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1、谈生态学基本理论在高中生物教学中的几点拓展补充 1在高中生物教材中补充一些生态学基本原理的必要性11社会环境迫切要求学生掌握更多的生态学知识 当今人类发展面对的四大难题资源、能源、人口、环境问题急待解决，而这四个问题无一不是生态学研究范畴之内的问题，这些问题的解决离不开生态学理论的突破。学生将来作为社会的建设者，无论从事各行各业还是日常生活，都要面临上述问题，学习掌握一些相关的生态学原理对于即将面对的生产生活都是十分必要的，在处理问题时也能有正确的理论做参照。12 从中共中央关于制定“十一五”规划的建议看生态学在生产中的作用 中共中央关于制定“十一五”规划的建议中明确提出：“必须加快转变经济增
2、长方式。我国土地、淡水、能源、矿产资源和环境状况对经济发展已构成严重制约。要把节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济发展与人口、资源、环境相协调，实现可持续发展。” 改革开放以后，在我国经济建设突飞猛进的同时，往往经济的增长是以浪费资源牺牲环境为代价的，人民的生存环境不断恶化，经济增长也必将缺少持续性。对国民生态学知识及思想的教育已经迫在眉睫。13 生态学相关内容的实践性利于培养学生探究精神 和高中生物学其他章节内容相比，生态学相关章节内容更具体生动，更贴近学生的生活，也是学生更为关注和利于开展实践活动的。适当在高中生物教学中拓展生态学内
3、容，可以引导学生积极思考，主动学习，并把学到的理论用于实践，勇于探索一些感兴趣的问题。显然，这不但有助于学生培养探究精神，而且对学生正确人生观的形成都是很有益的。14高中生物中生态学教学现状从现行的人民教育出版社出版的全日制普通高级中学教科书（必修）生物教材中，可以看出在第二册中已经有大副章节阐述生态学基本知识，足见教材编写者对生态学知识在高中教学中的重视。但是生态学本身是一门相对独立又比较庞杂的学科，高中生物教材不得不把多数的笔墨用于概念的阐述，和生产生活相关的原理略显不足。高中学生毕业之后除了升入大学就读生物学之外， 大部分学生没有机会再对生态学知识做系统学习，这与我国“加快建设资源节约型
4、、环境友好型社会”对人才知识结构的要求相去甚远。可见，高中阶段在生物学教学中适当拓展生态学相关知识是高中教育对社会发展应尽的责任。2建议在高中生物学教学中补充的生态学相关原理在高中生物学教学中补充的生态学相关原理要符合以下几点要求：（1） 以高中生物教材已有概念为基础的相关理论，不增加概念给学生学习加重负担；（2） 拓展的理论简便易懂，对课本知识有加深理解作用；（3） 拓展的理论应该易于应用于实践，或是与学生能够接触到的社会及生活问题相关；（4） 拓展的理论要是有利于学生自主学习能力及探究精神的培养，有利于学生正确的人生观形成的理论。符合这样的知识点才建议补充。作者根据本人对生态学的认识及其在
5、社会生产生活中的应用，结合对高中教学的一些认识，以现行的人民教育出版社出版的全日制普通高级中学教科书（必修）生物教材为标准，提出几点生态学知识在高中生物教学中的补充建议，仅起到一个抛砖引玉的作用，以期在今后的教学工作中与同行就此多多交流。21在高中生物学教学中补充的生态学相关原理摘要表1在高中生物学教学中补充的几个生态学相关原理相关章节拓展知识教学目标第七章 生物的进化生物与环境的进化关系从生物进化的角度理解环境保护的意义第八章 生物与环境第一节 生态因素捕食模型加深理解生物间的关系，体会生态系统中的平衡第三节 生态系统一 生态系统的类型净初级生产力的比较深化对各种生态类型的认识二 生态系统的
6、结构生物扩大作用食物安全与环境保护四 生态系统的物质循环CO2浓度增高的危害增强环境保护意识五 生态系统的稳定性生态服务深化保护生态环境的作用，深化认清环境的多重价值第九章 人与生物圈第二节 生物多样性及其保护自然保护区的选取了解生物多样性保护常识22补充理论知识阐述221生物与环境的进化关系生物的特征和适应性特点是通过自然选择、适者生存法则形成的，是生物与环境、生物与生物之间协同进化的表现。生物的生长、发育、繁殖、行为等多方面的进化都受到环境（非生物因子）的影响，这一点从生物的分布区上就能够清楚的反映出来。在环境影响生物进化的同时，生物也在改造着环境，环境本身也是在不断进化的。例如在原始生物
