資源簡介

生態工程的基本原理教學設計
1. 教材分析
,“生態工程的基本原理”是《生態工程》的核心知識。建設生態文明是國家未來發展的總趨勢，高中生擔負著祖國未來建設的重任，掌握“生態工程的基本原理”等學科基礎知識，及早形成生態文明的觀念，對祖國未來建設有重要意義。
2. 學情分析
學生在高中生物學選擇性必修二前幾章中，已經學習過生態系統的基本結構和功能，并且通過制作生態瓶，了解到生態系統成分的完整性、結構的復雜程度以及物質循環、能量流動的基本規律與生態系統穩定性密切相關。生態工程的基本原理就是在此基礎上的拓展。如果教師從實例入手，創設情境，學生則很容易理解并總結出生態學原理在生態工程中的應用。但系統學、工程學原理相對比較抽象，學生掌握有一定難度。
3. 教學目標
（1）通過設計生態工程，能夠體會結構決定功能、生物與環境相適應、系統穩態與平衡等生物學觀念。
（2）能依據已知的生態系統穩定性相關知識，分析給定情境中的生態問題的成因并提出合理解決對策。
（3）樹立“經濟—社會—自然”和諧發展的觀點，在生活中踐行節能環保的理念，關注國家生態工程發展并能為當地的生態工程建設提出合理建議。
4. 教學重難點
（1）教學重點:
分析生態工程的基本原理及在具體情境中綜合運用生態工程原理、分析生態環境問題及提出解決對策。
（2）教學難點:
系統學和工程學原理.
5.教學思路
教師由全球面臨的生態問題引出生態工程建設的話題，先通過提問幫助學生回顧生態系統的相關知識和原理，然后創設問題情境，引導學生分析討論并尋找解決方法，并幫助總結這些方法所依據的生態工程原理，最后安排練習使學生進一步加深對生態工程原理的理解和應用。
6. 教學過程
6.1 提出問題，導入新課
教師：隨著人口急劇增加，人類對資源的需求也激增，經濟的快速發展伴隨著生態環境的污染和破壞。請大家談一下自己感受到的環境問題有哪些？
學生：霧霾、空氣污染、水污染、土壤污染、自然生態環境的破壞等……
教師：這些環境問題都是人類為了滿足自身生活需求和經濟發展而導改的，并最終影響人類的生存狀況。怎樣解決經濟發展和生態保護之間的矛盾呢？
這需要進行生態工程建設。
教師介紹生態工程的概念，并指出該工程要依據生態學和系統學等學科原理。
6.2溫故知新，作出鋪墊
教師：請大家回憶生態系統的結構和功能有哪些？
學生：生態系統的結構包括生態系統的成分和營養結構，其中生態系統成分包括非生物成分和生物成分；生態系統的功能有物質循環、能量流動和信息傳遞。
教師：怎樣維持并提高生態系統的穩定性？
學生1：一個穩定的生態系統，需要持續穩定的能量輸入，系統內能夠實現物質循環。
學生2：生態系統的結構越復雜，穩定性越高。
教師：怎樣使生態系統的結構變復雜？
學生：增加生態系統的物種多樣性能使營養結構變復雜。
教師引導學生總結的影響生態系統穩定性的因素及其特征（表1）。
6.3 創設情境，引導建構
教師：有這樣一個偏遠山村，土地貧瘠，鹽堿含量較高，莊稼收成不好。為謀生計，村民們各家各戶都養些雞或者豬，糞便未妥善處理，氣味難聞，村里的一個池塘也被動物糞便和生活垃圾所污染。農閑時候，村民上山砍伐樹木，倒賣木材，增加收入。村里不通燃氣，經常停電，村民只好砍伐灌叢來燒柴做飯。請分析，這個村子存在哪些生態問題？
學生：禽畜糞便和生活垃圾造成的水體污染，燒柴造成大氣污染，亂砍濫伐導致生境被破壞。
教師：造成這些生態問題的根本原因是什么？
學生：村子土壤貧瘠，鹽堿化，產出少，村民收入低，為滿足生活需求和經濟發展，造成了對環境的污染和破壞，如圖1所示。
教師：可見，這個小山村也面臨著全球的共性問題，即怎樣解決發展經濟和保護生態之間的矛盾。作為村官，你要怎么解決這些問題？請用一句話表明你治理村莊的理念。
學生：走可持續發展道路，在村民中進行環保宣傳，治理環境問題，同時合理利用當地的資源，帶領村民科技致富。
教師：非常好，大家注意到了，村子生態問題的產生有其社會經濟原因，所以不能單方面治理自然生態系統，還要考慮到經濟和社會系統的影響力，這就是我們進行生態工程建設時，首先要遵循的原理——“整體”。生態工程系統是一個“社會—經濟—
自然”復合系統，只有統一協調各種關系，才能保障系統的穩定和平衡。那么，具體要采取怎樣的措施才能實現協調發展呢？
學生以小組為單位進行討論怎樣治理環境污染和防止對環境的破壞，同時尋找解決村子土壤產出低下、無電無氣可用、村民收入低等問題的方法。
