变化对于系统会产生深远的影响，这些变化很难预测和控制。例如：狗鱼引入南美洲的湖泊或者兔子引入澳大利亚内地对当地的动植物有不利影响。
生态系统中的自然灾变（例：火灾和飓风）会抹去这一地区的许多物种，并且开始新的演替……演替是主要的但不是通用的生态系统的模型，生态系统内物种组成的动态平衡被生物和非生物条件所控制和维持，火灾、疾病、风暴和延长的极端气候条件是生态系统全部的自然特征，这些特征不断重设生态系统的条件并且使生物不断变动。食肉者或竞争者的引入、气候的长期和短期变化、环境中的灾变，都是机会因子，它们塑造着生态系统的历史。
笔者认为《加州课标》从生态系统是变动和发展的角度，帮助学生认识生态系统是非常值得借鉴的。任何环境因子的改变，都会使这个生境下的生物种类发生变化，比如一次飓风后被连根拔起的大树，根部掀起来，积起一个水坑，这个小生境会很快被适合的生物居民占领和瓜分。生态系统生物和非生物因素时刻处于变动之中。帮助学生了解“生态系统是如何变动的”，这样可以使学生很好地理解生态系统成分间的相互作用，理解生态系统是一个有机整体，一个局部微小变动会波及生态系统的其他部分。人类过度开垦、过度砍伐和狩猎、污染物的排放，给生态系统带来的干扰将引起生态系统改变，包括物种的灭绝、环境的恶化（温室效应、臭氧层的破坏、自然灾害频发）。因此解释“生态系统如何变动”更容易帮助学生形成环保意识，懂得尊重自然，科学地、合乎生态学伦理地决策事物和解决问题。
因此，本节的5条核心概念的描述均强调了“生态系统的变动”，这种“变动”可以从以下两个方面理解：
①稳态中的变动：突出生态系统的稳态是一种动态的平衡状态。处于稳态中的生态系统，各种群的数量围绕某一个数值上下波动，这是由于生态系统各成分之间复杂的相互作用所致。生态系统某一个局部的变化（例如某一物理因素的改变），会引起生态系统其他成分相应的变动，通过负反馈调节，使生态系统的结构和功能保持相对稳定。但是生态系统的稳态是脆弱的，自我调节的能力是有限度的。
②生态系统的进化：地球上演替一直在发生，小到一个新形成的水坑，大到火灾后的森林、火山喷发后的地域。灾变后的地域，经过几十年、上百年可发展为顶极生物群落；从长远看，纵观整个地球生态系统的历史，是生物与环境相互作用共同进化的历史。
环境中物理因子的变化（包括灾变）、物种的发生、灭绝、迁入、迁出，是生态系统随时间推移而发生的一个自然过程。人类的干扰加速了物种灭绝，但是物种的形成并没有跟上物种消失的速率。地球是人类赖以生存的家园，保护和尊重自然符合人类自身利益。
四、“生态系统”核心概念图解
五、小结
帮助学生建立的最核心概念，是本单元核心概念的第3条：“生态系统由于内部的相互作用而不断发展变化”，前2条是理解第3条的基础。