7、产生的时期，地球大气中并不具有氧气，生物也是进行无氧呼吸的；但随着绿色植物不断释放氧气，大气中积累的氧气浓度不断升高，环境发生了改变，生物也从只有无氧呼吸类型进化到以有氧呼吸为主。生物与环境（非生物因子）是相互依赖，协同进化的。生物与生物（生物因子）之间的进化也是协同的。各种复杂的种内与种间关系都影响到生物的进化。例如种内关系中的密度效应，植物的他感作用，种间关系中的捕食、竞争、互利共生关系等，使生物种群内部、种群与种群之间在进化上关系十分密切。介绍这一部分知识的目的不是让学生掌握更多生物与环境之间的关系，或生物种内种间相关的知识，而是让学生了解在进化角度上生物与环境之间、生物与生物之间互相依
8、存的关系，明白人类与环境及其他生物都是密不可分的，人类保护环境和其他生物就是保护自己，就是保卫人类自身的发展空间。222捕食模型Lotka-Voterra捕食者-猎物模型l 猎物在没有捕食者条件下按指数增长： dN/dt=r1N （N- 猎物种群密度，t-时间， r1-猎物的种群增长率）l 捕食者在没有猎物条件下按指数减少： dP/dt=r2P （P-捕食者的种群密度， t-时间，r2-捕食者的种群增长率）l 当两者共存于一个有限的空间内，捕食者发现和进攻猎物的效率为 ，可称为压力常数，即平均每一捕食者捕杀猎物的常数;捕食者利用猎物而转变为更多捕食者的常数为，即捕食效率常数。 猎物的种群增长方
9、程： dN/dt=r1N PN 捕食者的种群增长方程： dP/dt=r2P NP 以上两个方程就是Lotka-Voterra捕食者-猎物模型。把两个方程与捕食者和猎物的数量变化结合起来，并以时间为量度做图，最终能得到下面随时间推移捕食者与猎物数量关系的图形。捕食者猎物多度时间图1 示捕食者与猎物数量对时间作图的双循环（仿：孙儒泳等基础生态学）该图说明捕食者与猎物之间数量的循环模式：猎物数量上升，紧跟着捕食者数量也上升，而后者数量的上升会减少前者的数量，最后导致后者的数量也下降。这样猎物数量又开始上升，循环再次开始。讲述时只需要介绍有“Lotka-Voterra捕食者-猎物模型”这样一个模型，并
10、按图示讲述捕食者与猎物的数量变化关系即可。教学目的是让学生理解生态系统中生物的物种的平衡有其自己的规律。对环境和生物的保护要尊重规律，运用规律，不能只以个人的意志盲目臆断，否则会打破生态系统的平衡。223净初级生产力的比较生态系统中的绿色植物通过光合作用固定太阳能和生产有机物的过程称初级生产，初级生产积累能量的速率就是初级生产力。分为总初级生产力和净初级生产力，前者指单位时间内（如一天、一年等）生产者在单位面积上所固定的全部太阳能，后者是总初级生产力减去生产者自养呼吸的消耗后剩余的数值，用公式表示如下： 净初级生产力=总初级生产力-自养呼吸消耗净初级生产力是生产者能用于生长、发育和繁殖的能量值
11、，也是生态系统中其他生物成员生存和繁衍的物质基础。地球上的生态系统种类繁多，其净初级生产力有很大差异。陆地上，由热带雨林向亚热带常绿林、温带落叶林、北方针叶林、热带稀树草原、温带草原、苔原到荒漠，其净初级生产力依次下降。海洋中净初级生产力最高的地方有珊瑚礁、海藻床和上涌流区域，其次是大陆架；大洋的生产力相当低，相当于陆地的荒漠。在课本对生态系统的类型做出详细阐述之后，补充各种生态系统净初级生产力的比较，可以加深学生对各种生态系统的认识，还可以联系其他一些内容。例如解释物种多样性空间变化规律的“生产力学说”认为，如果其他条件相同，群落的生产力越高，生产的食物越多，通过食物网的能量流量越大，物种多
12、样性越高，生态系统的抵抗力稳定性就越强。这样可以联系本章本节第二小节“生物系统的结构”，第三小节“生态系统的能量流动”，第四小节“生态系统的物质流动”，第五小节中“生态系统的稳定性”。一个理论可以使五个小节中的内容有机的结合在一起，有事半功倍的功效。224生物扩大作用生物扩大作用（或生物富集、生物放大）是指在自然界中，人工合成的大分子化学物由于不能被生物消化和分解，延食物链转移，就表现为污染物的浓缩。食物链越复杂，逐级累积的浓度就越大，呈倒金字塔型。营养级越高的生物，富集能力越强，积累的量就越大。例如在一个报告中，DDT（一种人工合成的有机氯杀虫剂，一旦进入体内不能排泄，不易分解，对身体有毒害
13、作用）在海水中的浓度为5.01011 g，浮游植物含有4.0108 g，蛤中4.2107 g，到银鸥达到75.5106 g，扩大了百万倍。讲述生物扩大作用有利于学生加深对食物链各营养级联系的认识，对学生认识污染的危害性、注意饮食安全等都有实际意义。225CO2浓度增高的危害 CO2浓度增高导致温室效应、全球变暖及相关效应的原理和影响。226生态系统服务功能 生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它不仅为人类提供了食品、医药及其它生产生活原料，还创造与维持了地球生命支持系统，形成了人类生存所必需的环境条件。生态系统服务功能的内涵可以包括有机质的合