教師：請各位村官來談談自己的治理措施吧。
學生1：可以用規模養殖來代替散戶養殖，這樣便于集中處理禽畜糞便，減輕污染。
學生 2：禽畜糞便和一些生活垃圾可以發酵后用來肥田，提高土壤肥力，能夠增產。
學生3：可以建沼氣池，利用糞便、秸稈、生活垃圾等發酵沼氣，沼渣和沼液可以肥田，沼氣可以燃燒供熱和供電。
學生 4：可以種植經濟樹木，比如果樹，這樣既不用坎樹，又能有經濟收入。
學生 5：可以發展食品加工產業，提高產品價值，增加收入
學生6：種耐鹽的轉基因作物，增加糧食產量。
教師：大家提出了很好的措施，我們逐一來分析這些措施所體現的生態工程基本原理。幾位同學都提到禽畜糞便可以進行沼氣發酵，沼渣肥田，田地產出的莊稼秸稈又可以制成飼料飼喂禽畜，這些措施有何好處？
學生：糞便、秸稈等原本無用的廢棄物，被重新利用，變廢為寶，實現了生態系統的物質循環，同時這些物質中能量也被進一步利用，如圖2所示。
教師：總結得很好，廢棄物的資源化，為物質生產和再生提供了更多機會，這體現了“循環” 原理。還有同學提出要種植經濟樹木創收，那么怎樣選擇栽種的樹種？
學生：要根據當地的氣候和土壤條件選擇合適的經濟樹種。
教師：即種植的樹木要與當地環境相適應。種植時，樹種密度是否越大越好？
學生：不是的，要考慮環境承載力，進行合理密植。
教師：進行生態工程建設時，要考慮生物對環境的適應性和環境對生物的承載力，這是生物與環境的“協調” 原理。此外，種植經濟樹木時，還有什么注意事項？
教師展示單一樟子松林被松毛蟲肆虐的圖片和資料，以作提示。
學生：物種不能過于單一，否則生態系統結構簡單，容易被破壞。只有保持生態系統較高的生物多樣性，才能保證生態系統的穩定和平衡。
教師：在建設人工生態系統時，尤其要注意這一點。各位同學作為村官，為村子發展，提出了建立養殖場、種植經濟林木、修建沼氣池、建立食品加工廠等措施，怎樣合理布局設計結構，建成一個高效生態系統，提高系統生產力？請大家畫出村子生態工程的整體結構示意圖，并進行說明。
學生繪制的該村生態工程結構示意圖（圖 3），并說明養殖場的禽畜產品由食品廠進行加工出售，禽畜糞便集中輸送至沼氣站進行發酵，產生的沼氣可輸送至村民家里、食品廠和飼料加工廠使用，剩下的沼渣和沼液用于肥田（農田、菜園、果園等地），而產出的莊
稼、蔬菜和水果可以加工出售，秸稈等可加工為禽畜飼料。
教師：生態工程需要考慮系統內不同組分之間的結構，通過改變和優化結構，達到改善系統功能的目的。
6.4 鞏固訓練，總結提升
教師：圖4為桑基魚塘生態系統，它是我國南方各省農村比較常見且行之有效的農業生態系統。請分析該工程體現了哪些生態工程基本原理？
學生 1：循環原理，蠶沙養魚，塘泥肥桑田，桑葉喂蠶。
學生 2：整體原理，不僅遵循自然規律，維持生態穩定，而且產出多，經濟效益好。
學生3：協調原理，南方水多，適合養魚種桑。
教師：此外，該系統將種桑養蠶、養魚塘、養豬廠、甘蔗制糖等原本獨立小系統合理構聯在一起，達到了改善系統功能的目的。那么，這樣的生態農業與傳統的分離式種植養殖
模式相比具有怎樣的特點呢？
學生：物質充分利用，減少了投入，增加了產出，同時遵循了自然規律，能保持系統穩定。
教師：大家總結得很好。依據生態學、系統學和工程學原理建設生態工程，實現了物質的循環利用和能量的多級利用，做到少投入，多產出；特別是在發展經濟的同時保護了生態環境，功在當下，利在千秋。簡言之，生態工程具有“少消耗、多效益、可持續”的特點。
7. 教學反思
新課標提出“生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任”四大生物學學科核心素養，并指出核心素養是學生在解決真實情境中的實際問題所表現出來的價值觀念、必備品格與關鍵能力。因此，設計了一個有代表性的生態問題情境，由學生擔任情境中的決策者，分析導致問題的原因并運用已有知識去解決問題，然后引導學生理解并掌握解決措施所蘊含的生態工程原理，幫助學生自主構建知識網絡。最后，通過一個實例練習，檢測學生對于原理的掌握情況，并進一步強化教學核心內容。整個教學過程以學生分析解決問題為主，教師只進行
適當引導，發展了學生的邏輯思維能力，培養了學生的社會責任感。

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