设计的生态系统

设计的生态系统（精选12篇）

设计的生态系统 篇1

1.教材分析、教学目标和教法

1.1本节内容的地位:

本节是人教版《生物》 (必修3) 第5章第2节内容, 是本章的重点。 从考试的角度看, 本节内容常作为考试热点, 往往把分析和计算结合在一起。 本节内容分为2课时, 本教案为第1课时。

1.2教学重点和难点:

重点:生态系统能量流动的过程和特点;

难点:生态系统能量流动的过程和特点。

1.3教学目标:

(1) 了解生态系统能量流动的概念。

(2) 学会分析生态系统能量流动的过程和特点。

(3) 理解研究生态系统能量流动的意义。

1.4教学方法:

注重“学案导学”, 贯彻“先学后教, 当堂训练”的教学模式;引导数据分析, 进行启发式教学法;采用多媒体的直观教学法。

1.5重难点突破策略:

(1) 复习巩固生态系统的结构, 为学习能量流动做好准备。

(2) 教师通过实物投影的方式展现, 组织学生分组讨论, 教师引导, 得出结论。

(3) 联系赛达伯格湖能量流动的实例, 分析能量流动的传递效率, 再去分析教材图5-7生态系统能量流动示意图。

1.6教学工具:

导学案, 多媒体课件, 模型图。

2.教学流程

2.1复习回顾:

设计思路:

生态系统的结构:用PPT逐层推进, 将生态系统的结构完整地复习一遍。

老师:生态系统的结构包括哪两部分?

学生:生态系统的成分和食物链 (网) 。

画面退出后, 突出:生态系统的成分。

老师:生态系统的成分包括哪些?

学生回答推出四种成分。

老师:食物链 (网) 构成了生态系统的什么结构?功能是什么?

学生:营养结构, 它又是物质循环、能量流动的渠道。

2.2激发兴趣, 导入新课:

设问:在市场上, 为什么相同重量的肉 (羊肉) 比蔬菜 (青菜) 贵?

设问:为什么说“一山不容二虎”?

学生思考后对问题提出自己的想法, 再进行小组交流, 代表回答。

教师对学生的回答稍作点评, 不给出正面回答, 为下面的教学设下悬念。

3.生态系统的能量流动

3.1生态系统的概念:

设计思路: 生态系统的概念如果只是念一遍则学生无法理解, 应该等到完整讲述完能量流动过程后, 回过头来一起理解能量流动的概念, 让学生解释, 则比较容易理解。

要讲述能量流动过程, 必须知道能量流动的渠道食物链, 要求学生学会书写食物链:

PPT:展示草原生态系统的图片: (兔子、狮、狐、豹、 斑马、狼……)

设问:这片草原上的主角是谁?

设问: 按所给的生态系统成分, 写出可能构成的食物链 (网) 。 (兔、草、阳光、细菌、狐)

完成学案内容, 将食物链模型图黏贴在黑板上。

学生回答上述两个问题后, 注意:食物链中不能将阳光、细菌都写上去。

以上述食物链为例, 介绍草原生态系统中能量流经各营养级的变化过程。

3.2能量流动的过程:

设计思路:生态系统能量流动过程是本节的重难点, 先安排学生阅读教材后归纳总结:

(1) 生产者 (第一营养级) :草

设问: (1) 小草的能量来自哪里?

(2) 照射在草地上的太阳能都被草吸收了吗?

(3) 小草吸收了太阳能后, 这些能量有哪些去向?

讨论后要求学生在学案上完成:草的能量来源和去路。

将模型图黏贴在黑板上, 教师再展示制作好的PPT:能量流经第一营养级的过程。

(2) 消费者 (第二营养级) :兔

设问:兔子吸收了能量后, 这些能量有哪些去向?

将模型图黏贴在黑板上, 教师再展示制作好的PPT:流经第二营养级变化过程。

设问:能量流经第三营养级 (狐) 又是如何变化的呢?

学生总结:和兔子的能量流动变化过程是一样的。

设问:如果是最高营养级动物呢?

学生总结:没有被下一营养级利用这一去向。

教师再展示制作好的PPT:流经第二营养级变化过程。

由于三个营养级的能量变化过程示意图已经完成, 通过整合三个营养级能量变化过程, 完成了能量在“草→兔→狐”这条食物链上的流动示意图。

将模型图贴在黑板上:

以上只是对能量流动做了定性分析, 科学实验必须用实验数据说明问题。

4.能量流动的特点

设计思路:

4.1多媒体展示:赛达伯格湖的能量流动图解。 要求学生思考:

设问:流经此生态系统的总能量为多少?

设问:能量流动起点是什么?

设问:图中方框大小、图中箭头方向、图中箭头粗细代表的意义分别是什么?

设问: 从第一营养级到第二营养级的能量传递效率是多少? (介绍能量传递效率的计算) , 第二营养级到第三营养级呢?

上述内容可以由学生讨论归纳完成, 教师再作点评。

4.2能量流动的特点:

方向上:能量流动是单向的。

数值上:能量流动是逐级递减的, 传递效率为:10%~20%。

原因: 一部分自身呼吸作用消耗的、 一部分被分解者分解、一部分未被下一营养级利用。

4.3了解了能量流动特点后, 要求学生对黑板上的模型图 (草、兔、狐构成的食物链) 能量流动示意图做修改, 表示出能量流动的方向和特点:

将修改后的模型图贴在黑板上, 教师再展示制作好的PPT。

设问: 如果把赛达伯格湖的各个营养级生物在单位时间内所得到的能量数值由低到高绘制成图则会是怎样的呢?

4.4能量金字塔:

设计思路:学生阅读教材内容后思考

设问:生态系统的能量流动一般不超过4—5个营养级?

设问:由草、兔、狐构成的食物链各营养级生物在单位时间内所得到的能量数值由低到高绘制成图会是怎样的呢?

设问: 若把各个营养级生物在单位时间内的个体数量由低到高绘制成图会是怎样的呢?

学生进行思考回答, 动手完成绘制能量金字塔、数量金字塔图示。

设问:数量金字塔有无例外?树→昆虫→小鸟。

数量金字塔应该是怎样的图形?能量金字塔呢?

展示课件PPT:总结能量金字塔是一样的, 而数量金字塔则不同, 非常直观, 使学生易于理解。

5.归纳总结:由学生归纳

设计思路: 利用概念图将本节课的重要知识点由学生归纳总结, 同时通过学生的总结发现问题能够及时纠正, 最终达到全面理解掌握。

6.教学反思

6.1反思成功之处:

(1) 本节增加了比较贴近生活的两个问题, 激起学生的大讨论, 而面对学生的各种想法, 并没有直接给出合理的答案和解释, 从而充分激发学主动生学习的兴趣。

(2) 本节课根据教材内容设计了较多的学生活动, 例如, 生态系统中能量流动过程时, 以草原生态系统中常见的草→兔子→狐为例, 学生开展讨论每一个营养级的能量流动情况, 结束后利用投影, 将讨论得出的一部分归纳结果展示给学生, 引导学生分析其中存在一些不合理的地方, 由学生自己互相取长补短, 从中体会分析的方法。 在学生明确了每个营养级的能量流动的三条去向后, 让学生用模型图构建能量流动的模式图。

(3) 在学习 “赛达伯格湖”能量流动定量分析后, 要求学生总结能量流动特点, 并且对自己完成的模型图进行修改, 使学生不仅知其然, 更知其所以然。

6.2反思不足之处:

(1) 学生活动、讨论较多, 课堂时间掌控不够理想, 有点前松后紧。

(2) 细节处理有待推敲。

在对草、兔、狐构成的能量金字塔模型解释不到位, 每一层代表该营养级的全部生物, 不光是一种生物。

设计的生态系统 篇2

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m课程名称：生态系统的结构授课章节：第5章第一节教学目标：1．

让学生理解生么是生态系统及生态系统的种类。2．

让学生学会知道生态系统的结构以及有哪些成分。3．

通过对营养级能量流动的理解，让学生明白越是最高营养级的生物导致能量浪费越严重。4．

让学生充分理解本节内容，在生态系统的结构成分及各成分之间的关系和对食物链食物网的认识，联系实际，把学到的知识运用到实践中来，让学生认识到保护生态系统的多样性，复杂性是如此重要。教学重点：1.生态系统的种类2.生态系统的组成成分；3.食物链与食物网。教学难点：1.生态系统的组成成分；2.食物链食物网及营养级。板书设计：第一节

生态系统的结构

生态系统的概念：

一、生态系统的分类1.自然生态系统I海洋生态系统II森林生态系统III湿地生态系统……2.人工生态系统I城市生态系统

II农田生态系统

……

二、生态系统的结构1.组成成分I外界环境II生产者III消费者IV分解者三者之间的关系2.食物链和食物网I食物链：营养级

概念II食物网

概念习题、作业：1.下列生物哪个不是消费者。（）A 蛇

c 蚯蚓B 猫

D 蛔虫2.一列说法错误的是（）Ａ 生产者不一定是绿色植物。Ｂ 错综复杂的食物网是生态系统相对稳定的重要条件Ｃ 食物网是物质循环，能量流动的渠道。Ｄ 生物圈是地球上最大的生态系统一只猫的食物为40%米饭，60%鱼。（该鱼吃草长大的）试求这只猫长了1kg至少需要多少绿色植物？教学后记：（教学总结）本章内容比较零碎，要掌握的知识点也比较多。需要学生在课前预习，充分做好准备。这一节内容理解性比较强，课本只补过短短五页书，但联系方面非常广，既有生态系统的类型，又有系统系统的组成成分，食物链和食物网，这些光考记忆是绝对不行的。首先应该指出本节的重点很难点；其次，举例说明，利用身边的环境很生物结合课本内容，让学生生动地理解记住；最后，让学生做些例题，在做题中帮助学生理解生态系统的类型和结构。教学内容：（过程设计）1.引言的教学设计；结合复习群落的演替，指出群落与环境的关系引出题目。2.指出生态系统的概念，在黑板上板书；生态系统：由群落与它的无机环境互相作用而形成的统一整体。地球上最大的生态系统——生物圈。3.提问学生，让学生来回答；动物园里饲养的各种动物，栽了各种植物，一个动物园里面的全部动物是一个生态系统吗？全部动植物能？为什么？学生回答后进行分析说明。4.举例子，巩固学生对生态系统的理解

一个池塘里面的所用生物和非生物以及阳光就够成一个生态系统。等等，举两三个例出来。5.由例子点出生态系统的类型；

自然生态系统：森林生态系统，湿地生态系统……

人工生态系统：农田生态系统，城市生态系统……6.总结个种类型的生态系统的共同点，指出生态系统具有一定的结构；组成成分：生产者，分解者，消费者。三者之间的关系，生产者将不能被生物利用的能量转为能够让生物直接利用的能量，分解者将动植物的排泄物急尸体分解成无机物供生产者利用，消费者加快生态系统物质的运输和能量的流动，对植物的授粉和种子的播种也有作用。7.举例提问，让学生明白各种生物是属于生产者，消费者还是分解者；