14、成与生产、生物多样性的产生与维持、调节气候、营养物质贮存与循环、土壤肥力的更新与维持、环境净化与有害有毒物质的降解、植物花粉的传播与种子的扩散、有害生物的控制、减轻自然灾害等许多方面。讲述生态系统服务功能是为了让学生深刻而全面理解生态系统的作用。例如单从提供植物、原料等方面考虑天然林生态系统作用不如人工林生态系统，天然草原生态系统不如人工农田生态系统。但是要是把气候调节、涵养水源、维持生物多样性、娱乐文化等各方面因素都考虑进去，即从生态服务的角度出发，那么天然林生态系统的功能远远大于人工林生态系统，人工农田生态系统的功能也同样远远不及和他生产力相近的天然草原生态系统。通过生态服务功能的讲述，学
15、生才能真正领会保护天然林等自然形成的生态系统的重要意义，才能以正确的理论来理解环境保护。227自然保护区的选取对生物多样性内涵的方面和等级的现代认识认为：生物多样性包括生态多样性、有机体（分类）多样性、遗传多样性和文化多样性四个方面（课本只提及前三点）。生物多样性是生物界赖以生存发展的基础。建立自然保护区就是为了更好的保护生物多样性资源。设立一个大的保护区还是几个小保护区一直是一个争论的问题（称“SLOSS”之争）。一般情况下，在同样面积下：（1）若每一个小保护区支持的都是相同的一些种，那么大保护区能支持更多种；（2）从传播流行疾病而言，隔离的小保护区有更好的防止传播作用；（3）如果在一个相当
16、异质的区域中建立保护区，多个小保护区能提高空间异质性，有利于保护物种多样性；（4）对于密度低、增长速率慢的大型动物，为了保护其遗传特性，较大的保护区是必需的；（5）在各个小保护区之间建立“通道”对于保护是有帮助的，它能够减少被保护物种灭亡的风险，细长的保护区也有利于物种迁入。补充讲述自然保护区选取的有关知识，可以让有兴趣的同学拓展知识，增强生物多样性保护意识，增加生物多样性保护的知识。3高中生物学教学中补充的生态学相关原理方式方法的多样性在高中生物学教学中补充生态学相关原理的时候，应该注意方式方法。我们补充的目的是让学生学以致用，并培养学生的探究精神。所以方式方法的多样性更能激发学生的兴趣，引
17、导学生自主学习。31课堂讲述课堂讲述往往可以配以多媒体。生物学科的特点决定了其内容丰富生动的优势，课堂应该充分的把这种优势表现出来，用多媒体的形式把生物知识生动的呈现给大家。另外在补充生态学原理的时候应该注意以事例分析为中心展开，多举例子，使学生获得更多感性认识。32查阅与讨论课堂学习远远不是高中生物学习的全部，课堂只是一个窗口，引导学生走进生物的殿堂。补充的一些知识完全可以在课堂上提出问题，课后由学生查阅资料自己去寻找答案。例如在讲到大气中CO2浓度增高的影响时，可以提出著名的“失汇现象”，就是在人类活动使释放到大气中的CO2集聚增加的同时，人类活动释放的CO2大约有25%的全球碳流不知去向
18、。教师可以引导学生就这个科学家很感兴趣但尚未有明确答案的问题进行探究，查阅一些相关的资料，整理出学生自己认为有可能的“失汇”原因，并且进行总结讨论。这样不但培养了学生的自主学习能力和探索精神，学生对于课本上关于碳循环的过程也在没有硬性记忆的情况下理解消化了。33辩论 和传统的学科相比，生物学作为基础学科还是一门新兴的学科。和生物的复杂性一样，生物学的一些理论也受生物和环境的复杂性影响，其成立的条件也比较复杂，且很多理论还只是停留在学说而没有定论。例如关于全球变暖导致冰川融化，并导致气候异常带来“厄尔尼诺”等气候灾害的同时，有些学者却认为大气中的CO2浓度上升使全球的初级生产率增加，是对人类有益
19、的。还有学者研究认为现在和过去数十年比较全球温度没有升高反而有降低的趋势，认为大气中的CO2浓度上升并没有对全球温度升高造成什么影响。就这个问题可以安排学生各自搜集资料，对于大气中的CO2浓度上升有益还是有害可以组织持不同观点的学生进行辩论。哪一方胜利并不重要，重要的是培养了学生的思辩能力，并且让学生都来关注地球的环境。34社会调查社会调查是把课堂知识应用于实践的好方法。课本第九章安排有“调查环境污染对生物的影响”的社会实践，在补充一些生态学知识的条件下可以适当的把这个实践活动拓展。例如考虑到生物累积效应还可以调查污染地区常发疾病，并与该疾病在全国的发病率做比较，讨论该疾病是否与环境污染有正相关性，并且这里还可以联系到癌症致病原因、基因突变原因等知识点。这样不但培养学生实践能力，也使课本前后知识融会贯通。 参考书目1孙儒泳等. 基础生态学. 高等教育出版社，2002，7.2李博等. 生态学. 高等教育出版社，2000，2.
