發(fā)布時間：2023-09-04 16:40:06
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的概念樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
一、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1.生態(tài)系統(tǒng)定義：由生物群落與它的無機環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體，最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈(是指地球上的全部生物及其無機環(huán)境的總和)。
2.生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括生態(tài)系統(tǒng)的成分和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(食物鏈和食物網(wǎng))
3.生態(tài)系統(tǒng)的成分包括(1)非生物的物質(zhì)和能量(無機環(huán)境);(2)生產(chǎn)者：自養(yǎng)生物，主要是綠色植物;(3)消費者：異養(yǎng)生物，絕大多數(shù)動物，(營腐生的動物是分解者);(4)分解者：異養(yǎng)生物，能將動植物尸體或糞便為食的生物(細(xì)菌、真菌、腐生生物)。注意：植物并非都是生產(chǎn)者，如菟絲子是寄生植物，它是消費者;動物也并非都是消費者，如蚯蚓是分解者;細(xì)菌也并非都是分解者，硝化細(xì)菌是生產(chǎn)者，寄生細(xì)菌是消費者。
4.食物鏈中只有生產(chǎn)者和消費者，其起點是生產(chǎn)者植物;第一營養(yǎng)級是生產(chǎn)者;初級消費者是植食性動物。
5.食物網(wǎng)：許多食物鏈彼此相互交錯連接成的復(fù)雜營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，就是食物網(wǎng)。
二、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動
1、定義：生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。
a、能量來源：太陽能。輸入：通過生產(chǎn)者的光合作用，將光能轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能。輸入生態(tài)系統(tǒng)總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能總量。
b、傳遞途徑：沿食物鏈、食物網(wǎng)，
c、散失：通過呼吸作用以熱能形式散失的。
d、過程：能量來源 (上一營養(yǎng)級)，能量去向(呼吸作用、未利用、分解者分解作用、傳給下一營養(yǎng)級)。
e、特點：單向流動、逐級遞減(能量金字塔中底層為第一營養(yǎng)級，生產(chǎn)者能量最多 )，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率：10%～20%(不可以提高也不可以降低)
2.研究能量流動的意義：
①可以幫助人們科學(xué)規(guī)劃，設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用
②可以幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?/p>
三、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)
1、定義：組成生物體的c、h、o、n、p、s等元素，都不斷進(jìn)行著從無機環(huán)境到生物群落，又從生物群落回到無機環(huán)境的循環(huán)過程。又稱生物地球化學(xué)循環(huán)。
2、特點：具有全球性、循環(huán)性
3、舉例：碳循環(huán)
①碳在無機環(huán)境中的存在形式：co2和碳酸鹽
②碳在生物體中的存在形式：有機物 碳在生物之間的傳遞形式：有機物
③碳在無機環(huán)境與生物群落之間循環(huán)形式：co2
④碳從無機環(huán)境到生物群落的途徑主要是光合作用(還有化能合成作用)，從生物群落回到無機環(huán)境的途徑有呼吸作用、微生物的分解作用、化學(xué)燃料的燃燒。
四、生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞
1.信息種類
a.物理信息：通過物理過程傳遞的信息，如光、聲、溫度、濕度、磁力等可來源于無機環(huán)境，也可來自于生物。
b.化學(xué)信息：通過信息素傳遞的信息，如，植物產(chǎn)生的生物堿、有機酸;動物的性外激素
c.行為信息：通過動物的特殊行為傳遞信息的，對于同種或異種生物都可以傳遞。(孔雀開屏、蜜蜂跳舞、求偶炫耀)
2.范圍：在種內(nèi)、種間及生物與無機環(huán)境之間
3.信息傳遞作用：生命活動的正常進(jìn)行離不開信息作用，生物種群的繁衍也離不開信息傳遞。信息還能調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。
4.應(yīng)用：a.提高農(nóng)產(chǎn)品或畜產(chǎn)品的產(chǎn)量。如：模仿動物信息吸引昆蟲傳粉，光照使雞多下蛋
b.對有害動物進(jìn)行控制，生物防治害蟲，用不同聲音誘捕和驅(qū)趕動物
注：物質(zhì)循環(huán)是在無機環(huán)境和生物之間，不能在生物與生物間循環(huán)。
5.能量流動與物質(zhì)循環(huán)之間的異同
不同點：在物質(zhì)循環(huán)中，物質(zhì)是被循環(huán)利用的;能量在流經(jīng)各個營養(yǎng)級時，是逐級遞減的，而且是單向流動的，而不是循環(huán)流動
聯(lián)系： ①兩者同時進(jìn)行，彼此相互依存，不可分割
②能量的固定、儲存、轉(zhuǎn)移、釋放，都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程
③物質(zhì)作為能量的載體，使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動;能量作為動力，使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和無機環(huán)境之間循環(huán)往返。
6.生態(tài)系統(tǒng)的基本功能：能量流動(生態(tài)系統(tǒng)的動力)、物質(zhì)循環(huán)(生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ))和信息傳遞(決定能量流動和物質(zhì)循環(huán)的方向和狀態(tài))。
五、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
1、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念：生態(tài)系統(tǒng)所具有的保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定的能力。包括抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾并使自身結(jié)構(gòu)與功能保持原狀的能力，叫做抵抗力穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾因素的破壞后恢復(fù)到原狀的能力，叫做抵抗力穩(wěn)定性。
2、生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力，而且自我調(diào)節(jié)能力是有限的。一般來說，生態(tài)系統(tǒng)中的組分越多，食物網(wǎng)越復(fù)雜，其自我調(diào)節(jié)能力就越強，抵抗力穩(wěn)定性越高，恢復(fù)力穩(wěn)定性越低。負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在，它是生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。
3、提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法：
【關(guān)鍵詞】巧解 能量流動 計算
題型一：未知能量的具體傳遞效率，求某營養(yǎng)級能量的最值
例1.在“藻類 甲蟲 蝦 小魚 大魚”這條食物鏈中：
（1）若有藻類植物G克，大魚最多能增重多少克？
（2）若小魚要增重N克，最少需要甲蟲多少克？
【思路點撥】能量沿食物鏈傳遞過程中，相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率為10%～20%。當(dāng)食物鏈中低營養(yǎng)級生物有物質(zhì)G克時，傳遞到某一高營養(yǎng)級，生物可獲得的最多量可用（20%）nG(即1/5nG)來計算；而獲得的最少量可用（10%）nG（即1/10nG）來計算。（n為食物鏈中相應(yīng)營養(yǎng)級總數(shù)減1或為箭頭數(shù)。）
（1）從藻類到大魚共有5個營養(yǎng)級，則大魚最多能增重（1/54）G。