蚯蚓是消费者吗？

蓝藻是分解者吗？为什么？总结学生的回答，分析说明。8.列出食物链上的营养级的图片给学生看，引出食物链和营养级；食物链（捕食链）生物之间存在捕食关系。指出高中阶段的食物链是指食物链。9.提问，食物链上一般不超过五个营养级，想一想，是为什么？

帮助学生解答：能量由上一营养级流到下一营养级一般只有10%——20%，如果超过五个营养级，生态系统将会崩溃。10.示出食物网的图片，给学生想象的空间，问学生从中看出什么？

提示多条食物链之间相互交叉的动态情景，最后说出食物网，并在黑板上写出食物网的概念：许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构11.提问，如果某一食物网只有一两条食物链，那么其中的一种生物灭绝了，会导致什么情况？

根据学生的回答指出，食物网的复杂程度与生态系统的稳定性直接相关。12.总结全节内容，将大纲和重点难点再次提出，布置作业巩固知识。

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设计的生态系统 篇3

【关键词】生态系统结构;教学设计;反思

1.问题的提出

上课以后的教学反思是教师提高教学质量，优化教学效果的重要举措。对课堂的教学反思包括反思教学目标、教学过程、教学状态等。一节课的反思可能很平淡，但如果能对一节课形成多次的反思会有更大的收获。笔者在参与某次优质课比赛时，对生态系统结构的教学进行了设计和反思，并在评委和听课老师的意见下，对这节课进行了重新的设计和实践。

2.第一次的教学设计

授课班级是笔者担任班主任的高二生物班，班级学生比较配合老师。根据学生的特点，参照课程标准确定了教学目标和教学重难点。

导入部分，以复习种群、群落，引出更高结构层次——生态系统。接着讲解生态系统的概念和范围，让学生阅读课本总结生态系统的类型。由学生总结的各种生态系统过渡到生态系统的组成成分。先用多媒体展现池塘生态系统的图例，让学生读图思考：①图中有哪些动物、植物、微生物？②图中的无机环境具体指哪些？③动物、植物的“食物”是什么？经过学习小组讨论以后由各个小组回答以上问题，并进行相互补充完善。再由教师总结四种成分的作用和相互之间的关系然后过渡到食物链和食物网。以书上的图为例讲解营养级和消费者级别，并总结食物链的相关知识，让学生利用食物链的知识去分析食物网。最后进行课堂的小结和相关例题的讲解。

以多媒体课件为主要的板书，辅以黑板上简单的生态系统的知识框架。

3.课堂教学反思

从学生的课堂反应和作业完成情况来看，基本上完成了教学目标，落实了教学的重难点，学生对池塘生态系统的自我分析和相互补充是本节课的亮点，但仍有很多不足。根据新课程理念和听课老师的反馈，有一下几点需要改进。

3.1导入要更加有衔接性和系统性

第一次设计时只考虑到前面所讲的种群和群落，忽视了整个生命系统的结构层次，不能让学生形成整体的框架。

3.2三围目标要真正渗透

知识目标和能力目标在教学过程中得到了落实，但情感目标没有得到很好的渗透。

3.3教学过程要更加体现学生的主体地位

第一次设计只有在分析池塘生态系统，总结生态系统成分时，让学生分析、讨论、概括。但在其他知识的处理方法上仍是以教师讲解为主。

3.4教学过程设计要更加切近实际生活

第一次设计时的池塘生态系统与实际生活有很强的联系，但在教学时并没有充分利用生活经验来解决问题。食物链部分也有很多现实的例子，没有让学生去体会。

4.第二次的教学设计和体会

针对第一次设计存在的问题，在第二次设计时进行了适当的修改。

4.1导入可有一定的概括性和系统性

由于笔者为该班的班主任，通过了解，学生对知识的掌握缺少系统性，所学知识往往是零散的，不能形成自己的知识框架。因此第二次设计时，在回顾种群、群落的基础上，进一步让学生回忆整个生命系统的结构层次，形成知识的系统性。

4.2教学设计体现情感目标的具体渗透方法

在课堂教学中实现情感目标往往很空洞，但本课的情感目标“让学生认同生物与环境是一个统一的整体”还是有可以在教学过程中落实的。人教版教材在讲述生态系统概念时书旁有一个小问题：动物园里饲养着各种动物，也栽培了多种植物。一个动物园中的全部动物是一个系统吗？全部的动物和植物是一个系统吗？这个问题可以先让学生去思考、讨论，教师再进一步引导：生态系统不是将各种生物和环境随便放在一起就构成了，而是相互之间有关系，是一个统一的整体。这样情感目标就可以得到很好的渗透。

4.3教学设计充分体现学生的主体作用

通过第一次的设计发现很多知识学生可以阅读课本、相互交流得到解决。因此在第二次设计时更加注重多让学生动手、动脑。在观察池塘生态系统时，让学生充分讨论，并借助多媒体让学生充当小老师总结生态系统的四种成分。在分析食物链和食物网时，让学生自己总结规律，并在多媒体实物展台上向全班展示、讲解，再通过其他同学的点评和补充形成最终的结论。最后黑板上知识框架也可以让学生自我总结，并用实物展台展示加以点评和完善。这样的过程可以充分调动学生的积极性。

4.4教学设计注重与现实生活的联系

学生对身边的例子总是很感兴趣，学习起来也会更加轻松。因此在第二次设计时增加了现实生活中几个耳熟能详的的食物链分析，如：“螳螂捕蝉黄雀在后”，“稻花香里说丰年，听取蛙声一片”，“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥巴”。学生从生活实际出发更能理解每条食物链的起点和终点。

5.小结

经过两次教学设计的修改和实践，在第二次教学设计中着重体现了学生主体参与的理念，加强了知识与生活的联系。以上两点在很多教学过程中都值得我们去反思，只有通过不断的反思和实践，才能真正做到理解教材，把握学生，才能设计出符合学生认知特点、激发学习兴趣的教学过程，让每一个学生喜欢上生物课。

【参考文献】

[1]吴依妮.“细胞与能量”教学设计反思[J].中学生物学.2014（1）：15-16

[2]杨立国，杨晶.利用教学反思提高中学生物教学质量的探讨[J].课程教育研究2013（11）：187-188

[3]麦曦主编.《教学设计的理论和方法》.广州：新世纪出版社.1996

生态环保厕所的智能语音系统设计 篇4

1 系统设计方案

生态环保厕所的智能语音系统框图如图1所示:图中, AT89C2051为主控制器, 人机接口为按键与数码管, 按键主要实现系统工作状态设置, 数码管主要实现系统录放音时的状态指示;门控信号主要判断环保厕所内有无人, 是进门还是出门或者是使用中;ISD4004在单片机的控制下完成语音的录音、放音功能;极柱体传声器完成手动录音时信号拾取;音频功放完成语音播放时, 信号的放大处理;扬声器采用防水防潮设计。

2 硬件设计

语音系统原理图如图2所示:

2.1 ISD4004语音部分

系统设计选用ISD4004的主要原因为:外围电路简单;语音录入后有掉电保存功能;通过内部集成算法无须外接ADC及DAC即可实现高质量语音的写入与读出。ISD4004分为8M/10M/2M/16M4种型号, 分别表示其可录音时长为8、10、12、16分钟, 本设计采用ISD4004-16M, 其主要引脚有:音频模拟输入ANA_IN+, ANA_IN-;音频模拟输出AUDIO_OUT;片选信号SS;串行数据输入MOSI、串行数据输出MISO、串行时钟MCLK;中断引脚INT等。

ISD4004工作于SPI同步串行数据传输协议, 在录放音操作检测到存储器末尾OVF或内部EOM标志时INT引脚会变为低电平, 因此通过对MOSI, MCLK, SS, INT等引脚的操作就可以实现语音的录入和回放。在此, 采用AT89C2051的通用I/O口中的P1口对ISD-4004的引脚进行控制, 其中P35、P33、P34引脚分别接ISD4004的串行时钟SCLK、数据输入MOSI、片选SS引脚, 通过相应时序控制ISD4004命令字和数据字的写入, 以实现不同段的语音录放, ISD4004中断引脚INT接单片机P37, 判断录放音操作状态。

录音功能的实现采用驻极体传声器将语音信号转换为模拟信号通过电容耦合接入模拟输入端ANA_IN+, ANA_IN-, 在模拟输出端AUD_OUT引脚外接音频功率放大器, 通过扬声器实现放音功能。

2.2 按键部分

S1按键为功能键, 长按1秒钟系统在录音、放音之间转换;短按为段选录音开始 (第一次按键) 、结束按键 (第二次按键) , 为放音状态的播放 (第一次按键) 、停止 (第二次按键) ;S2按键为上翻键, 在播放、录音语音段之间切换。

2.3 数码管显示

数码管小数点闪烁表示系统处于录音状态, 小数点常亮表示系统处于放音状态, 小数点不亮表示系统处于等待状态。数码管的数字表示当前要录放的语音段号码。

3 软件设计

3.1 系统总功能的需求

系统处于放音状态时, 当使用者开门进入厕所时, 播放“欢迎使用”及使用简介;当使用者进入厕所关好门还没锁门时, 播放“请锁门”提示语;当使用者锁门后, 系统播放轻音乐, 有助于使用者如厕;当使用者如厕后开门时, 系统自动播放“谢谢使用, 再见”提示语。

3.2 ISD4004时序分析

由电路设计可知, 系统软件设计的关键是AT89C2051单片机与ISD4004之间的串行通信。其软件部分功能主要包括:串行数据命令字控制录音、放音;串行数据地址字控制录音、放音所操作的语音段在ISD4004中的段数 (即语音存储位置) 及语音组合;按键识别及数码管显示操作类型及语音段数。

ISD4004在片选信号SS下降沿后保持低电平期间可以进行数据传输。数据在串行时钟SCLK的上升沿通过MOSI引脚按从最低位到最高位顺序移入, 在SCLK的下降沿通过MISO引脚按从低位到高位顺序移出。中断状态引脚INT在检测到存储器末尾OVF或内部EOM标志时INT引脚会转为低电平, 单片机通过读取该引脚获取ISD4004操作状态信息。在两条指令数据操作之间片选信号SS保持为高电平, 所有指令在片选信号SS上升沿开始执行。

3.3 主要程序流程图

根据上述操作时序分析, AT89C2051向ISD4004发送8bit数据命令字或16bit数据地址字的SPI串行通信子函数软件流程如图3所示。

该语音合成系统目前已湘潭市东方红广场、步行街等公共场所取得了良好的应用。另外, 该系统成本低、移植性好、扩展性强, 可以作为语音电路模块应用到更为复杂的工业控制现场, 具备广阔的应用前景。