（2）從甲蟲到小魚共有3個營養(yǎng)級，現(xiàn)要小魚增重N克，至少需要甲蟲的量，采用逆推法，即52N克。
【答案】（1）（1/625）G克 （2）25N克
【方法提煉】未知具體傳遞效率，且為一條食物鏈時，可按10%～20%的傳遞效率計算。設(shè)食物鏈為A B C D，分情況討論如下表：
題型二：已知營養(yǎng)級間的具體傳遞效率，求某營養(yǎng)級的能量
例2.下圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞示意圖，請回答：
(1)輸入此生態(tài)系統(tǒng)的總能量是____________kJ。
（1）輸入此生態(tài)系統(tǒng)的總能量是__________kj。
（2）從A到B，從B到C的能量傳遞效率分別為 和__________。
（3）欲使C增加3kg，需A__________克。
【思路點撥】流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量應(yīng)該是該生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者所固定的太陽能總量，題中A是生產(chǎn)者，其固定的總能量為：175kJ+200kJ+875kJ=1250kJ。這部分能量的流向有三：一是生產(chǎn)者本身呼吸作用消耗；二是流向分解者；三是被下一個營養(yǎng)級所同化。能量沿食物鏈的傳遞效率10%~20%是一個平均值，在不同的食物鏈和在同一條食物鏈的不同營養(yǎng)級之間的具體傳遞效率不一定相同，要用具體的數(shù)值來具體的計算。
本題中能量從A傳到B的傳遞效率為： 200/（175+200+875）×100% = 16%，從B傳到C的傳遞效率為：30/200×100% = 15%。在計算C增加3kg需要消耗A的量時應(yīng)按實際的傳遞效率計算，即：3kg÷15%÷16% = 125kg。
【答案】（1）1250 （2）16% 15% （3）125
【方法提煉】（1）相鄰兩個營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為：本營養(yǎng)級所同化的能量/上一營養(yǎng)級所同化的能量×100%；(2)具體問題要具體分析，不能一味認(rèn)為傳遞效率為10%～20%。
題型三： 已知各營養(yǎng)級供能比例，求某營養(yǎng)級的能量
例3.若一個人的食物二分之一來自植物，四分之一來自小型肉食動物，四分之一來自牛羊肉，則人增重1kg時最多消耗植物___________kg。
【思路點撥】先根據(jù)題目要求畫出食物網(wǎng)（如右圖），其次據(jù)題目要求“最多消耗植物”，故按照最低傳遞效率10%計算，人的增重從不同途徑獲得能量的比例也已明確告訴。則解題圖解如下：
【答案】280克
【方法提煉】解答此類題目時，首先要根據(jù)題干要求畫出食物網(wǎng)圖；第二要搞清各條食物鏈的具體供能比例，并將各比例分別落實到每條食物鏈上；第三要確定傳遞效率是10%還是20%，仍然要考慮“至多”與“至少”的問題；第四必要時采用逆推法更簡捷。
題型四：未知各營養(yǎng)級供能比例，求某營養(yǎng)級獲能的最值
例4. 下圖食物網(wǎng)中，若人的體重增加1kg，最少消耗水藻_________kg；最多消耗水藻__________kg。
【思路點撥】此題沒有告訴低營養(yǎng)級生物向高營養(yǎng)級生物能量傳遞的固定分配量，所以解題方法與上題稍有不同。求最少消耗水藻時，就要選最短的食物鏈，即水藻小魚人，傳遞效率按最大20%計算，設(shè)最少消耗為X，則X×20%×20%＝1，所以X＝1÷20%÷20%＝25kg；求最多消耗時，就要選擇最長的食物鏈，水藻水蚤蝦小魚大魚人，傳遞效率按最小10%計算，設(shè)最多消耗Y，則Y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，所以Y＝1÷10%÷10%÷10%÷10%÷10%＝100000kg。
【答案】25；100000
【方法提煉】在食物鏈中，已知高營養(yǎng)級生物的增重，求低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量時，應(yīng)該用除法計算（又稱食量放大法）。在不知能量傳遞效率時，要求某營養(yǎng)級的最值，更要弄清楚具體的食物鏈。如高營養(yǎng)級生物要增重N g，至少需要低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量應(yīng)按最大傳遞率來計算，即N÷（20%）n＝5nN；而最多需要低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量應(yīng)按最小傳遞率來計算，即N÷（10%）n＝10nN。
題型五：能量流動與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
例5：某生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者和次級消費者的總能量分別是W1和W2，當(dāng)下列哪種情況發(fā)生時，最有可能使生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性遭到破壞？（ ）
A.W1>10W2 B.W1>5W2 C.W1
【思路點撥】一般情況下，生態(tài)系統(tǒng)的能量在兩個相鄰營養(yǎng)級之間傳遞效率大約是10%-20%。小于或等于20%則不會導(dǎo)致其穩(wěn)定性的破壞，而大于20%則有可能引起某些營養(yǎng)級生物量的大起大落或生態(tài)環(huán)境的改變，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性被破壞?？v觀本題的四個選項，A選項反映的能量傳遞效率小于10%，B選項反映的能量傳遞效率小于20%，C選項反映的能量傳遞效率大于10%（但不一定大于20%），只有D選項反映的能量傳遞效率大于20%。
【答案】 D
【方法提煉】能量流動效率能直接反映生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能量在傳遞過程中，若超過一定的限度，則容易引起種群的生長、繁殖或再生等的障礙，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞，故在研究生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性時必須時刻關(guān)注能量流動效率。
一、景觀生態(tài)學(xué)與生態(tài)影響評價
景觀是高于生態(tài)系統(tǒng)的自然系統(tǒng),載體是一個空間異質(zhì)性的區(qū)域。景觀在結(jié)構(gòu)與功能、生物多樣性、物種流動、養(yǎng)分再分布、能量流動、景觀變化、景觀穩(wěn)定性等方面具有較為特殊的規(guī)律。20世紀(jì)末,生態(tài)學(xué)廣泛吸收地理學(xué)、生物學(xué)、信息學(xué),測繪學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)等理論,引入了景觀的概念。景觀生態(tài)學(xué)特別強調(diào)空間異質(zhì)性,層次性結(jié)構(gòu)和尺度在研究生態(tài)學(xué)格局和過程中的重要性。異質(zhì)性是研究的基本出發(fā)點,也是其方法論的基點和核心。異質(zhì)性是指在一個區(qū)域里(景觀或生態(tài)系統(tǒng))對一個種、或者更高級的生物組織的存在起決定作用的資源(或某種性狀)在空間或時間上的變異程度(或強度)。異質(zhì)性是景觀的抗干擾能力的體現(xiàn)。景現(xiàn)有三個重要元素――拼塊、廊道和模地。拼塊是一個外觀上與周圍環(huán)境明顯不同的非線性區(qū)域,其大小,形狀、類型、邊緣與相鄰的拼塊有很大的差別。廊道和模地是拼塊的特殊類型,因為形狀、面積、連通程度的特點而具有特殊的作用。廊道是指兩拼塊間狹長地帶,呈帶狀,是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流和物種流的重要通道,如公路上預(yù)留的生物通道是廊道,河流是水生生物的廊道等。模地是景觀內(nèi)具有背景地域特性的拼塊,在很大程度上對景觀的性質(zhì)、動態(tài)起著主導(dǎo)作用。這就是沙漠、森林、海洋在氣候等特性上為什么如此不同的主要原因之一。模地有三個特性,即相對面積大、連通程度高和具有動態(tài)控制作用。相對面積是表現(xiàn)模地的重要參數(shù)。一般來說,一種景觀元素覆蓋了景觀50%以上面積,就可以認(rèn)為它是模地。如在流波電站評價范圍內(nèi),林地相對面積為80%左右,顯然林地是模地如果各景觀元素的相對面積均不超過50%,則要由其它特性來決定模地。連通性是某些景觀模地判別的重要元素,如樹籬景觀,樹籬網(wǎng)一般只占景觀總面積的10%以下,但由于其包圍了田野,構(gòu)成了單一的連續(xù)地域,高度連通性使其具有隔離其它元素的物理屏障功能、運輸特性的廊道功能并包圍其它元素使其形成孤立的生物“島嶼”。動態(tài)控制功能可以簡單理解為模地是景觀的動力源泉,控制了景觀的發(fā)展方向,如樹籬網(wǎng)由先鋒種(如櫻桃)及后來種(如櫟樹)混合構(gòu)成,其種子被風(fēng)吹落到附近的田野中,鳥和動物在吃果子的同時將種子帶到景觀的各個地域,因此樹籬起了一個物種源的作用,把景觀引向某種穩(wěn)定狀態(tài)或發(fā)生其它變化。