摘要：随着现代化建设的高速发展, “厕所革命”时代已到来, 各种各样的环保厕所已开始应用。在奥运会等大型集会场所、四川大地震的紧急情况下都亟需环保型可移动型厕所;在火车不断提速的趋势下, 传统的火车对冲式厕所已不能适应, 急需改用环保厕所。

生态系统的能量流动教学设计 篇5

【PPT】假设你像鲁滨逊那样流落在不毛的荒岛上，只有15Kg玉米和一只母鸡可以食用，那么使自己活的最长的办法是： 1.先吃鸡，然后吃玉米

2.先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡生产的蛋，最后再吃鸡 学生：每组学生各选一名代表，做出选择。（绝大部分学生选择的是2）

教师：真理往往掌握在少数人手里。我们共同来看看鲁滨逊的选择是——先吃鸡，后吃玉米。【PPT】母鸡提出抗议。

教师：对于母鸡的抗议，我们是可以理解的。我们必须给母鸡一个合理的解释，消除母鸡的不满情绪，这就得用到我们这节课的内容“生态系统的能量流动”。

新课内容：

【PPT】生态系统的能量流动（板书）那么这节我们需要掌握三个内容： 1.生态系统的能量流动过程，2.生态系统能量流动的特点，3.能量流动的意义。我们先来解决第一个问题：

什么叫做生态系统的能量流动？（板书：

一、生态系统的能量流动概念）学生回答：生态系统中能量的输入、传递和散失。

对，输入从哪输入、怎么传递的，有些用不完的又散失到哪去了呢？

怎样研究生态系统的能量流动？阅读课本，研究生态系统中能量流动一般在群体水平上，这种将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的的研究方法。

师：请同学们利用上节课所学的知识把问题讨论中的两个策略所蕴含的食物链表示出来。我们就以食物链为线索研究生态系统能量流动的过程。这两组策略中食物链较长的是：玉米→鸡→人。玉米、鸡和人在生态系统中的成分分别是什么？ A：鸡 → 人

玉米↗ B：玉米→鸡→人

生：玉米—生产者

鸡—初级消费者

人—次级消费者 请以食物链中的“生产者”为例，分析该营养级能量流动的来源和去路。板书：

二、能量流动的过程 请同学们独立思考1分钟，然后小组内同学进行交流2分钟，统一意见后派个代表来解释一下。（哪个小组想好了，这个小组„很好，那个小组也要表达一下，还有其他小组有不同意见的吗„,好，听了各个小组的解释，我发现同学们基本上都掌握了解决这个问题的要领，相信同学们也有了更明确的答案。

【PPT】以“生产者”为例的能量来源和去路。

来源：生产者通过光合作用固定的太阳光能

去路：（1）自身通过呼吸作用分解一部分有机物,释放能量（散失）；

（2）随残枝败叶等流入到分解者中（最终通过分解者的呼吸作用散失能量）；（3）有一小部分有机物中的能量流入到下一个营养级。

以此类推，能量流入下一个营养级后，又发生什么样的变化呢？让我们带着这个问题继续探究。同样给大家5分钟的时间思考与交流！时间到，哪个小组来解释一下？那个小组，这位同学从比较独特的视觉去分析这个问题，有同学要补充吗？好这个问题可以这么理解，初级消费者的摄入量=同化量+粪便量，对于初级消费者所同化的能量，一个营养级所同化的能量=呼吸散失的能量+分解者分解释放的能量+被下一营养级同化的能量。但最高营养级的情况除外。

总结：每个营养级能量的去向都有三个：流向下一个营养级、通过呼吸作用散失和分解者分解。得出能量流动图

【PPT】食物链整体的能量流动图。课本图5-7 刚才的分析同学们回答得非常不错，我想知道同学们是否真正掌握了能量传递的过程？：

1、能量是如何“输入”生态系统的？

2、能量“传递”的途径是什么？

3、能量是通过什么方式“散失”的？

学生：

1、能量是生产者通过光合作用将光能转化为有机物中化学能“输入”到生态系统；

2、能量“传递”是通过生物捕食的食物链和食物网进行；

3、能量最终通过各个营养级生物和分解者的呼吸作用，将有机物的化学能最总转化为热能散失。教师：

1、生态系统中能量流动的源头在哪儿？

2、能量流动的起点是什么？

3、生态系统能量的总值为多少？

4、什么是能量流动的渠道？ 学生分组讨论。

学生回答：

1、阳光；

2、从生产者固定的全部太阳能开始；

3、生产者所固定的全部太阳光能；

4、食物链、食物网。

课堂当堂训练：

师生核对习题答案，当堂讨论有疑问的问题。

教师：时间过得真快，大半节课已经过去了。母鸡妈妈该等急了吧。【PPT】母鸡的等待

【PPT】荒岛上的场景再现

教师：请大家利用已学知识分析，为什么鲁滨逊会选择“先吃鸡，后吃玉米”？ 学生讨论···

逐渐消失的生态系统 篇6

北极冰减少,北极熊危险!

极地正受到地球温暖化威胁!《联合国环境计划》中预测平均气温若上升3℃,水圈将扩大、冻原的冻土层将溶化、森林的界线也会北上数百公里。这些将使栖息在极地的野生生物濒临危险。

在物种少的极地,食物链单纯,物种个体数等的变动幅度大。当这种变化不自然时,将严重影响极地的生态系统。温暖化如果以目前的速度发展,极地的整个生态系统将脱序,可能连位于食物链顶端的北极熊也会濒临危险。

火灾威胁着热带雨林里的生物!

所有生物物种的50%以上栖息在占全陆地面积不到7%的热带雨林,被分类记载的大约25万种植物中,有15.5万种在热带雨林中被发现。全部鸟类的20%可以在亚马逊见到;90%的灵长类也分布在全世界热带雨林中。

印尼的加里曼丹岛即婆罗洲因地史古老,因而有长鼻猴、黑横带狸猫等许多特有物种。但是,森林大火已经成为这些稀有物种的致命杀手。1997～1998年的大规模森林大火,使加里曼丹岛上的猩猩流离失所。

森林火灾、滥伐等,使人类每年失去1.8万平方公里左右的热带雨林,到了21世纪初,地球上将有10～20%(数十万～数百万)的物种灭绝。

潮埔是一个被遗忘的角落!

潮埔为海岸地形之一,会随着潮汐反复被水淹没或干后露出。潮埔水浅,水容易被太阳晒暖。由于干后露出,纳入氧气,浮游生物等多样化微生物容易繁茂,何况河川还会把有机物、营养物搬运过来。这里基盘为泥,水不仅流动,而且是半咸水,因此有许多适应盐分大幅变化的动物。不但多沙虫、贝类、虾类、蟹类以及其他小型甲壳类、稚鱼等,以这些动物为食的鱼类、鸟类也很丰富。它们形成了奇妙的潮埔生态系统。

不过,由于开发等因素,对人为变化适应能力差的潮埔,正在减少。而目前,人类只有《拉姆沙湿地公约》可以保护水鸟,也保护除潮埔以外的所有湿地。潮埔成了被人类遗忘的角落。

我们美丽的大自然,由千万种生物构成。这个花40亿年时间建构的珍贵系统,现在由于人类的活动,即将慢慢崩溃。这难道不是人类的悲哀吗?

生态系统能量流动教学设计 篇7

本节课是人教版高中生物必修三第五章的核心内容, 在教学中起着承上启下的作用, 该部分内容与呼吸作用、光合作用及能量代谢等知识联系密切, 又直接关系到本章后面内容的学习。本节课安排2课时, 这里只设计第一课时。

二、教学目标

1. 知识与能力目标

(1) 通过分析食物链让学生掌握生态系统中能量流动的概念。

(2) 通过模型的构建让学生理解生态系统中能量流动的过程。

(3) 通过定量分析让学生理解生态系统中能量流动的特点并学会应用。

2. 过程与方法目标

(1) 通过定量分析生态系统中能量的输入与输出, 发展学生的思维迁移能力。

(2) 学会整理数据、分析数据, 进而得出科学结论。

(3) 通过小组讨论与导学式相结合的教学模式, 培养学生的语言表达力、合作能力以及发散思维和求异思维能力的发展。

3. 情感态度价值观目标

通过联系实际, 激发学生学习生物学的兴趣, 培养学生关心生态的意识和进行生命科学价值观的教育。

三、重点

1. 生态系统能量流动的过程

解决方法:教师通过课件进行动态分步演示, 加深学生对能量流动过程的理解;学生通过分组讨论形成共识, 并自主构建能量流动过程的模型, 进一步将知识内化。

2. 生态系统能量流动的特点

解决方法:学生小组合作进行数据的整理和分析, 利用定量分析得到的数据来进一步修正前面构建的模型, 得到符合实践的正确结论。

四、难点

生态系统能量流动的过程

突破方法:教师通过课件, 运用学生较为熟悉的生物形成相应的食物链, 联系生活实际尝试让学生分组讨论, 形成对某营养级能量流动的共识;利用模型 (各营养级、呼吸作用、分解者、箭头等) 让学生根据讨论形成的共识构建能量流动过程。

五、教学方法

通过定性和定量分析能量的输入与输出, 让学生学会整理数据、分析数据, 进而得出科学结论。

六、教学过程

1. 课前准备

(1) 教师准备好学生使用的导学案。

(2) 教师制作好课堂使用的多媒体课件。

(3) 教师准备好课堂使用的模型。

(4) 学生熟练掌握生态系统的成分、食物链和食物网的相关知识。

教学意图:为课堂教学的顺利进行做好准备。

2. 情境导入

教师通过PPT展示相关图片。

师:第一幅图展示的是我国西南五省发生大面积干旱的情况, 第二幅图展示的是青海省玉树藏族自治州玉树县发生地震的情况。干旱、地震这些自然灾难会给人类带来很大的伤害, 但是我们可以运用一些知识在灾害降临的时候增强自救能力, 减少损失。比如, 现在我们大家在自然灾难中被困在一个小山村中, 食物只剩下一些玉米和几只饲养的鸡, 面对这种情况, 你将做何选择才能使自己生存更长的时间来等待救援?

A.先吃鸡, 再吃玉米

B.先吃玉米, 同时用玉米喂鸡, 吃鸡产下的蛋, 最后吃鸡。

学生观看PPT展示的图片, 并思考教师提出的问题, 齐声回答:B。

教学意图:通过现实生活中的故事情节引出问题, 从而引起学生对问题的关注, 以及让学生带着疑问来学习, 激发学生的求知欲和好奇心。

师:毫无疑问, 人获得的能量越多, 生存的时间会越长。哪个策略更合理呢?通过《生态系统的能量流动》这节课的学习我们将解决这个问题。

3. 探究活动一:能量流动的过程

师:请同学们利用上节课所学的知识把这两个策略中所蕴含的食物关系表示出来。

生:A:鸡→人←玉米

B:玉米→鸡→人

师:我们就以食物链为线索研究生态系统能量流动的过程。这两组策略中食物链较长的是:玉米→鸡→人。玉米、鸡和人在生态系统中的成分分别是什么?

生:玉米—生产者;鸡—初级消费者;人—次级消费者。

师:首先我们来研究生产者的输入和输出。大家可以展开联想, 在你面前有一片绿油油的青草, 对于青草而言:

(1) 它的能量来源于什么?

(2) 这些能量如何输入到玉米体内?

(3) 这些能量的去向有哪些?

(4) 最终去向是哪里?

请大家思考上述问题并将答案写在学案上。

学生思考并在学案上完成答案, 学生代表到黑板上写出答案并进行讲解 (如图1所示) :

教学意图:充分发挥学生的独立思考能力和语言表达能力。

师:我们继续联想, 在这片绿油油的草地上有一群野兔, 野兔正津津有味地啃着青草。

问题思考:

(1) 野兔获取能量的来源是什么?

(2) 野兔体内能量的去向有哪些?

学生思考、讨论后, 小组代表利用投影仪将答案展示给大家, 并进行讲解 (如图2所示) :

教师在辅助学生完成上述问题的探究之后, 总结流向每一个营养级的能量的去向都大体相同:A.呼吸作用以热能的形式散失;B.枯枝败叶或者遗体被分解者分解;C.进入下一营养级 (最高营养级除外) 。并让学生以小组为单位初步构建生态系统能量流动模型。材料 (如图3所示) 具有磁性, 可以粘贴在白板上, 也可以随意移动, 各材料数量足够, 大小不一。

学生小组利用教师提供的材料合作完成生态系统能量流动模型的初步构建。

在学生完成模型的构建之后, 教师让小组代表到讲台上来展示他们的结果。

学生将构建好的模型到讲台上呈现 (如图4所示) :

在展示模型的同时, 学生进行讲解:四个营养级自左向右依次是第一营养级、第二营养级、第三营养级和第四营养级。每个营养级能量的去向都有三个:流向下一个营养级、通过呼吸作用散失和分解者分解。

师:大家都同意这位同学的观点吗?

有学生站起来:他的解释是正确的, 但是构建的模型有些问题, 比如说能量流动在营养级中应该是逐渐减少, 所以代表营养级的方块和代表能量流动的箭头应该越来越小。

师:为什么营养级的能量越往后会越少呢?

生:因为除了流向下一个营养级之外, 还有其他的两个去向, 即流向分解者和呼吸作用散失。

师:看来这位同学理解问题非常到位, 他已经引出我们下面要解决的问题, 很好。前面我们定性分析了能量流动的去向, 下面我们就来定量分析能量流动的去向。

教学意图:通过制作生态系统能量流动的模型, 充分发挥学生的合作能力、探究能力和动手操作能力, 加深对能量流动过程的理解。

4. 过渡

教师呈现下列四个问题:

(1) 照射到地球上的所有太阳能都能输入到生产者体内吗?为什么?

(2) 生产者获取的能量与消费者获取的能量有何不同? (3) 流经生态系统的总能量是什么?为什么?

(4) 消费者摄入的食物中的能量能否全部被该营养级同化?如果不能, 该部分能量流向何处?

学生在思考、小组讨论之后抢答:

(1) 不是, 因为大部分的太阳能被地球表面的大气层所吸收、散射和反射掉。

(2) 生产者通过光合作用固定太阳能;消费者通过摄取食物获得能量。

(3) 生产者固定的太阳能的总量, 因为能量流动是从生产者开始的。

(4) 不能, 因为消费者摄入的食物一部分以粪便的形式排出体外, 被分解者分解, 不属于同化的能量。

师:通过上述问题的讨论, 我们知道一个营养级能不能得到上一个营养级的全部能量?

生:不能

教学意图:以抢答的形式激起学生学习的兴趣, 同时为探究活动二做铺垫。

5. 探究活动二:能量流动的特点

师:美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊—赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析, 请大家打开课本95页, 在分析该图解的基础上, 独立完成问题。

(1) 填写下表, 总结规律

结论1:生态系统中能量流动是____。传递效率大约为____。

从生态系统散失的能量能否再回到这个生态系统中来?较低营养级能利用较高营养级的能量吗?

结论2:生态系统中能量流动是____。

(2) 分析下列两个问题

(1) 能量单向流动的原因是:

A.组成食物链的各营养级顺序逆转____ (可/不可) ;

B.各营养级通过呼吸作用以热能形式散失的能量被____重新吸收利用 (能/不能) 。

(2) 能量逐级递减的原因是:A____ B____ C____

学生在阅读教材, 整理表格, 完成上述问题后, 自愿起来回答, 其他学生和教师进行评价。

结论1:生态系统中能量流动是逐级递减的。

结论2:能量流动是单向的。

问题分析:

(1) 能量单向流动的原因是: (1) 组成食物链的各营养级顺序不可逆转; (2) 各营养级散失的能量不能被重新利用。 (2) 能量逐级递减的原因是: (1) 呼吸作用以热能的形式散失; (2) 流向下一营养级; (3) 分解者分解。

教学意图:通过自主学习, 学生学会整理数据, 分析数据, 得出科学结论, 从而为理解生态系统能量流动的特点打下直观的基础。

师:请同学们根据能量流动特点的定量分析进一步修正前面制作的能量流动模型。

小组学生利用已学过的能量流动特点对前面制作的模型进行修正, 呈现结果如图5所示:

学生总结:除了体现能量流动的三个去向外, 还要注意以下三个方面: (1) 代表营养级的正方形逐渐减小; (2) 代表营养级散失能量的箭头逐渐减小; (3) 食物链中的营养级为4～5个, 不宜过长。

教学意图:通过对模型的修正, 进一步加深学生对生态系统能量流动特点的理解。

6. 生态系统能量流动的概念

教师总结:通过对生态系统能量流动的过程和特点的分析, 可以生成生态系统能量流动的概念。太阳光能进入生态系统这个过程就是生态系统能量的输入;草有一部分被兔子吃掉, 能量流向第二营养级, 这就是生态系统的能量传递;光能被绿色植物通过光合作用固定成有机物中的化学能, 各种生物通过呼吸作用将一部分能量以热能的形式散失, 这就是能量的转化;能量最终以热能的形式散失到大气中。生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程, 称为生态系统的能量流动。

教学意图:通过教师的总结, 学生对生态系统能量流动的概念有了明确的认识。

7. 回归情景

教师再次呈现“情景导入”的问题, 让学生再次选择答案。

学生们在讨论之后, 最后认为答案为A, 理由是:食物链越长, 消耗的能量就越多, 流向次级消费者的能量就越少。

教学意图:学生再次思考, 与之前错误的观点进行比较, 得出正确的解释。

七、课堂练习

(1) 流经生态系统的总能量是指 ()

A.照射到该生态系统内所有植物体叶面上的全部太阳能

B.射进该系统的全部太阳能

C.该系统全部生产者所固定的太阳能的总量

D.生产者传递给消费者的全部能量

(2) 调查得知一年中流经某河流生态系统的4个营养级 (以a, b, c, d表示) 的数值如下, 则该生态系统中初级消费者是 ()

A.a B.b C.c D.d

(3) 假设一个生态系统的总能量为100个单位, 按最高传递效率计算, 第二营养级和次级消费者所获得的能量应为多少个单位 ()

A.20和20 B.20和4 C.4和0.8 D.10和1

(4) 一片树林中, 树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如图6所示。下列能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是 (选项方框面积表示能量的大小) ()

八、课堂总结

九、教学反思

1. 优点

(1) 教学目的明确, 重难点把握到位, 教学内容安排详略得当, 富有层次, 保证了教学内容的顺利完成。

(2) 本节课始终贯穿新课程理念, 突出学生的“学”。课堂中既有教师的讲解、启发引导、组织讨论、总结等, 又有学生的思考、讨论、交流、合作、尝试构建模型等。多种方式的课堂教学有效地调动了学生学习的兴趣, 激发了学生学习的主动性和创造性, 保证了良好的教学质量。

(3) 情景导入是由现实灾难生活引出先吃鸡还是先吃玉米的问题, 激发了学生学习的兴趣, 调动了学生学习的积极性。

(4) 在引导学生尝试建立模型时, 从简单的过渡到复杂的模型构建, 学生容易操作, 且能从中得到乐趣。同时提高了学生观察、分析和解决问题的能力, 培养了学生的创新思维, 便于学生对知识的理解。

2. 不足

(1) 最大的不足之处在于, 讲完这节课后, 回顾情景再次选择答案的时候, 很多学生还是选择B答案。在经过一番讨论、解释之后, 才同意A答案。这说明学生还是不能将所学的知识应用到实践当中。

(2) 课堂容量较大, 时间紧凑, 留给学生巩固的时间少, 练习也很少, 导致学生不能完全掌握。

参考文献

设计的生态系统 篇8

在专家系统中, 知识的利用方式主要是通过推理方式来实现的。而水稻生态平衡施肥专家系统的推理行为主要由推理机来完成。它是系统中基于知识推理的部件在计算机中的实现, 主要包括推理和控制两个方面, 是专家系统中不可缺少的重要组成部分。

1 推理机的基本原理

推理机涉及的两个基本问题是推理方式和控制策略。在系统中常采用的推理方式是产生式规则推理, 亦称假言推理。推理机的控制策略包括两项基本内容:一是决定推理顺序;二是多项解选择。基本的控制策略有逆向链接和正向链接, 但在实际应用中, 经常采用以上两种混合推理方式[1] 。

1.1 逆向链接

逆向链接的基本思路是从目标出发, 选择所需的规则, 以这些规则中的前提条件为新的子目标再选择规则, 重复进行这种操作, 直到最终的子目标满足知识库中已知的事实为止。逆向链接在已知可能的结果 (即目标属性值) , 且这些结果数目较少时, 是非常有效的。

1.2 正向链接

正向链接的基本思路:从已知的证据出发, 检查规则的前提。若前提满足, 则将规则结论加到已知为真的事实表中;继续检查规则, 直到达到目标为止。其基本过程相当于一个识别某一“动作”的循环, 可以1.3 逆向、正向链接的混合方式

逆向链接和正向链接是两种极端的推理控制策略, 它们各有优缺点。对一个实际问题来说, 很难说哪一种方式更合理。实际上可能是问题的某一部分用正向推理效率高, 而另一部分使用逆向链接效果好, 所以经常混合使用这两种方式。使用混合方式的基本原则是既能保持它们各自原有的优点, 又可以尽可能克服它们各自的缺点。

2 推理机的设计

推理机设计是知识库系统的另一个非常重要的方面。知识库设计着重于知识的完备描述, 而推理机的设计则着重于对知识的应用[2]。由于系统知识库中的知识分为领域级知识和元知识, 因此推理机设计就包括使用领域级知识推理的推理机 (目标推理机) 的设计和使用元知识推理的推理机 (元推理机) 的设计两个方面。系统是以水稻生态平衡施肥为目标的智能专家系统, 其推理过程实际上就是在一定推理策略的控制下, 利用知识库中的规则对数据进行匹配或操作并获得结论的过程。其基本结构如图1所示。