評價流波水電站工程對生態(tài)環(huán)境的影響,主要評價興建工程前后,景觀的生態(tài)完整性是否受到較大影響。主要指標(biāo)可以概括為生物群落(生物量、物種多樣性、異質(zhì)性程度、珍稀瀕危物種是否銳減或減少)、區(qū)域環(huán)境(綠地減少,連通程度變差),水和土地(發(fā)生荒漠化或土壤理化性質(zhì)改變)。對如此多的指標(biāo)進(jìn)行定量或半定量分析計算是非常復(fù)雜的工作,大部分指標(biāo)需要大量人力物力進(jìn)行專門研究才能確定,而現(xiàn)階段我國生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究方面缺少支持評價工作的基本研究成果,評價單位完全將這些指標(biāo)定量幾乎是不可能的。
通過工程前后自然體系生產(chǎn)力和穩(wěn)定性分析,綜合判斷工程對景觀生態(tài)完整性的影響,是流波水電站工程生態(tài)環(huán)境影響評價的主要思路。生產(chǎn)力計算以世界范圍內(nèi)相同地塊平均凈生產(chǎn)力為依據(jù)。對計算結(jié)果的分析,采用奧德姆4級分類法――將生產(chǎn)力分為最低、較低、較高和最高4個等級,各等級之間的閾值182.5、1095和3650單位,計算項目前后評價范圍內(nèi)自然體系生產(chǎn)力,判斷生產(chǎn)力是否因項目建設(shè)而降低到低一級別的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)體系的穩(wěn)定狀況包括兩個特征,即恢復(fù)和阻抗。恢復(fù)穩(wěn)定性與高亞穩(wěn)定元素(如植被)的數(shù)量和生產(chǎn)能力較為密切,阻抗穩(wěn)定性與景觀異質(zhì)性關(guān)系緊密。流渡水電站工程所在地域內(nèi)景觀穩(wěn)定,陛是通過對景觀三個重要元素一拼塊、廊道和模地的分析計算,確定模地,并從模地入手進(jìn)行分析。根據(jù)模地的三個特性,采用傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)中計算植被重要值的方法(優(yōu)勢度值)來判別景觀模地,方法是計算各拼塊的優(yōu)勢度值,優(yōu)勢度值最大的拼塊就是模地。
二、流波水電站實倒
流波電站生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀分析中對主要生態(tài)因子,如氣候、土壤,植被等進(jìn)行調(diào)查和分析。植被類型調(diào)查是現(xiàn)狀調(diào)查的重點,是評價的基礎(chǔ)。評價中采用樣方調(diào)查法獲得評價區(qū)植被信息。在現(xiàn)狀調(diào)查和工程分析基礎(chǔ)上分析流波水電站工程前后景觀生態(tài)完整性,主要內(nèi)容包括模地判別、生產(chǎn)力計算、穩(wěn)定性分析。
模地判別判定模地采用傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)中優(yōu)勢度值判別法。首先對景觀中各拼塊、樣方數(shù)目及面積進(jìn)行量算,分別計算出密度、頻率和景觀比例。流波水電站工程評價范圍內(nèi)各拼塊優(yōu)勢度值計算結(jié)果如表l所列。
評價范圍內(nèi)用地類型可大致分為河濰裸地、水域、園地、農(nóng)耕地、疏林灌叢、竹林及落林闊葉林等類型,每種地塊具有不同的生產(chǎn)力,評價中采用了世界范圍內(nèi)相同地類平均生產(chǎn)力作為計算依據(jù)。流波水電站工程評價范圍內(nèi)自然體系現(xiàn)狀生產(chǎn)力為1 313 g/m 2?a,工程建成后生產(chǎn)力為1276 g/m 2?a,根據(jù)奧德姆分類,項目前后生產(chǎn)力水平均處于較高水平(1095-3650 g/m 2?a),流渡電站所在地域自然體系生產(chǎn)力并未因本工程建設(shè)而降低到低一級別的生態(tài)系統(tǒng)。
流波電站工程評價范圍內(nèi)自體系生產(chǎn)力處于較高水平,植被豐富,恢復(fù)穩(wěn)定性較好。評價范圍內(nèi)模地為林地,對生態(tài)系統(tǒng)具有動態(tài)控制功能,區(qū)域內(nèi)多種植被拼塊交錯分布,異質(zhì)性較強,因此流波電站所在區(qū)域生態(tài)體系的生態(tài)完整性較好。流波電站建成后,評價區(qū)內(nèi)高亞穩(wěn)定元素數(shù)量未受大的破壞,生產(chǎn)力水平仍為較高等級。工程實施后對自然體系恢復(fù)穩(wěn)定性的影響不大。流波電站建成運行對植被的空間分布影響不大,工程占地及淹沒等改變區(qū)域的面積為2.02平方千米,僅占評價區(qū)面積的8.4%,其他91.6%面積上的植被未發(fā)生改變,仍維持現(xiàn)狀,也即該區(qū)域起決定性作用的,具有動態(tài)控制能力的組分在時間和空間上均未發(fā)生大的變異,因此項目實施和運行對區(qū)域自然體系的異質(zhì)化程度影響不大,對阻抗穩(wěn)定性影響較小。項目實施后,景觀生態(tài)完整性仍較好。
良好的河流景觀與濱水環(huán)境是現(xiàn)代城市文明的重要內(nèi)容,而營造城市景觀環(huán)境也離不開河流和水面。當(dāng)代國際大都市環(huán)境建設(shè)的價值觀念顯示,城市河流作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要骨架,已經(jīng)和正在為城市建設(shè)者所關(guān)注,其生態(tài)服務(wù)功能的應(yīng)用也逐漸引入生態(tài)城市的建設(shè)之中。但在經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展進(jìn)程中,由于人類活動的影響,自然河道生態(tài)屬性受到不同程度的人為干擾,導(dǎo)致河道功能退化、水質(zhì)惡化、河道堵塞、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量下降。隨著社會文明進(jìn)步,水環(huán)境意識日益增強,應(yīng)用國內(nèi)外先進(jìn)的生態(tài)河道建設(shè)理念,不僅有利干河道的整治和生態(tài)環(huán)境的改善,而且也有益于地區(qū)整體形象的提高。
2、河道生態(tài)護(hù)岸工程發(fā)展現(xiàn)狀
城市水利建設(shè)歷經(jīng)農(nóng)村水利、城市水利、環(huán)境水利和生態(tài)水利四個階段,而且逐步向景觀水利發(fā)展。在目前城市開潮中,河道護(hù)岸仍以硬質(zhì)直立墻占據(jù)主導(dǎo)地位。硬質(zhì)直立墻基本以人工(漿)砌石、鋼筋砼結(jié)構(gòu),它們隔絕了河道與土壤之間的水土交換,對生態(tài)性造成了不良影響,造成環(huán)境惡化和生態(tài)破壞,甚至嚴(yán)重威脅著人們賴以生產(chǎn)、生活的生態(tài)環(huán)境。隨著生括水平的提高,人們對水環(huán)境的要求也越來越高,河道已不僅僅具備“泄洪、排澇、薔水、引清、航運”等水道的基本工程,而且還具有“景觀、旅游、生態(tài)、對周邊環(huán)境的呼應(yīng)”等功能。
近些年來,國內(nèi)外工程技術(shù)人員己重視研究生態(tài)型護(hù)岸技術(shù),并已提出了多種生態(tài)型護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式,實踐運用正逐漸增多,就寧波市河道工程來看,主要采用生態(tài)護(hù)岸材質(zhì)如;金屬格網(wǎng)擋墻、自嵌式干壘擋墻,解決以往硬質(zhì)直立墻水土不交換的問題;或者采用斜坡武護(hù)岸斷面采用透水型護(hù)坡材質(zhì)如:金屬格網(wǎng)護(hù)墊、植生毯、砼格梗,聯(lián)鎖式護(hù)坡塊、以及草皮護(hù)坡等?；蛘咭刖坝^造景概念,營造出濕地、岸坡園林式綠化等設(shè)計。這些不同的生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)綜合起來可以歸納為兩種:一種是單純利用植物護(hù)岸。一種是植物護(hù)岸與工程措施相結(jié)合的護(hù)岸技術(shù)。寧波市水利系統(tǒng)在河道整治時較多的考慮生態(tài)性,如寧波市甬新干河、北侖小浹江工程、寧海顏公河工程、以及多條住宅小區(qū)河道工程,取得了一定的成果。
現(xiàn)狀有關(guān)理論方面的研究相對不足。目前,關(guān)于生態(tài)護(hù)岸的研究,在理論上主要集中于生態(tài)護(hù)岸的概念、內(nèi)涵以及行洪排澇功能等方面的宏觀性研究;在實踐上主要集中于護(hù)岸的材料、施工方法及成本等方面。然而,關(guān)于生態(tài)護(hù)岸生態(tài)支持功能,如截留降解污染物、營造生物多樣性、提高河流自凈能力,以及防止水土流失等定量化的研究,文化美學(xué)功能,如景觀文化質(zhì)量和景觀美學(xué)質(zhì)量的研究,卻不多見。