2.1 目标推理机设计

推理可分为正向推理和逆向推理。正向推理的基本思路是从已知的信息出发, 选用合适的知识, 逐步求解待解的问题[3]。而逆向推理的基本思想是选定一个目标, 然后去求证此目标是否成立。正向推理的主要优点是允许用户主动提供有用的事实信息, 而不必等到系统需要时才提供, 而且可求出全部解。但是正向推理的目标性不强, 可能会做出与求解目标无关的无用功。逆向推理的优点是不必使用与目标无关的知识, 目的性很强。但其缺点是选择目标存在盲目性, 可能求出许多假目标;尤其是当解空间较大时, 情况更为突出。

为了充分利用正向推理和逆向推理各自的优点, 克服两者的缺点, 在系统中设计了正向推理和逆向推理相结合的目标推理机。目标推理机中调用的正向推理机基本结构, 如图2所示。

逆向推理机基本结构, 如图3所示。

目标推理机和逆向推理机都需要在规则组中寻找规则, 但是它们的机理是不同的。由于在逆向推理机中推理的目标十分明确, 即要求证的目标参量名称和值都已知, 因此需要寻找一条规则结论部分包含求证目标的规则。而在目标推理机中只需要知道要推理的目标参量名称, 因此只需寻找规则结论中参量名称与目标参量名称相同的规则, 而且由这条规则也许并不能直接知道目标参量的值, 而只能知道需调用什么函数来计算目标参量值。

2.2 元推理机的设计

元推理机通过应用元知识 (类和原则) 进行上层推理, 指导目标推理机对问题求解, 从而提高系统的效率和质量[4]。

在系统中设计了主元推理机和元推理机, 主元推理机将调用元推理机, 而元推理机将调用目标推理机, 主元推理机的工作程序:

1) 编译类文件, 根据类的数分配内存空间, 并将所有的类装载到内存中;

2) 编译元规则文件, 根据元规则个数分配内存空间, 将所有元规则装载到内存中;

3) 确定推理任务, 即要给出推理的类的描述;

4) 给黑板、为“Why”解释器设计的EXP_WHY链表结构、为“How”解释器设计的推理路径链表结构分配链表头指针地址;

5) 调用元推理机进行推理, 若推理成功则将推理结果与推理路径以一定的格式分别存入相应的文件中, 然后解释黑板、EXP_WHY、推理路径的内存空间, 若推理不成功则直接释放黑板、EXP_WHY、推理路径的内存空间;

6) 通过对话框查看推理结果与推理路径;

7) 若还有其推理任务则转向步骤3) ;

8) 若无其它推理任务则释放类及元规则的内存空间, 推理结束。

2.3 黑板的设计

在系统中黑板设计为链表结构。其原因是在推理开始时并不知道黑板将记录多少实事和中间推理结果, 而且对于不同的推理任务, 黑板所记录事实和中间推理的结果个数差异很大, 因此需要进行动态地储存分配, 而链表正是一种能动态地进行储存分配的结构。由于黑板中记录的事实和中间推理结果都是为进一步推理而服务的, 故在黑板中需要记录参量名称、参量值类型、参量值以及参量置信度这些信息。

2.4 解释器的设计

在推理过程中, 系统可能会向用户询问某个参量的值。为了让用户输入正确的值, 不仅需要告诉用户该参量的含义和对输入值的提示以及参量值单位等的说明, 还需要让用户知道为什么系统会提这个问题。这样处理比较容易, 只要按照参量名称在参量组中寻找该答案, 便可以得到其含义和提示特性, 然后通过一个对话框显示出来。而后者的处理则不那么简单, 需要设计“WHY”解释器。具体方法是设计一个链表结构EXP_WHY , 用于记录推理过程中所有的询问参量值的原因。当询问某一参量值时, 则根据该参量的名称, 将相应的询问参量值的原因以自然语言的形式显示在对话框中。系统中不仅设计了“WHY”解释器, 还设计了“HOW”解释器。“HOW”解释器用于告诉用户推理结果是如何得到的, 即将推理过程中成功执行的规则依次显示出来。“HOW”解释器是通过设计推理路径结构来实现的。推理路径也采用链表结构, 以实现动态存储分配。推理路径中将按照规则执行的顺序记录所有成功执行的规则, 如规则所在的规则文件名称、规则在规则文件中的序号以及规则的解释。当一个推理任务成功地完成后, 推理路径结构中记录的所有成功执行过的规则将存贮于相应的推理路径文件中。在推理路径中, 由于记录规则的解释器是用自然语言书写, 因此用户可以很容易理解规则的含义及推理实现的过程。

3 推理网络图的设计

本系统经多次反复讨论修改形成如下规则组成推理网络图, 如图4所示。

在图4中以长方框表示根节点, 也就是本系统的目标。根据生态平衡施肥任务, 本系统具有多个目标, 即氮、磷、钾各种肥料, 预估产量, 化肥成本, 预估收入等。这些目标是固定的。双圆点表示叶节点, 即向用户提问的因素, 它们不能由其它因素推出, 只能询问用户。单圆点即中间节点, 反应中间推理步骤。节点之间的连线反应因素之间的关系, 即规则。连线箭头的开始是规则的条件, 终点即结论。连线之间若是用弧线连结, 表示条件关系是“与”关系, 无弧线连接, 则是呈“或”关系[5]。

4 结束语

推理机是水稻生态平衡施肥专家系统的思维结构, 是构成系统的核心部分, 其任务是模拟领域专家的思维过程, 从而控制并执行对问题的求解。对水稻生态平衡施肥专家系统中推理机的设计研究不仅可以丰富科学理论, 开拓人工智能应用领域, 而且对提高复杂管理系统的分析、决策能力提供新的手段和方法, 具有重要的理论价值和广泛的应用前景。

参考文献

[1]黄可鸣.专家系统[M].南京:东南大学出版社, 2006:15-18.

[2]高春鸣, 陈跃新.正向推理机系统研究[J].计算机工程与应用, 2005 (1) :78-80.

[3]付炜, 刘增林.地理专家系统的推理机设计[J].陕西师范大学学报 (自然科学版) , 2006 (2) :86-90.

[4]张全寿.专家系统构造原理及方法[M].北京:中国铁道出版社, 2002:32-35.

设计的生态系统 篇9

随着人类社会的扩张和发展, 环境污染和能源耗竭日益严重。可再生能源的开发利用是目前为止能够解决人类环境能源困境的有力途径。国家能源局发布的《国家能源局综合司关于进一步做好可再生能源发展“十三五”规划编制工作的指导意见》中, 明确了可再生能源发展规划的重点任务和发展方向, 同时强调了落实可再生能源发电的消纳市场, 从技术研发和政策配套方面助力可再生能源利用向着越发成熟的方向发展。

零能耗建筑是指应用太阳能和可再生能源来运作的建筑, 使一年中现场产生能量的净额等于建筑所必须的能源净额[1]。零能耗建筑是最理想也是最现实的能源节约建筑。

建筑光伏 (Building Mounted Photovoltaic) , 简称BMPV, 是安装在建筑物上的光伏发电系统, 包括BAPV和BIPV。其中, BAPV (Building Attached Photovoltaic) 是附着在建筑物上的光伏发电系统, 也称为“安装型”光伏建筑。BIPV (Building Integrated Photovoltaic) 是与建筑同时设计、同时施工和安装并与建筑物形成完美结合的光伏发电系统, 也称为“构件型”和“建材型”光伏建筑。将光伏发电系统与建筑实际情况相结合, 将光伏发电系统设计融入建筑设计施工的全过程中, 才能够在建筑功能及美感不受影响的同时使太阳能的利用达到最优化, 甚至优化建筑功能, 提升建筑美感。

1 工程概况

天津属于暖温带地区, 年平均气温为11.5℃, 通过国家气象局最近10年的日照统计数据可知, 天津的年均日射量为4.073k W·h/m2、年日照时间为2 778h、年平均日照率为63%。因此, 采用太阳能光伏发电系统是可行的。

中新天津生态城公屋展示中心工程位于天津市中新天津生态城15号地公屋项目内。总建筑面积3 467m2, 其中地上两层, 3 013m2;地下一层, 454m2, 建筑总高度15m。建筑功能一部分为公屋展示、销售;另一部分为房管局办公和档案储存。本工程的设计目标为零能耗的绿色公共建筑。通过被动式设计使建筑物耗能达到合理的极限, 通过主动式设计提高设备能源使用效率, 预估年建筑能耗约为252.8k W·h/a, 单位面积建筑能耗约为72.9k W·h/ (m2·a) 。建筑效果如图1所示。

2 光伏发电系统总体框架

装设光伏组件的区域主要包含:屋顶弧形架构区、屋顶东西两侧三角区、建筑东南侧停车棚和西南侧停车棚顶部。采用高转换效率HIT型光伏组件, 尺寸为798~1 580mm, 峰值功率为210Wp, 组件转换效率为16.7%, 电池转换效率为18.9%, 重量约15kg, 总装机容量292.95k Wp, 总发电量约295MW·h/a, 高于年建筑能耗12.3%, 预计可达到建筑零能耗的目标。

光伏发电系统与市电并网运行, 多余的光伏电能反馈到市电电网。设置有648k W的锂电池储能装置, 用于平滑光伏馈电功率, 并为较重要负荷提供备用电源。

本项目作为零能耗建筑, 光伏发电全年的发电量应大于负荷能耗的10%以上。但天津属华北地区, 季节差异较大, 夏季及春秋季, 光伏发电量大于负荷用电量;冬季, 光伏发电量小于负荷用电量。通过光伏发电系统的并网技术措施, 即可实现从电网取电, 也可向电网馈电的并网形式。即:夏季及春秋季多余的电量馈向电网, 冬季从电网取电。一年的光伏发电总量大于建筑能耗的总量, 从而真正实现零能耗建筑。

在此并网系统中, 主要依据两方面来确定蓄电池的容量, 一方面为智能控制系统工作站、计算机网络设备、服务器及对外窗口办公计算机提供2h的应急电源, 另一方面为了稳定光伏发电上网的相对恒功率输出的需要, 取两者中的较大容量, 最终确定为648k Wh。光伏发电系统框图见图2。

3 光伏发电系统设计方案

新建建筑光伏发电系统设计与建筑设计同步进行, 统一规划, 同时设计、施工。其规划设计应根据建设地点的地理位置、气候特征及太阳能资源条件, 确定建筑的布局、朝向、间距、群体组合和空间环境, 并应满足光伏发电系统设计和安装的技术要求。同时结合建筑功能、建筑外观以及周围环境条件, 进行光伏组件类型、安装位置、安装方式和色泽的选择, 使之成为建筑的有机组成部分。光伏发电系统设计流程如图3[3]所示。