在國外,對環(huán)境、生態(tài)退化問題的認(rèn)識較早,很早就開始研究傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)對環(huán)境與生態(tài)的影響,認(rèn)為傳統(tǒng)的混凝土護(hù)岸會引起生態(tài)與環(huán)境的退化。為了能有效地保護(hù)河道岸坡以及生態(tài)環(huán)境,許多國家紛紛提出了一些生態(tài)型護(hù)岸技術(shù),如:瑞士、德國等于20世紀(jì)80年代末就已提出了“自然型護(hù)岸”技術(shù),日本在20世紀(jì)90年代初提出“多自然型河道治理”技術(shù),并且在生態(tài)型護(hù)岸結(jié)構(gòu)方面做了實踐。目前,在美國以及歐洲一些國家較為常用的技術(shù)是“土壤生物工程”護(hù)岸技術(shù)。該項技術(shù)是從最原始的柴木枝條防護(hù)措施發(fā)展而來的,經(jīng)過多年的研究,現(xiàn)已形成一套完整的理論體系和施工方法,并得到了廣泛應(yīng)用。近30年來歐洲利用土壤生物工程對坡面的治理比較廣泛,已經(jīng)對土壤生物工程做了大量的研究。國內(nèi)該技術(shù)最早在上海市機場鎮(zhèn)河道、北京懷九一渡河段等地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用研究,為我國各類邊坡的侵蝕控制和生態(tài)修復(fù)引進(jìn)了新的工程技術(shù)和方法。
但是,目前有關(guān)河岸帶生態(tài)方面的研究主要集中在生態(tài)河岸帶的定義、功能、管理及保護(hù)技術(shù)等宏觀定性研究方面,而定量方面的研究卻很少,這就導(dǎo)致了河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)、保護(hù)和管理缺乏統(tǒng)一的衡量和評價標(biāo)準(zhǔn),給生態(tài)河岸帶的建設(shè)、保護(hù)和管理帶來了一定的困難。
3、河道生態(tài)護(hù)岸工程發(fā)展趨勢
由于對生態(tài)護(hù)岸系統(tǒng)框架的理解沒有統(tǒng)一的認(rèn)識,造成了目前人們對生態(tài)護(hù)岸認(rèn)識的片面性和盲目性。對于什么是生態(tài)護(hù)岸,什么樣的河坡系統(tǒng)才具有生態(tài)完整性和生態(tài)安全性,生態(tài)護(hù)岸應(yīng)如何設(shè)計、施工和管理,才能保持其生態(tài)健康等問題的理解,更是仁者見仁,智者見智,沒有統(tǒng)一的說法。因此,為了能更壘面地認(rèn)識生態(tài)護(hù)岸,更充分地發(fā)揮生態(tài)護(hù)岸的功能,從而保障城鎮(zhèn)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康,今后生態(tài)護(hù)岸的研究,應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)行。
(1)生態(tài)護(hù)岸新材料的研究
由于現(xiàn)有的生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)大多數(shù)技術(shù)是從國外直接引進(jìn)的。其生態(tài)材料指標(biāo)等也直接參考國外,必然存在許多弊端。如:護(hù)岸成本太高,難于大范圍推廣;由于自然地理條件的差異,導(dǎo)致護(hù)岸效果不明顯等。因此,新材料的開發(fā),應(yīng)成為今后生態(tài)護(hù)岸研究的一個重點。
(2)生態(tài)護(hù)岸服務(wù)功能的研究
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用。處于陸地生態(tài)系統(tǒng)與河流生態(tài)系統(tǒng)交界處的護(hù)岸生態(tài)系統(tǒng),兼有單純的生態(tài)內(nèi)涵和水利特性的內(nèi)涵,因而其服務(wù)功能應(yīng)包括行洪排澇功能、生態(tài)支持功能和文化美學(xué)功能。目前,關(guān)于生態(tài)護(hù)岸生態(tài)支持功能的定量化研究、文化美學(xué)功能等還鮮有報道。
(3)生態(tài)護(hù)岸設(shè)計的研究
生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計,應(yīng)包括護(hù)岸材料、護(hù)岸植物、坡比以及護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式的選擇等。直觀有效的研究方法是實驗方法,通過實驗,研究在不同地質(zhì)條件下,不同護(hù)岸材料、護(hù)岸植物、坡比以及護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式等,對坡面穩(wěn)定性的影響,對護(hù)岸生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、重建的影響,對鄰近生態(tài)系統(tǒng)的影響等,進(jìn)而總結(jié)出生態(tài)護(hù)岸設(shè)計的原則和標(biāo)準(zhǔn),為生態(tài)護(hù)岸的設(shè)計提供依據(jù)。
(4)生態(tài)護(hù)岸綜合評價標(biāo)準(zhǔn)的研究
正是由于關(guān)于生態(tài)護(hù)岸定量化和效應(yīng)的研究很少,這就給生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)、保護(hù)與管理,帶來了一定的困難。缺乏統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn),也造成了目前對生態(tài)護(hù)岸理解的盲目性和片面性。因此,有必要利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法(如模糊數(shù)學(xué)方法)和現(xiàn)代的高新技術(shù)(如3s技術(shù)、計算機技術(shù)等)手段,對生態(tài)護(hù)岸進(jìn)行綜合評價研究,提出合理而全面的生態(tài)護(hù)岸綜合評價指標(biāo)體系,構(gòu)建可操作的生態(tài)護(hù)岸綜合評價模型,為生態(tài)護(hù)岸的建設(shè)提供理論依據(jù)、評價標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn),從而實現(xiàn)對生態(tài)護(hù)岸的有效管理和控制。
(5)生態(tài)護(hù)岸管理的研究
如果說河道整治的最終程序,是對整個流域或城鎮(zhèn)進(jìn)行有效的規(guī)劃和控制,那么,生態(tài)護(hù)岸的管理,則應(yīng)成為熏要的第一步。生態(tài)護(hù)岸的研究,屬于多目標(biāo)、大尺度問題。傳統(tǒng)的諸如統(tǒng)計等管理方法,已不適合生態(tài)護(hù)岸的管理。目前,地理信息系統(tǒng)(GIS)以其強大的數(shù)據(jù)和信息處理功能,在資源調(diào)查和水土流失等方面已得到應(yīng)用,如利用GIS對內(nèi)河岸線資源進(jìn)行評價,河岸穩(wěn)定性評價,夏繼紅等提出,將GIS技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)護(hù)岸的統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計、監(jiān)控管理和綜合評估等方面,可以提高設(shè)計管理效率,減少施工的生態(tài)干擾,為方案選擇提供科學(xué)的評判依據(jù)。因此,壘球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)等技術(shù),在生態(tài)護(hù)岸管理中的應(yīng)用研究亟待展開。
核心概念;整體備課;生物科學(xué)素養(yǎng);遷移應(yīng)用
隨著高中生物學(xué)課程改革的深入開展，越來越多的的高中生物學(xué)教師關(guān)注生物學(xué)核心概念的教學(xué)，嘗試引導(dǎo)學(xué)生從繁雜的“單純”概念的記憶中解脫出來，轉(zhuǎn)向?qū)诵母拍畹臉?gòu)建和深層次的理解，實現(xiàn)零散的概念知識科學(xué)系統(tǒng)的整合及遷移應(yīng)用，有效地提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。
一、高中生物學(xué)核心概念是學(xué)科中心的概念
高中生物學(xué)知識包括生命科學(xué)事實、基本原理、科學(xué)概念、模型等類型，人教版高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)教材將核心概念等同于核心知識。劉恩山教授認(rèn)為，核心概念是基于課程標(biāo)準(zhǔn)某個主題的知識框架中概括總結(jié)出來的，特別強調(diào)概念之間的關(guān)聯(lián)和概念體系的結(jié)構(gòu)。筆者經(jīng)過近兩年的高中生物科學(xué)概念學(xué)法指導(dǎo)研究認(rèn)為，高中生物核心概念主要是指位于學(xué)科中心的概念性知識，包括概念、原理、模型、規(guī)律及理論，是學(xué)科知識的主干部分。一般用陳述句表述核心概念。核心概念與我們平時所說的普通定義或概念等有較大區(qū)別。以“群落”這一核心概念為例，人教版《高中生物?必修3?穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》對“群落”的表述是“同一時間內(nèi)聚集在一定區(qū)域中各種生物種群的集合?！倍鴱暮诵母拍罱嵌葋砜?，“群落”是種群概念研究的延續(xù)，是多種有直接、間接關(guān)系的生物種群有機組合在一起;有一定的物種組成（物種豐富度）;有特定的空間結(jié)構(gòu)、邊界和范圍;在一定的變化條件下還可能發(fā)生群落演替。引導(dǎo)學(xué)生形成正確的核心概念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，形成正確的知識體系，促進(jìn)生物科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。