3.1 遮挡分析

遮挡分析包括周边建筑物对本建筑屋顶电池板的遮挡分析、建筑自身对电池板的遮挡分析, 如建筑物屋顶女儿墙、建筑物屋顶设备机房、突出屋面的设备等。本项目位于天津市中新天津生态城15号地公屋项目内, 在本建筑南侧50m内有2栋16~18层的高层住宅, 见图4, 女儿墙高出屋面1.5m, 对本项目光伏发电系统的遮挡影响较大, 因此需要着重对周边建筑及女儿墙进行建模并模拟分析, 见图5。

根据分析结果可见, 本项目周边遮挡因数约为10.9%。

3.2 组件选择

光伏组件分类较多, 主要包括单晶硅光伏组件、多晶硅光伏组件、非晶/单晶异质结 (HIT) 光伏组件、非晶硅薄膜光伏组件、碲化镉 (Cd Te) 薄膜及铜铟硒 (CIS) 薄膜光伏组件等, 其中以非晶/单晶异质结 (HIT) 光伏组件转换效率最高。其太阳能电池片基本结构如图6所示, 是以光照射侧的p-i型a-Si:H膜 (膜厚5~10nm) 和背面侧的i-n型a-Si:H膜 (膜厚5~10nm) 夹住晶体硅片, 在两侧的顶层形成透明的电极和集电极, 构成具有对称结构的HIT太阳能电池组件[2]。HIT太阳能电池组件具有低温工艺、高效率、高稳定性、低硅耗等特点。

光伏组件的选用依据以下原则:

(1) 应根据建筑功能、外观以及周边环境条件遮挡情况, 从光伏组件类型、安装位置、安装方式和色泽等方面总体考虑来选择光伏组件, 使之成为建筑的有机组成部分。

(2) 应根据光伏组件在一年中的运行时间、运行期内的风环境、日照条件、经济条件、维护管理等多方面因素综合考虑选用光伏组件。

(3) 光伏组件及其连接件的规格、性能参数及安全要求由厂家提供, 其中连接件的尺寸、规格、荷载、位置需经过设计, 预埋件、支撑龙骨及连接件均按国家相关规范要求设计, 预埋件施工时应确保定位无误。

综合考虑, 本设计选用组件峰值功率为210Wp、组件转换效率为16.7%的光伏组件, 其技术指标如表1所示。

3.3 安装方式设计

屋顶、停车棚的光伏组件与建筑的安装构造方式为安装型, 属于BAPV方式;弧形遮阳架构的光伏组件与建筑的安装构造方式为构件型, 属于BIPV方式。在有限的可利用空间实现最大的光伏发电量是安装方式设计的出发点。

为了使光伏方阵得到的太阳辐射和光伏系统的功率输出最大, 光伏方阵的取向和倾角应按照光伏方阵所在的地理位置考虑。通过软件模拟分析, 在天津地区, 光伏组件全年获得电能最多的倾角为32°。而考虑到中央弧形遮阳架存在一定的弧度, 组件安装间距可大大缩小, 增加了组件安装数量, 因此在中央弧形遮阳架的南北两侧采用32°倾角安装, 根据弧形遮阳架弧度不同, 安装间距也不尽相同, 详见图7。

借助于专业软件, 分别对屋顶两侧三角区0°倾角安装、32°倾角安装两种方式进行了模拟分析, 详见表2。

经过分析计算可见, 0°倾角安装能够在有限的屋顶面积条件下获得最大的光伏发电量。因此在屋顶中央弧形架构中心区、东西两侧三角区光伏组件安装倾角为0°。

在车棚区域, 采用与车棚倾角一致的安装角度, 约为13°。

光伏组件共计铺设1 409块, 总装机容量为295.89k Wp。各区域安装方式参数详见表3。

3.4 并网系统设计

由于本工程光伏组件主要集中在屋顶和车棚, 所以采用集中监控、集中并网方式, 用户侧低压380V并入公共电网。结合选用的光伏组件类型、数量及安装分区, 配置并网逆变器的类型与数量。本工程选择10k W逆变器, 具体参数如表4所示。其配置方案详见表5。

光伏电站向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量, 在谐波、电压偏差、电压波动和闪变、电压不平衡度等方面应满足《电能质量电力系统谐波》 (GB/T 14549-93) , 《电能质量公用电网间谐波》 (GB/T 24337-2009) , 《电能质量供电电压偏差》 (GB/T 12325-2008) , 《电能质量电压波动和闪变》 (GB/T 12326-2008) , 《电能质量三相电压允许不平衡度》 (GB/T 15543-2008) , 《电能质量电力系统频率偏差》 (GB/T 15945-2008) 的要求。出现偏离标准的越限状况, 系统检测到这些偏差并将光伏系统与电网安全断开。

3.4.1 谐波

光伏电站所接入的公共连接点的谐波注入电流应满足《电能质量电力系统谐波》 (GB/T 14549-93) 的要求, 其中光伏电站向电网注入的谐波电流允许值按照光伏电站装机容量与其公共连接点上具有谐波源的发/供电设备总容量之比进行分配。光伏电站所接入的公共连接点的各次间谐波电压含有率及单个光伏电站引起的各次间谐波电压含有率应满足《电能质量公用电网间谐波》 (GB/T24337-2009) 的要求。总谐波电流应小于逆变器额定输出的5%。

3.4.2 电压偏差

光伏电站接入电网后, 光伏电站并网点的电压偏差应满足《电能质量供电电压偏差》 (GB/T12325-2008) 的要求。三相电压的允许偏差为额定电压的±7%, 单相电压的允许偏差为额定电压的-10%~+7%。

3.4.3 电压波动和闪变

光伏电站所接入的公共连接点的电压波动和闪变应满足《电能质量电压波动和闪变》 (GB/T12326-2008) 的要求, 其中光伏电站引起的闪变值按照光伏电站装机容量与公共连接点上的干扰源总容量之比进行分配。

3.4.4 电压不平衡度

光伏电站所接入的公共连接点的电压不平衡度及光伏电站引起的电压不平衡度应满足《电能质量三相电压允许不平衡度》 (GB/T 15543-2008) 的要求, 其中光伏电站引起的电压不平衡度允许值按照GB/T 15543的原则进行换算, 允许值为2%, 短时不得超过4%。

3.4.5 直流分量

光伏电站并网运行时, 向电网馈送的直流电流分量不应超过其交流电流额定值的0.5%。

3.4.6 功率因数

当电站输出有功功率大于其额定功率的50%时, 功率因数应不小于0.98 (超前或滞后) , 输出有功功率在20%~50%时, 功率因数应不小于0.95 (超前或滞后) 。

3.4.7 频率

光伏系统并网时与电网同步运行。电网额定频率为50Hz, 光伏系统并网后的频率允许偏差应符合《电能质量电力系统频率偏差》 (GB/T 15945-2008) 的规定, 偏差值允许±0.5Hz。

3.5 光伏发电系统发电量模拟

采用专业软件建模, 并对各区域发电量进行模拟分析, 可得全年各区域光伏发电量数据, 详见表6、图8、图9。

3.6 光伏发电监控系统设计

监控系统基本结构见图10, 采用双机单网结构, 采用服务器作为操作员工作站, 兼报表及维护工作站的功能, 用于实现微网综合监控。保护测控装置、电池管理系统、光伏管理系统、双向变流装置PCS均由前置服务器直接接入监控系统, 电表及小型气象站通过规约转换器接入监控系统。模式控制器用于实现微网运行模式切换管理。

光伏系统和电网在异常或故障时, 为保证设备和人身安全, 设置相应的并网保护功能, 包括过/欠电压、过/欠频率、防孤岛效应、恢复并网、短路保护、逆向功率保护等。

4 结束语

零能耗建筑的光伏发电系统设计, 需要着重考虑以下几点:1) 建筑自身及周边场地情况;2) 建筑外形、功能和负荷要求;3) 光伏组件选型;4) 光伏组件安装方式及与建筑一体化设计;5) 光伏发电系统发电量估算。本工程结合实际情况采用BIPV和BAPV两种太阳能光伏技术应用方式, 实现了光伏组件与建筑结合一体化设计施工, 同时应用储能技术和微网技术, 实现建筑零能耗的目标。

参考文献

[1]许俊民.探讨零能耗建筑和零碳建筑[J].智能建筑科技, 2010, 43:1-6.

[2]史少飞, 吴爱民, 张学宇, 姜辛.HIT太阳能电池的发展概况[N].材料导报A:综述篇, 2011, 25 (7) , 130-133.

设计的生态系统 篇10

江苏省是全国环境保护工作压力最大的省份之一, 全省共有18.5万个工业源、36.6万个农业源、7.8万个生活源、438个集中式污染治理设施, 污染源点多面广, 环境监管任务十分繁重。生态环境形势相当严峻, 一些地方环境污染异常突出。城市内河黑臭、农作物秸秆污染、污泥处置不规范、机动车尾气检测覆盖率不高、环境治理设施不完善、流域污染物排放总量不断增长, 仍超过环境容量, 湖泊富营养化现象严重, 1/3国控断面水质劣于V类, 1/3土地受到酸雨污染。

近年来, 在全国环境监管及预警建设不断加强的形势下, 江苏省环境自动监测监控设施的建设有了长足发展, 环境自动监测监控设施的数量居全国前列。但由于环境自动监测监控体系建设尚未形成, 环境监控工作多头管理、多头发展, 监控资源呈分散型, 系统上下不兼容、部门不兼容、多头建设、重复建设现象较为严重, 集成共享水平低, 设施运行维护成本大, 环境监控效率没有得到充分发挥。因此, 有必要进一步完善监控网络, 建立具有世界先进水平的监控体系以及统一的环境信息共享平台, 克服部门职责交叉、监测站重复建设现象, 采用统一的环境监测规范, 做到统一标准、统一布点、统一方法和统一发布, 实现信息共享。

1系统设计框架

江苏省生态环境监控系统工程 (简称“1831”系统) 规划建成全省统一的环境监控系统, 集成管理水环境、空气环境、饮用水源地、重点污染源、机动车尾气、危险固废、核与辐射、应急风险源八大环境要素所需要的数据, 建设省、市、县3级监控中心, 出台一套江苏省环境监控管理办法, 实现江苏全省环境监管的现代化。

2系统设计思想

2.1统一领导、统筹规划

2.1.1统一领导

环境信息化建设是跨地区、跨部门、跨领域的复杂系统工程, 加强集中统一领导和管理至关重要。围绕江苏省委、省政府生态省建设战略目标, 江苏省环境保护厅设立江苏省生态环境监控中心, 该机构负责生态环境监控系统的建设、运行及管理, 为系统的统一领导提供有力支撑, 也为各部门加强沟通, 密切协调, 齐心协力地做好系统建设的各项工作提供组织保障。

2.1.2统筹规划

现阶段环保部门需要监测的环境要素几乎覆盖了各行各业, 决定了环保工作的管理范围很广, 业务相当复杂。要整合已经积累的环境信息资源, 彻底改变过去“小信息化”的部门级应用, 切实建设一个覆盖环境保护全要素的业务管理系统, 为环境管理和领导决策提供支撑, 必须按照“总体规划, 分步实施”的原则进行信息化建设。进行信息需求规划, 围绕省级环保部门需监管的8大环境要素, 进行其监管业务的需求梳理, 分析各个业务内部的逻辑关联关系, 形成相应法律法规、地方条例及相关管理文件为基础的业务管理流程及业务管理需求, 为系统建设提供全面的业务需求支撑, 并对系统建设提出前瞻性的建议, 将系统建设过程中可能存在的风险前移, 有效降低风险。

2.2统一标准、信息共享

2.2.1统一标准

标准化是“1831”系统相对独立性、兼容性、互操作性、可重复性、安全或质量的重要保障。环境信息资源产生于环保工作的各个环节和部门, 从省到地级市各个部门都产生着大量的环境信息资源, 它的存在和分布是多行业、多部门和多地域的, 目前国内信息资源的标准已有部分, 但是在环境信息化的实施过程中, 因为各地区、各部门建设规划标准的不统一带来了一系列技术问题以及信息安全与信息公开等问题。为确保系统建设的规范性, 保证系统之间数据的一致性和系统环境的协调性, 确保各业务部门能随时调用所需的数据, 必须按照电子政务的建设规范要求建立系统数据标准、功能标准, 按标准建设、 按标准验收。

2.2.2信息共享

信息共享是指不同层次、不同部门间信息和信息产品的交流与共用, 以便更加合理地达到资源配置, 是提高信息资源利用率, 避免在信息采集、存贮和管理上重复浪费的一个重要手段。系统建设必须理顺信息渠道, 开放信息服务, 使相关业务部门能按照权限方便地提取、加工、分析和发布相关数据, 实现信息的共享。在系统建设中统一平台、统一传输网络、统一数据标准, 实现互联互通、资源整合、业务协同, 达成“环保大数据”的唯一、共享。

2.3服务决策、面向社会

2.3.1服务决策

紧扣为江苏省委、省政府提供高质量综合决策信息服务的目标, 从政府的高度、综合的角度建立实现省级跨部门数据整合、集成的数据共享服务平台, 从机制上解决环境污染监测数据分割、综合决策难的问题。集成环保系统已开展的水、空气、 重点污染源、饮用水源、危险固废、辐射等众多方面的监督监测和在线监控、例行监测和自动监测、生态遥感监测等核心数据, 为全方位了解全省范围内的环境状况, 及时获取现场的第一手资料、快速反应、处置和领导决策发挥重要作用。

2.3.2面向社会

目前, 江苏省经济增长与生态环境的矛盾日益突出, 太湖、 淮河流域地区的环境容量已经承受了难以承受之重。同时, 公众环境意识日益提高, 对身边环境状况更加关注, 对水污染信息的知情权意识日益加强。因此, 系统建设必须考虑能够进一步改善科学决策的手段和环境、提高行政管理效率和效益、改进公众服务的质量和范围, 促使行政思维、行政措施、行政管理方式以及行政制度等方面进行相应的调整, 为建立行政规范、 运转协调、公正透明、廉洁高效的行政管理体制, 转变政府职能打下基础。对于提高党和政府在群众中的威信, 促进社会稳定和构建和谐社会具有重要作用。

3系统建设内容

系统建设过程中涉及众多业务部门, 业务需求分析难度、 技术实现难度、数据整理和实施难度都较大。从江苏省环境保护工作实际出发, 紧紧围绕生态省建设战略目标, 拟分两期建设, 逐步建立完善的江苏省生态环境监控系统。系统总体建设内容框架如图1所示。

3.1一期工程

建设全省统一的环境监控平台, 为环境监管工作提供各类信息服务, 通过建立环境监控的模型, 为环境质量管理提供科学监测依据;对水环境质量实现主要河流省市交界断面与重点河流的自动监测全覆盖联网;对空气环境质量实现全省市县自动监测全覆盖和国省控站点全联网;对已建饮用水源地自动监测站点实现全联网;对国省控重点污染源和机动车尾气实现全监控;对辐射环境、危险固废、应急风险源的信息化基础设施进行升级改造并集成至监控系统;建设省级环境监控中心;出台 《江苏省环境监控管理办法》, 建立环境监控管理工作运行保障机制, 初步实现全省环境监管现代化。

3.2二期工程

主要围绕生态省建设总体目标, 根据统一规划, 大力推进数字环保战略, 以信息技术和物联网技术的应用为手段, 进一步加强环境监控信息的准确采集、快速传输、高效处理、决策应用, 完善水环境、空气环境、污染源、饮用水源地、机动车尾气、 辐射环境、危险固废、风险源监控点位布局与因子配置, 提升环境监控范围的广度和深度。以监控平台实时定位、实时监控、实时分析、实时调度等辅助决策功能为基础, 利用运筹学和现代控制论等先进管理理论和方法, 推进环境监控与环境管理的融合, 根据海量动态数据资源建立决策机制, 实现生态环境要素的集中统一科学管理。

4创新发展设想

根据生态省建设的要求, 需要将环境监控上升为生态环境监控, 为此, 在本系统一二期工程建设的基础上, 从系统体系、 环境监测、环境监管、环境监控上做出具有前瞻性、创新性的远期建设规划, 逐步实现江苏省的生态环境监控, 真正实现“全省上下同享用, 时刻把脉看生态”的建设蓝图。“1831”系统发展设想有以下几点:

4.1系统体系创新

建设生态环境感知管控体系。目前江苏省主要采用布点的方式建设了一批环境自动监测站点, 并辅以环境例行监测进行环境感知, 由于环境监测面有限, 从统计学来讲, 感知结果只是某一区域环境质量微观反映, 对于全省宏观环境质量来讲不具有代表性。考虑到环境监测站点的成本较高、人力要求配套要求高, 使用集成传感网络、数据、声音和图像采集、无线传输及控制一体化设计的物联网传感设备, 有效解决传统监测站点土地征用弊端, 构建能够科学、全面反映环境质量的生态环境感知管控体系。

4.2环境监测创新

深化环境监测预测分析能力。结合江苏省区域环境特点定制开发局部环境质量预测模型。利用一二期工程项目建设的ArcGIS强大的空间运算和数据分析能力, 借助于系统中环境治理及环境监测的历史数据, 对环境质量、污染物扩散进行模拟仿真, 生成太湖流域、淮河流域、南水北调工程等环境专题图以及污染扩散模拟预测图, 为生态预警、环境污染防治及应急决策提供支持。

4.3环境监管创新

建立“一厂一档”, 实现污染源全生命周期管理。“一厂一档”数据库是以污染源为中心, 将污染源全生命周期过程中产生的数据进行建库管理, 为环保业务管理工作提供“有条件”共享。通过有条件地共享, 使得监管人员能够全面、及时了解污染源的相关信息, 科学、准确地指导污染源监管工作。

4.4环境监控创新

研究建立生态环境监控体系。在全省生态环境监控管理办法的基础上, 从污染防治和生态建设两个方面着手, 在充分利用环境监测数据、环境监管数据、生态监控标准化建设考核数据的基础上, 建立环境生态指标, 创新性地研究建成综合反映全省生态环境状况的生态环境监控体系, 全面反映环境状况和承载能力, 将此作为区域经济发展规划的前置条件之一, 用倒逼方式要求地方政府及各级环保部门加强环保, 并以此作为新时期创新环境保护工作的重要举措。

5结束语

“1831”系统突破了人们传统的信息系统认识, 是“决策之下的灵魂, 管理之上的思想, 业务之中的保障, 人人之需的服务”的信息一体化的载体, 是生态文明建设长效机制信息化的具体体现。“1831”系统通过省、市、县3级共享平台, 在江苏省统一的地理空间上, 共享25.5万个生态环境要素节点感知的信息数据, 在精准化、精细化和定量化中反映生态文明发展步伐。

把“1831”理论化, 就是“1NM1”, 1—共享、N—要素、M—部门、1—唯一。“1NM1”信息一体化理论, 为电子政务公共服务平台顶层设计创新了应用实践。可以将本系统的设计理念推广应用到发改部门审批系统、财政部门财务系统、审计部门审计系统、省委省政府决策系统等系统中去, 通过技术和行政有机结合实现务实、高效的施政目标, 让电子政务不是在小信息化形成的孤岛中穿行, 而是在信息一体化中同频共振。

摘要：文章在介绍江苏省环保工作现状、生态环境形势及环境监控存在问题的基础上, 提出了江苏省生态环境监控系统的设计框架、设计思想和建设内容, 并在本系统一二期工程建设的基础上提出创新发展的设想, 为电子政务公共服务平台顶层设计创新了应用实践。可将本系统的设计理念推广应用到省委省政府及各部门信息系统中去, 通过技术和行政有机结合实现务实、高效的施政目标。

生态系统中的信息传递 篇11

（1）上述现象中，X分别在 之间进行传递。

（2）影响甲昆虫活动的信息有两大来源，分别是 和 。影响乙昆虫活动的信息种类是 。蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫所利用的信息种类是 。

（3）若在上述植物上施用人工合成的物质X，短期内该植物上甲昆虫天敌和乙昆虫天敌数量的变化是 。

解析 本题通过材料解读来考察生态系统信息传递的种类和来源。根据题意中“植物会释放出挥发性的物质X，X既可吸引甲昆虫的天敌，也能驱赶乙昆虫”可知，植物释放的物质X可以在植物与甲昆虫的天敌、植物与乙昆虫之间传递。影响甲昆虫活动的信息有两大来源——无机环境和生物;影响乙昆虫活动的信息种类是化学信息和物理信息;蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫是通过感知蛛网的震动来实现的，属于物理信息。物质X可吸引甲昆虫的天敌，所以甲昆虫天敌数量增加;能驱赶乙昆虫，使乙昆虫减少，所以乙昆虫天敌数量减少。

答案 （1）植物与甲昆虫的天敌、植物与乙昆虫 （2）无机环境 生物 化学信息和物理信息（其他合理答案也可） 物理信息（其他合理答案也可） （3）甲昆虫天敌数量增加，乙昆虫天敌数量减少

点拨 生态系统的信息传递常考知识点如下：

1.生态系统的信息传递又称信息流，此过程中伴随着一定的物质和能量消耗。但是信息流不像物质流那样是循环的，也不像能量流那样是单向的，而往往是双向的，有从输入到输出的信息传递，也有从输出到输入的信息反馈。

2.与能量流动、物质循环的比较：

能量流动——生态系统的动力;

物质循环——生态系统的基础;

信息传递——决定能量流动和物质循环的方向和状态。

3. 有关生态系统信息传递归纳：

（1）范围：

[个体 个体][种群 种群][生物群落 环境][信息传递] [信息传递] [信息传递] [生态系统]