二、核心概念教學(xué)的三個基本環(huán)節(jié)
1.發(fā)揮整體備課優(yōu)勢，凸顯核心概念
整體備課是相對于我們教師或集備組平時的課時備課而言的，其是依據(jù)系統(tǒng)論的系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的一種模式，即對某個教學(xué)模塊的整體設(shè)計。教師在整體備課中，要綜合考慮課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生具體學(xué)情及教學(xué)內(nèi)容，對學(xué)科知識進(jìn)行整體上創(chuàng)造性教學(xué)設(shè)計。整體備課是教師在進(jìn)行逐個課時備課之前要實施的一個環(huán)節(jié)，事關(guān)該模塊教學(xué)，起到高屋建瓴的作用。
整體備課時要注意凸顯核心概念在整個模塊知識框架中的位置，在充分了解學(xué)生的原有知識儲備、符合各模塊或單元知識內(nèi)在邏輯的基礎(chǔ)上，嘗試圍繞核心概念開展教學(xué)活動，幫助學(xué)生形成每個模塊內(nèi)部及各個模塊間的知識體系或知識網(wǎng)絡(luò)。
如在人教版《高中生物?必修1?分子與細(xì)胞》細(xì)胞代謝模塊的整體備課中，我們要重視“細(xì)胞呼吸”核心概念的地位。在學(xué)生的前概念知識基礎(chǔ)上，要針對如何引導(dǎo)學(xué)生探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式、細(xì)胞呼吸過程的分析、呼吸概念的歸納等知識進(jìn)行備課，還要備光合作用有關(guān)內(nèi)容，以及《高中生物?必修3?穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動概念。在教學(xué)時，注意“細(xì)胞呼吸”這一核心概念與光合作用聯(lián)系，為后續(xù)生態(tài)系統(tǒng)能量流動概念教學(xué)奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生形成有關(guān)概念體系。
在人教版《高中生物?必修3?內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)》模塊教學(xué)前，用系統(tǒng)論思想指導(dǎo)整體備課，人體細(xì)胞是人生命活動最基本的結(jié)構(gòu)層次;常見的人體細(xì)胞舉例;每個細(xì)胞內(nèi)可以相對獨立地進(jìn)行一系列細(xì)胞代謝活動;人體細(xì)胞生活在內(nèi)環(huán)境中;內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定與人體細(xì)胞的關(guān)系;植物體維持穩(wěn)定性的機制;生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)。每個層次都是個獨立的系統(tǒng)，都要維持相對穩(wěn)定才能行使正常功能。因此，針對一個模塊知識的整體備課讓我們站得更高，看得更遠(yuǎn)，從而全盤把握。
2.創(chuàng)設(shè)生物實驗情境，提升核心概念的建構(gòu)能力
結(jié)合生物學(xué)是一門實驗學(xué)科的特點，教師精心創(chuàng)設(shè)實驗情境，指導(dǎo)學(xué)生動手進(jìn)行實驗探究，并進(jìn)行實驗反思與總結(jié)，促進(jìn)核心概念的構(gòu)建。
在核心概念“細(xì)胞呼吸”教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)以下實驗情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗，探究酵母菌的呼吸方式。
（1）實驗小組通過預(yù)習(xí)，嘗試配制酵母菌培養(yǎng)液。由此，學(xué)生建立“細(xì)胞呼吸過程需要分解有機物，常見的是葡萄糖”的認(rèn)識。
（2）通過創(chuàng)設(shè)外界通入氧氣、不接外面氧氣兩種實驗情境進(jìn)行對照實驗，學(xué)生獲得“細(xì)胞呼吸包括有氧呼吸、無氧呼吸兩種方式”的觀點。
（3）通過有氧、無氧條件下細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物的檢測，學(xué)生自然得出“細(xì)胞呼吸包括有氧呼吸、無氧呼吸兩種方式，產(chǎn)物有二氧化碳、酒精等”。
（4）引導(dǎo)學(xué)生分析：本實驗中單一的自變量是什么呢？因變量、無關(guān)變量又是什么？
（5）思考、討論：反應(yīng)底物選擇葡萄糖溶液的理由是什么？本實驗選擇的有氧、無氧條件是如何完整實現(xiàn)？本實驗檢測實驗產(chǎn)物的如何歸類？
（6）如果要比較兩種呼吸方式放出的熱量多少，本實驗還可以進(jìn)行哪些拓展？
通過逐步深入的實驗探究，使得學(xué)生建立對“細(xì)胞呼吸”這一核心概念的正確認(rèn)識：細(xì)胞呼吸是指細(xì)胞通過分解有機物，常見的是葡萄糖，以有氧呼吸或無氧呼吸的方式氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳、酒精等，同時放出能量的過程。
3.結(jié)合生活實踐情境，提高概念遷移應(yīng)用能力
檢驗概念掌握情況的標(biāo)準(zhǔn)是學(xué)生能否靈活應(yīng)用概念，能否做到學(xué)以致用。如在“種群”概念教學(xué)中，努力給學(xué)生創(chuàng)造應(yīng)用已學(xué)概念的機會。由理想狀態(tài)下細(xì)菌分裂的后代數(shù)量分析入手，學(xué)生建立Nn=2n的數(shù)學(xué)模型;進(jìn)一步思考：若在一個有限的培養(yǎng)基中細(xì)菌分裂的后代數(shù)量又如何變化;有機地結(jié)合課本中的實例建立“S”型增長、“J”型增長曲線的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考：外來入侵物種最可能朝哪一種增長曲線的方向發(fā)展？“S”型增長曲線的1/2K值和K值對于保護(hù)有益動物、防治有害動物有什么啟示？在學(xué)生自學(xué)基礎(chǔ)上分小組進(jìn)行的數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)，并應(yīng)用模型進(jìn)行分析，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的思路。
當(dāng)前，信息技術(shù)與課程整合的實踐，經(jīng)常陷入技術(shù)整合失效、教學(xué)效果不佳的怪圈。在許多情況下，不是出現(xiàn)緣于表演性質(zhì)的盲目整合高端技術(shù)現(xiàn)象，就是出現(xiàn)只用PowerPoint作為演示工具的低層次整合現(xiàn)象。更有甚者，一旦真要把信息技術(shù)深入到實質(zhì)性的學(xué)科課程教學(xué)時，教和學(xué)的效果往往難以保證，令人扼腕。
《生態(tài)系統(tǒng)的組成成分及其相互關(guān)系》教學(xué)案例設(shè)計者陳萍老師，突破常規(guī)、勇于創(chuàng)新，成功地通過創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，巧用概念圖工具M(jìn)indmanager等技術(shù)來組織和引導(dǎo)學(xué)生開展自主探究學(xué)習(xí)，教學(xué)實施效果頗佳，給觀摩者帶來眼前一亮的清新氣象，值得我們學(xué)習(xí)。
教學(xué)實踐場景評析
學(xué)習(xí)活動：觀察研討
(1)觀察微型生態(tài)球
教師：在西方，許多國家都喜歡用微型生態(tài)球來裝飾居室。同學(xué)們仔細(xì)觀察圖中的“迷你生態(tài)球”，分析其由哪些成分組成。
學(xué)生：（仔細(xì)觀察電腦屏幕上的微型生態(tài)球）小蝦、水藻，還有水、碎石……
教師：（啟動Mindmanager軟件的“頭腦風(fēng)暴功能”，即時將學(xué)生的答案輸入電腦，并且不急于修正學(xué)生的答案，留待在后面的學(xué)習(xí)過程中慢慢地修正和完善）如果我們將這些成分歸類，哪些屬于非生物成分？哪些屬于生物成分？
學(xué)生：水、碎石是非生物成分，小蝦、水藻是生物成分。
評析：通過觀察風(fēng)靡歐洲的微型生態(tài)球，要求學(xué)生首先從圖上找出生態(tài)系統(tǒng)的成分有哪些。由于這是一幅既賞心悅目又貼近生活的畫面，充分有效地調(diào)動了學(xué)生的興趣，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入一個真實問題的情境中，激發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生初步認(rèn)識了生態(tài)系統(tǒng)的成分。
(2)觀看動畫：“認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)中的微生物”和“認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)中各成分的作用”
教師：同學(xué)們思考一下，上述生態(tài)球中有陽光、水、碎石和小蝦、水藻就可以正常運轉(zhuǎn)了嗎？同時考慮一下，完整的生態(tài)球是如何運轉(zhuǎn)的？針對這兩個問題，如需要幫助，請點擊“作用”后的超鏈接，觀看動畫，并完成學(xué)案上作業(yè)單1中的題目。
學(xué)生：結(jié)合學(xué)案上作業(yè)單，點擊觀看動畫，邊操作邊思考該畫面隱含的生命科學(xué)知識。
（學(xué)生以小組為單位，利用課件自主學(xué)習(xí)，組內(nèi)、組間可自由交流；教師巡視，根據(jù)各組不同的需要進(jìn)行必要的指導(dǎo)……）
教師：同學(xué)們再想想，上課初，我們看的那個生態(tài)球由哪些材料組成？你們看看是否有補充？
學(xué)生：（爭先恐后地回答）應(yīng)該還有細(xì)菌、真菌等微生物作為分解者。沒有它們，這個封閉的瓶子將會堆積很多糞便和動植物尸體。這個生態(tài)瓶也就不能再維持下去了。
教師：回答得很好，那么魚兒活動所需要的能量歸根到底來自哪里呢？
學(xué)生：太陽能。
教師：那么人活動所需要的能量來自哪里呢？
學(xué)生：也是太陽能。消費者吃的食物歸根到底來自生產(chǎn)者生產(chǎn)的有機物，而有機物中的能量，歸根到底是光合作用，需要太陽光才能進(jìn)行。
教師：很棒！大家都能理解為什么太陽能是地球上一切生物的能量來源了。
（利用Mindmanager的頭腦風(fēng)暴功能，把知識框架搭起來了。）
作業(yè)單1
操作1：告訴你生態(tài)系統(tǒng)中需要 ___________成分。
操作2：放入 ____________，它是 ___________ 成分。
操作3：放入___________，它是 ___________成分；這三者通過___________關(guān)系，形成___________。
操作4：放入 ___________，它是___________成分。
光有以上這些成分還不夠，玻璃瓶太臟了，還需要 。
魚兒活動所需要的能量歸根到底來自 ___________ ，說明它是地球上一切生物的能量來源。
通過完整地觀看動畫，我對各成分的作用有了深入的認(rèn)識：___________。
把這些植物放進(jìn)水里
認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)中各成分的作用（交互型Flas）
評析：①本來作為分解者的微生物是生態(tài)系統(tǒng)中必不可少的成分，但是學(xué)生肉眼不易察覺；生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各成分間的關(guān)系屬于宏觀動態(tài)的內(nèi)容，學(xué)生在短時間內(nèi)也不易觀察到。教師通過Flas課件實施微觀放大以彌補學(xué)生對微觀世界的直觀認(rèn)識不足，同時通過宏觀縮小幫助學(xué)生直觀認(rèn)識宏觀的生態(tài)系統(tǒng)中各成分的作用。利用交互型課件進(jìn)行虛擬與現(xiàn)實的互補，引導(dǎo)學(xué)生更好地探究生命科學(xué)知識。②教師選用“生態(tài)球”創(chuàng)設(shè)特定的問題情境（生態(tài)系統(tǒng)的成分和它們之間的關(guān)系），通過“追問”有效地引導(dǎo)了學(xué)生的主動探究。
學(xué)習(xí)活動：模仿設(shè)計實驗
（學(xué)生設(shè)計制作好生態(tài)瓶以后，開始交流。）
教師：你設(shè)計制作的瓶中，所有成分能構(gòu)成一個生態(tài)系統(tǒng)嗎？
學(xué)生：是的。因為有非生物成分，生產(chǎn)者、消費者、分解者，各個成分都齊全。
教師：各個成分都齊全，想必你的生態(tài)瓶也能維持一定的時間了，如何讓它維持的時間更長久？請思考，并完成學(xué)案上作業(yè)單2的題目。
（學(xué)生小組合作完成學(xué)案上的作業(yè)；教師巡視，根據(jù)各組需要進(jìn)行指導(dǎo)。5分鐘后引導(dǎo)分析。）
教師（第一問）：生態(tài)瓶中綠色植物數(shù)量是否越多越好？
學(xué)生：綠色植物數(shù)量不能過多，否則二氧化碳和肥料不足它們就會死。
教師（第二問）：生態(tài)瓶中動物的數(shù)量有要求嗎？
學(xué)生：動物數(shù)量要適量，否則氧氣消耗會增加。
教師：（拿出上周其他班級做好的生態(tài)瓶）這里有三個瓶，是上周其他班級做的。其中這個瓶子里的螺螄第二天就生了好多小螺螄，動物數(shù)量一下子太多了。造成的結(jié)果可能會是什么？同學(xué)們看看。
學(xué)生：這個瓶子里的水混濁，水蚤、螺螄都死了，生態(tài)系統(tǒng)不能維持下去了。其他幾個瓶子的水很清澈，生物都是活的。
教師（第三問）：如果生態(tài)瓶中一種動物死了，生態(tài)系統(tǒng)能維持嗎？
學(xué)生：螺螄死了，這個生態(tài)系統(tǒng)還能維持。因為這個生態(tài)瓶中消費者除了螺螄之外還有水蚤，形成兩條食物鏈。螺螄死了，還有水蚤產(chǎn)生的二氧化碳可以提供植物進(jìn)行光合作用，所以還能維持。
教師：我剛才巡視時看到仲偉佶小組有不同的做法。它們的瓶子里只有一種生物，螺螄。如果它死了，這個系統(tǒng)還能維持嗎？
學(xué)生：也能維持。不可能死的。
教師（第四問）：做完這個生態(tài)瓶，你將放置在哪兒？為什么？
學(xué)生：有光照的地方。因為植物固定的光能是生態(tài)系統(tǒng)的能量來源。
評析：“自己動手模仿設(shè)計生態(tài)瓶，并思考如何讓它維持的時間更長久”，這是一個非常有效的問題情境，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了實驗情境，并有效地引導(dǎo)他們將學(xué)習(xí)活動1中所學(xué)的理論知識付諸實踐。在教師一連串的有效問題啟發(fā)下，學(xué)生思維由表及里、由淺入深（從思考生態(tài)系統(tǒng)的組成到思考生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性），并逐步展開Mindmanager學(xué)習(xí)支架進(jìn)行學(xué)習(xí)和動手實驗。這種在真實問題（情境）解決過程中學(xué)習(xí)檢驗知識的設(shè)計，極大地促進(jìn)了學(xué)生深入掌握核心概念，實現(xiàn)從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的轉(zhuǎn)變。
學(xué)習(xí)活動：展示交流
教師：為了試驗人類離開地球能否生存，美國曾經(jīng)建造了完全封閉的“生物圈II號”實驗基地。它是一個更大型的模擬生態(tài)系統(tǒng)，從成分上看，什么都不缺，但是最終這個計劃失敗了。請同學(xué)們閱讀關(guān)于美國生物圈II號的資料介紹，并完成學(xué)案上作業(yè)單2。
學(xué)生：展開Mindmanager學(xué)習(xí)支架中的學(xué)習(xí)活動3，邊閱讀信息，邊思考作業(yè)單2中的問題……
師生交流：得出熱愛地球、保護(hù)地球和環(huán)境的啟示。（未發(fā)言小組，課后網(wǎng)絡(luò)交流：172.16.12.25）
作業(yè)單2
“生物圈II號”模擬的是什么？
建立生物圈II號的目的是什么？
分析可能導(dǎo)致實驗失敗的原因有哪些？
你從“生物圈II號”的失敗中得到了什么啟示？
評析：好的情境能有效引導(dǎo)學(xué)生的探究，如在分析美國生物圈II號失敗的原因時，能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究生態(tài)系統(tǒng)的成分及各成分的相互關(guān)系與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系。創(chuàng)設(shè)生活情境問題，不僅引導(dǎo)學(xué)生靈活利用生命科學(xué)基本知識分析生活現(xiàn)象，還能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會、關(guān)注生活。在分析中，學(xué)生感悟到：人類在茫茫宇宙中只有地球這一處家園，地球不是實驗室，我們輸不起，只有善待和保護(hù)她才是我們真正的出路。
教學(xué)特色點評
以優(yōu)秀的問題情境引導(dǎo)學(xué)生的探究