（2）形式：分为物理信息、化学信息、行为信息。

（3）来源：可来自于环境，也可来自于生物。

（4）方向：信息传递是双向的。

（5）作用：信息传递可以调节生物的种间关系。

[（6）过程：信源（信息产生）→信息道（信息传输）→信宿（信息接收），阻碍其中的任一环节均不能实现信息的传递。] [反馈作用]

例2 蜜蜂是一种群居的益虫，蜜蜂的筑巢、采粉酿蜜等行为以及“语言”等都引起了人们的极大兴趣。

（1）蜜蜂中的侦查蜂可在发现蜜源后，回到蜂窝内通过特殊的“语言”传达给其他同伴，如果侦查蜂跳“圆形舞”，则表明蜜源的距离很近，一般在百米之内。这种信息是 。

（2）蜜蜂可以从很多植物的花朵上采集花粉，同时也为这些植物传粉，这种关系在生态学上为 。从生态系统的功能看，信息传递可以 ，以维持生态系统的稳定。

（3）蜜蜂是如何发现蜜源的，我们可以进行模拟探究实验。有人从以下几方面进行了探究，所用的实验材料有蜜蜂100只，1枝作为常见蜜源的黄色5瓣花、白纸、剪刀、染料、无色且与蜜源味道相同的制剂。

[组别＼&假 设＼&操作步骤＼&预测结果＼&结论＼&1＼&通过花的味道识别＼&＼&＼&＼&2＼&通过花的颜色识别＼&＼&＼&＼&3＼&通过花的外形识别＼&＼&＼&＼&]

①第1、2组实验传递的信息分别属于 。

②第2组的“模拟花”在味道、颜色和外形上的要求是怎样的？ 。

③如果将三组“模拟花”摆在蜂箱周围同时进行实验时，写出两条应该注意的问 。

④每组实验测量的指标是 。

解析 （1）跳舞是蜜蜂的一种行为，属于行为信息。（2）蜜蜂采集花粉属于捕食，为植物传粉属于种间互助。信息传递可以调节种间关系，维持生态系统的稳定性。（3）①花的味道传递的信息属于化学信息，花的颜色传递的信息属于物理信息;②第2组是通过花的颜色识别进行实验的，因此白纸要染成黄色，不要味道，形状不能与花的形状相同;③实验中除自变量外均要保持一致，以防止无关变量的干扰;④实验测定的指标是单位时间内落到实验材料上的蜜蜂的数目。

答案 （1）行为信息 （2）捕食和种间互助 调节种间关系 （3）①化学信息和物理信息 ②将白纸染成花儿的颜色（黄色），无特殊的味道，且形状与花儿不同 ③“模拟花”与蜂箱的距离相等、晴天无风（其他合理答案亦可） ④单位时间内落到实验材料（模拟花）上的蜜蜂的数目

点拨 1. 信息种类的判断：

2.信息传递的作用分析及应用：

练习

1. 信息传递是生态系统的重要功能之一。下列选项中，与物理信息传递相关的是（ ）

A. 警犬嗅寻毒品 B. 蜜蜂跳舞

C. 蝙蝠捕食 D. 花香引蝶

2. 下列关于生态系统信息传递特征的描述，正确的是（ ）

A. 生态系统的物理信息都来源于环境

B. 植物都通过化学物质传递信息

C. 信息沿食物链从低营养级向高营养级传递

D. 信息可以调节生物的种间关系

3. 蟑螂喜欢在夜间出来活动。科学家将蟑螂放在实验室里，人为地将白天和黑夜加以颠倒，大概过了一个星期以后，蟑螂就在人造的“黑夜”时间活动（尽管实际上是白天），这个实验的结果说明（ ）

A. 蟑螂能感受物理信息的改变

B. 蟑螂可以感受一切信息刺激

C. 信息传递调节生物的生命活动

D. 行为信息可以影响蟑螂的行为

参考答案

1. C 2. D 3. C

设计的生态系统 篇12

河流防护设施在洪水的冲击下若遭到破坏, 往往会威胁到河岸居民的安全。因此, 在考虑居民安全的条件下, 以往均以混凝土作为护岸、固床工、丁坝等构造物, 虽然达到了防洪安全的目标, 但却破坏了生态环境及影响生态。近年来因生活质量及环保意识提高, 促使世界各国逐渐开始重视周围生态环境及稀有生物的保育, 于是运用生态工法的工程设计渐趋普及。

根据生态工法的精神, 各个工程的生态工法选用与施工, 需考虑当地的生态环境、地形、地质、水文及材料取得等多种因素, 且因地点不同而因素也有所不同。因此各个工程在做生态工法规划设计时, 必须以多方面的考虑及评估后, 因地制宜, 研拟适合当地的工法加以施工, 以期能恢复其原始生态且兼顾安全的工程方法为目标。如果对生态系统不够了解或规划不够周详, 则可能导致复育计划无法达到预期效果甚至失败, 因此有必要发展一决策系统以辅助生态复育。

2 河流生态工程辅助系统基本构成与设计原则

2.1 基本构成

开发河流生态工程辅助设计系统可整合的部分有:生态资料库、生态信息系统、工法成本估算、工法辅助决策、稳定性评估等。然而, 想要整合各项功能, 则须有一完整规划设计流程。因此, 应需先确定生态工程规划与设计的流程, 这一流程通常要根据赋予计划生命周期来考虑。整个复育计划的完整生命周期有规划、设计、施工、管理维护与监测等。在这些阶段中, 从一开始的复育地点选择、生态环境调查与分析, 到复育计划分析探讨与方案的建立等为规划与设计的阶段。其中, 河流工程的开始阶段, 就没有准确的定位其规划目标, 这将会影响往后的设计、施工、管理维护与监测等, 进而影响到整个复育计划的成效。

2.2 设计原则

工程技术方法的选定, 须符合防洪安全目标, 并维护或营造水域环境的生态需求, 以及是否提供市民亲山、亲水游戏机能与营造休闲空间等功能。为此, 整体溪沟整治工程则需仔细考量, 如生态基流量、水流、生物庇护空间及栖地环境的营造等等功能。然而要达到因地制宜, 顺应自然条件设计及配置, 则是工程规划中最困难的部分, 在规划中最重要的是, 能否顺应自然条件作妥善的设计及配置, 该部分是无法模仿引用的, 仅能依据立地条件运用经验及规划设计时投入更多心力, 才能达成目标。具体来看, 如下标准应当加以重视。

一是符合法规要求。任何工程施工均应在相关法令与规范要求下进行规划与设计, 如河流管理办法、河流区域种植规定等。在符合法规的条件下, 应满足两种需求: (1) 满足防洪需求, 工程构造物应满足防洪需求, 不得影响防洪功能, 如计划洪水位、计划河宽及参考河床高等。 (2) 满足安全需求, 工程构造物施设除应满足防洪需求外, 本体的安全性也应考虑, 以确保工程永续性。安全需求依工程破坏原因可分为水理与安定两大因素, 其中, 水理是指流速、剪力等水流产生外力的分析;安全性是指构造物受到水压、土压及冲刷所产生安定性分析。

二是维持河相稳定。构造物施设应避免影响河道的通水面积, 尤其是具有深槽的低水护岸, 避免因束缩断面而造成河床下切。固床工与丁坝施工则需避免水流经构造物产生对河岸的破坏、过度淤积或冲刷及产生侧向侵蚀。施工过程中, 应注意配合生态需求, 应就生态搜集资料, 邀请生态专家协助分析工程施设后对生态生活史的影响, 并将其他设施施工对生态环境冲击降至最低。

三是创造多样化环境。基于对生态系统复杂与动态结构的不了解, 工程施工时应尽量创造多样化的生态环境, 如护岸的多孔隙、植生等, 并利用简易设施进行营造潭、濑、回流区等栖息环境的复育或创造, 而整体生态之繁衍应由生态自我组构的机制进行重组。

四是工程经济最佳化。该部分为水利工程施工最难达成的目标, 因工程设施具有保护人民生命财产与安定社会民心的目标, 为政策性导向的工程, 若单纯以工程及后续维护管理经费而言, 一般工程经济效益均不高。此处所提工程经济最佳化系指工程施工时应考量其他非工程措施的配合 (如洪泛区划设) 将工程规模降至最低 (工程减量) 及利用科学化的工具, 以增加工程成功机率, 降低后续维管费用。

五是营运维护成本最小化。生态工法的水利工程, 因工料上的自然限制, 如不连续性或植物生长期等, 失败的风险常比混凝土化的水泥工程大。然而, 生态治河却是世界潮流, 所以工程后续营运维护成本于设计阶段即需考量。

3 河流生态工程辅助设计系统流程构架

系统最主要的功能为规划与设计试算, 借着规划与设计流程, 将系统以阶段性的步骤切割, 并在各阶段适时提供工程人员相关资料的参考;如选择计划河段、工址流况的分析、适用工法建议与选用、决定断面形式及安全性分析等。在工址流况分析时, 有航照影像图辅助加以分析判别;初步工法布置选用时, 以输入流速及选择规划之目标等, 系统将提供符合条件的工法选项;安全性分析时, 经验公式的分析计算则需输入各项工法所需的设计条件, 系统计算完后显示是否符合安全条件。

第二项功能为案例资料库, 借助规划与设计试算的操作, 并执行完成工程的规划与设计案例;系统会在完成时, 储存规划与设计的结果, 并记录其完成的时间。主要为累积历年的工程规划与设计资料, 可以提供工程人员在规划设计时, 可有相关设计参考, 并更了解当地发生灾害的原因, 案例资料库的执行流程。其中, 重新计算功能, 可以在该案例中的任何阶段, 重新进行分析计算, 并且在完成时, 自动存成一个新案例档。

第三项是生态资料库, 在工法资料库中可以输入限定的条件做查询, 或是选择浏览全部资料以列出全部资料, 或是选择规划目标以判定适合的生态工法;生态资料库中, 也可查询该河系断面编号的水理因数条件。

第四项为计划河段管理, 为了避免其他使用者误编辑计划河段, 故应立登入账号及密码, 以防止其他使用者随意新增计划河段。

第五项为河流管理系统资料库, 可查询研究区域性的基本资料, 由地理空间与信息的方式, 展示查询对象的地理位置与其相关属性资料, 如河流断面、水系、交通等基本资料。

摘要：为遏制日益加剧的水环境恶化和水生态系统退化, 现代水利工程应该克服传统水利工程对河流形态的多样化重视不足和忽视生态环境的缺陷, 遵循河流演变的客观规律, 妥善处理好人与自然相互协调的关系, 这就要求进行河流生态工程辅助系统的开发。文章对系统开发中的相关问题进行了探讨。

关键词：河流,生态工程,辅助设计,系统开发

参考文献

[1]魏梓兴, 蔡恭杰, 吴阿娜, 等.河流管理中引入河流健康状况评价的意义与思考[J].中国水利, 2004 (17) .