建構(gòu)主義理論強調(diào)“情境”對于意義建構(gòu)的重要性，認(rèn)為學(xué)習(xí)應(yīng)該在與現(xiàn)實生活相似的情境中發(fā)生。知識是在情境中通過活動而產(chǎn)生的，情境的性質(zhì)決定了對所學(xué)知識的理解深度。因此，教學(xué)設(shè)計者要盡量通過創(chuàng)設(shè)豐富的問題情境來引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)探究意識和高級思維技能。在本教學(xué)設(shè)計中，問題情境的設(shè)計是成功而富有成效的：活動1中創(chuàng)設(shè)了引導(dǎo)學(xué)生觀察的問題情境；活動2創(chuàng)設(shè)了引導(dǎo)學(xué)生實驗實踐并思考檢驗的問題情境；活動3創(chuàng)設(shè)了引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用分析的問題情境。通過一連串的有效問題情境創(chuàng)設(shè)，有效引導(dǎo)了學(xué)生的探究。“追問”的方式，更在引導(dǎo)探究的基礎(chǔ)上，觸發(fā)深度思考，并與即時學(xué)習(xí)評價融為一體。
多元、適度、有效的技術(shù)整合
多元整合
與常見的整合實踐有異，本設(shè)計創(chuàng)新性地引入并成功應(yīng)用了新的技術(shù)工具：Mindmanager。通過綜合使用Mindmanager概念圖、Flash課件、PPT課件、數(shù)字圖片，以及中國科普網(wǎng)絡(luò)資源等，有效地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在這一技術(shù)整合實踐中，技術(shù)工具擔(dān)當(dāng)起了多樣化的角色：①交互型演示工具：作為傳播和演示教學(xué)信息的媒體工具，例如播放Flas、呈現(xiàn)圖片等；②生成型認(rèn)知工具：技術(shù)作為促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知，并作為記錄和生成課堂即時新信息的認(rèn)知工具，如靈活使用Mindmanager概念圖、輸入新內(nèi)容等。
適度整合
該教學(xué)設(shè)計并沒有濫用信息技術(shù)，而是進(jìn)行了有尺度的“適度整合”。在課的尾聲，結(jié)合了面對面交流與網(wǎng)絡(luò)交流?！澳銖纳锶I號的失敗中得到了什么啟示”是個有人文氣息的話題，每個學(xué)生都有感受，不會無話可說。首先，通過面對面交流使課堂氣氛活躍生動，富有聚集性，而不去“舍面對面的近，求網(wǎng)絡(luò)交流的遠(yuǎn)”；之后，又由于這是個開放論題，教學(xué)時間有限，如果只是少數(shù)學(xué)生發(fā)言，可能觀點太狹窄。因此，采用了課后網(wǎng)絡(luò)交流的辦法，彌補拓展了交流的時空，加深學(xué)生的討論。此外，在活動2設(shè)計制作生態(tài)瓶時，執(zhí)教者并沒有采用虛擬實驗，而是要求學(xué)生動手實踐，體現(xiàn)出生命科學(xué)是一門實驗科學(xué)，學(xué)生在真實世界中的實踐感受是任何虛擬技術(shù)所不可完全替代的特點。
有效整合
本教學(xué)設(shè)計中，將概念圖等多種技術(shù)工具與學(xué)科問題、學(xué)科需求相結(jié)合，為學(xué)生搭建了促進(jìn)知識生成加工、建構(gòu)理解的“腳手架”，提供了操控交互動畫的機遇，以及豐富多樣的助學(xué)資源，還有拓展交流的網(wǎng)絡(luò)平臺，有效地推動了學(xué)習(xí)過程，優(yōu)化了學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)了學(xué)生的深度認(rèn)知和積極思維。此外，本教學(xué)設(shè)計的形式是自主分組學(xué)習(xí)，教師放權(quán)，學(xué)生在開放環(huán)境（組內(nèi)交流、組間交流、師生交流、網(wǎng)絡(luò)交流）中學(xué)習(xí)。小組的自學(xué)能力存在差別，有強有弱。利用Mindmanager建立概念圖學(xué)習(xí)支架并提供豐富的助學(xué)資源，保障了分組自主學(xué)習(xí)的有效性。
結(jié)語
關(guān)鍵詞：生態(tài)用水 生態(tài)需水
研究河流或流域的生態(tài)需（用）水是當(dāng)前水利科研的熱點，“人類用水應(yīng)當(dāng)考慮其它生物的用水需求”的理念已經(jīng)被河流管理者廣泛接受并逐漸應(yīng)用于實踐。但目前的研究基本概念較為混亂，研究成果難免會引起誤導(dǎo)。
1、生物群是生態(tài)需（用）水的主體
生態(tài)學(xué)最早起源于生物學(xué)，主要研究 “生物及其環(huán)境的相互關(guān)系”，即它是一門研究生物的生存條件、生物及其群體與環(huán)境相互作用的過程及其規(guī)律的學(xué)科。生態(tài)學(xué)進(jìn)一步發(fā)展提出了“生態(tài)系統(tǒng)”概念，它的涵義是“由生物與環(huán)境相互作用構(gòu)成的整體”。在一定時空范圍內(nèi)，生物成分和非生物成分通過彼此間不斷的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞，相互聯(lián)系，相互影響，這樣共同形成的一個生態(tài)學(xué)功能單位，叫做生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)包括4大組分：生產(chǎn)者（主要是綠色植物）、消費者（包括食草動物、食肉動物、雜食動物、寄生動物、腐食動物等）、分解者（主要是細(xì)菌和真菌）、非生物環(huán)境（是生物賴以生存的物質(zhì)和能量的源泉及活動的場所，即生物的棲息地、繁殖地和遷徙地）。生態(tài)系統(tǒng)的核心組分是包括生產(chǎn)者、消費者和分解者在內(nèi)的生物群落。
從上述的基本概念看出，“生態(tài)系統(tǒng)”至少反映兩層涵義：（1）特別強調(diào)生物是系統(tǒng)的主體，而研究生態(tài)系統(tǒng)的目的是希望生態(tài)系統(tǒng)中生物群落之食物鏈能夠正常運行、生物群落能夠正常演替。（2）人是生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的一員。因此，所謂生態(tài)需（用）水，用戶主體是包括人在內(nèi)的生物。
這樣看來，目前在進(jìn)行流域生態(tài)需（用）水研究時，把人類需（用）水排除在外顯然存在一定問題。所謂流域生態(tài)用水，應(yīng)該指全流域范圍內(nèi)所有生物（包括人類、植物和其它動物）繁衍生息所使用的水，其中，人類用水占相當(dāng)大部分。按此推論，顯然違背了人們提出生態(tài)需（用）水概念的初衷。所謂流域生態(tài)需水，是指整個流域生態(tài)系統(tǒng)正常運行所需要的水。它同樣包括人類生產(chǎn)生活需水和其它生物需水兩部分。但研究后者顯然沒有實際意義，因為在流域那么大的區(qū)域，人們不會為了實現(xiàn)生態(tài)價值而經(jīng)常到山上或荒野去澆灌林草。無論是林草用水，還是林草需水，都只是個被動接受問題。因此，在流域?qū)用嫒绾窝芯可鷳B(tài)需（用）水值得進(jìn)一步思考。不過，如果能分別把流域生態(tài)系統(tǒng)中農(nóng)地、草地和林地的實際耗水量及其對河川徑流的影響研究清楚，顯然對流域水資源評價和分配具有重要的意義。
僅研究河流生態(tài)系統(tǒng)的需水則可以避免以上困難。因為，河流生態(tài)系統(tǒng)是指河道的水流區(qū)域和與此水域有直接水體交換的生態(tài)單元（如濕地生態(tài)系統(tǒng)和河岸生態(tài)系統(tǒng)）。對于絕大部分河流而言，河流生態(tài)系統(tǒng)中不會包括人類。由于人類從河川大規(guī)模引水，使得河流生態(tài)系統(tǒng)中生物群的繁殖地、棲息地和遷徙地受到很大影響，進(jìn)而影響生物群的繁衍生息，這樣的情況在世界各國的很多河流都不同程度在存在，因此，人們提出了河流生態(tài)需水概念，目的是想通過約束人類對河川徑流的索取量，使河流生態(tài)系統(tǒng)中的生物群能正常繁衍生息。
總之，利用生態(tài)學(xué)的基本理論解決水問題，要考慮其適用范圍，否則容易讓人誤解。
2、明確生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)是確定生態(tài)需水的前提
漫談生態(tài)需水是沒有意義的。談生態(tài)需水必須要明確生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)，即生態(tài)健康的指標(biāo)。
這些年，國內(nèi)外有不少人作這樣的研究，最廣泛接受的觀點為：所謂生態(tài)系統(tǒng)健康的主要指標(biāo)包括活力、彈性力和組織等三方面，其中活力指系統(tǒng)中物質(zhì)和能量的交換量，彈性力指系統(tǒng)抵御壓力和在壓力減小時從干擾中恢復(fù)的能力，組織指系統(tǒng)的復(fù)雜性，一般認(rèn)為系統(tǒng)越復(fù)雜越健康（但未看到資料說明，為什么系統(tǒng)越復(fù)雜越健康）。定性的概念好像很科學(xué)，但關(guān)鍵是量化的、具體的指標(biāo)是多少？
由于研究生態(tài)健康指標(biāo)的復(fù)雜性，人們更希望用一些指示性物種來代表生態(tài)系統(tǒng)的健康程度，即生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)，應(yīng)該是保護(hù)系統(tǒng)中關(guān)鍵種群的繁殖地、棲息地和遷徙地。所謂“關(guān)鍵種”，是指生態(tài)系統(tǒng)或生物群落中那些相對其多度而言對其它物種具有非常不成比例影響，并在維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性及其結(jié)構(gòu)、功能及穩(wěn)定性方面起關(guān)鍵性作用，一旦消失或削弱，整個生態(tài)系統(tǒng)或生物群落就可能發(fā)生根本性變化的物種。
為恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，人們需要深入調(diào)研河流生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的組成，從生物多樣性和社會角度，提出最需要保護(hù)的關(guān)鍵生物種群和對生物繁衍生息至關(guān)重要的濕地或湖泊規(guī)模。需要指出的是，確定河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的目標(biāo)不僅僅是一個科學(xué)問題，也是一個社會問題，它很大程度上取決于當(dāng)時人們的價值取向。
3、生物繁衍生息與水流條件的響應(yīng)關(guān)系是計算河流生態(tài)需水的基礎(chǔ)
必須明確，水流條件不是決定生態(tài)系統(tǒng)健康的唯一因素。根據(jù)生態(tài)學(xué)研究成果，影響生態(tài)系統(tǒng)健康的因素包括：
（1）水流條件，包括河流的水循環(huán)狀態(tài)或降水、流速和流態(tài)、水體質(zhì)量等，它是生態(tài)系統(tǒng)中生命的基礎(chǔ)元素。那么，為了某生態(tài)系統(tǒng)在某水平下運行所需要的水就叫做生態(tài)需水；該生態(tài)系統(tǒng)實際運行用掉的水叫做生態(tài)用水。生態(tài)系統(tǒng)運行所需要的水來自降水、河川徑流、土壤水和地下水等水源。
（2）碳、氮、磷等重要營養(yǎng)物質(zhì)條件，它們分別是生態(tài)系統(tǒng)的骨架元素、代謝元素和信息元素；
（3）土地利用方式。特別是濕地附近的土地利用方式直接影響濕地的規(guī)模和結(jié)構(gòu)；
（4）空氣質(zhì)量，它對生物的生存環(huán)境具有重要影響；
（5）氣候變化；
（6）外來生物物種入侵等。
由此可見，沒有水，生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落沒法生存和演替；但僅僅有水，遠(yuǎn)遠(yuǎn)還不能滿足生態(tài)系統(tǒng)健康的要求。
要計算河流的生態(tài)需水，需利用多年河川徑流變化資料和同期保護(hù)物種或保護(hù)物種的棲息地等變化資料，建立兩者之間的相關(guān)關(guān)系。那么，在已知的河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)目標(biāo)基礎(chǔ)上，就可以計算出河流生態(tài)需水量。在過去的幾十年中，人們并沒有有意識地對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)觀測，因此，要建立該響應(yīng)關(guān)系可能是一個非常困難的工作。
正是由于這么多的困難，近20多年來，國際上發(fā)展了數(shù)十種河流生態(tài)需水計算方法，包括標(biāo)準(zhǔn)流量法（如7Q10，Tennant和 Q95等）、水力學(xué)法(如R@CROSS， 濕周法和Richter法等)，并因計算簡單而被廣泛采納，計算結(jié)果大多在河川天然流量的60～80％之間。但問題是：（1）天然徑流系列的選擇缺乏科學(xué)論證；（2）由于方法本身缺乏物理意義，因此缺乏科學(xué)數(shù)據(jù)來證明，如果滿足這樣的徑流條件，河流生態(tài)系統(tǒng)處于什么樣的健康水平。
4、黃河生態(tài)需水范疇芻議
黃河的情況與其它江河不同，其下游灘區(qū)居住著181萬人，他們理所當(dāng)然的成為河流生態(tài)系統(tǒng)生物群的重要組成部分，其生產(chǎn)生活需水也應(yīng)是河流生態(tài)系統(tǒng)需水的重要組成部分。但在目前全流域缺水的特殊背景下，考慮到目前河流生態(tài)保護(hù)的重點和熱點，可以在有說明的前提下，按照目前流行的河流生態(tài)需水概念，下游灘區(qū)生產(chǎn)、生活需水暫不納入黃河生態(tài)需水范疇。這樣，黃河的河流生態(tài)系統(tǒng)需水應(yīng)包括：（1）維持河流水體一定規(guī)模生物群的繁衍生息所需要的河川徑流條件，包括流量、流速、水深等。（2）維持一定規(guī)模淡水濕地所需要的水量。（3）維持河岸生態(tài)單元良性運行所需要的水流條件，不過該問題的難度在于難分清多少來自降水，多少應(yīng)該依賴河川和地下水。
由于黃河的特殊性和復(fù)雜性，河道輸沙需水以及自凈需水等是否納入黃河生態(tài)需水還有待進(jìn)一步商榷：
這是在非線性動力系統(tǒng)領(lǐng)域中起主導(dǎo)作用的研究人員所寫的第一本有關(guān)主題的著作，對一系列非線性動力系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界和穩(wěn)定區(qū)域，提供了清晰而嚴(yán)密的全方位的理論，包括：連續(xù)的、離散的、復(fù)雜的、具有兩個時間尺度的、以及非雙曲型的系統(tǒng)，并附有數(shù)值實例做說明。作者還對準(zhǔn)穩(wěn)定區(qū)域（quasistability regions）、相關(guān)的穩(wěn)定區(qū)域（relevant stability regions）、以及它們的完整的特征等方面，提出了一些新的概念。
本書也覆蓋了旨在估算一般的非線性動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域的優(yōu)化方案，并且在最后部分，作者描述和說明了，書中的理論是如何應(yīng)用于很多方面，包括：電力系統(tǒng)中瞬態(tài)穩(wěn)定性分析的直接方法、為尋求一組高質(zhì)量優(yōu)化解的非線性優(yōu)化法、非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性、生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)、以及免疫問題等。
第一作者HsiaoDong Chiang是美國康奈爾大學(xué)電機和計算機科學(xué)系的教授、Bigwood Systems， Inc.（BSI） 和Globol Optimal Technology， Inc.（GOTI） 的創(chuàng)辦人。他是IEEE的會員。
第二作者Luis F.C.Alberto是巴西University of So Paulo 的So Carlos工學(xué)院的教授，2013-2014年曾經(jīng)擔(dān)任SBA （巴西自動化學(xué)會）的主席。
本書目錄：1.引論。第一部分 理論，含第2-9章：2.穩(wěn)定性，極限族，和穩(wěn)定區(qū)域；3.能量函數(shù)理論；4.連續(xù)動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域；5.復(fù)雜非線性動力系統(tǒng)的吸引族（attracting sets）的穩(wěn)定區(qū)域；6.連續(xù)動力系統(tǒng)的準(zhǔn)-穩(wěn)定區(qū)域；7.有約束的動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域；8.連續(xù)動力系統(tǒng)的相關(guān)的穩(wěn)定邊界；9.離散動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域。第二部分 估算，含第10-15章：10.對連續(xù)動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域所做的估算；11.對復(fù)雜連續(xù)動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域所做的估算；12.對離散動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域所做的估算；13.為估算非線性動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域的有建設(shè)性的方法論；14.對相關(guān)的穩(wěn)定區(qū)域所做的估算；15.為近似求解穩(wěn)定邊界所用的數(shù)值方法的臨界估算。第三部分 高等論題，含第16-19章：16.具有兩個時間尺度的連續(xù)動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域；17.一類非雙曲型動力系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域：理論和估算；18.一類大規(guī)模的非線性動力系統(tǒng)的優(yōu)化估算；19.穩(wěn)定區(qū)域的分岔。第四部分 應(yīng)用，含第20-22章：20.把穩(wěn)定區(qū)域應(yīng)用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的直接穩(wěn)定性的分析；21.為尋求非線性規(guī)劃的多重優(yōu)化解的基于穩(wěn)定區(qū)域的方法；22.展望以及將來的發(fā)展方向。
