生態(tài)工程的基本原理教學(xué)設(shè)計(jì)-高二上學(xué)期選擇性必修二

生態(tài)工程的基本原理教學(xué)設(shè)計(jì)1.教材分析,“生態(tài)工程的基本原理”是《生態(tài)工程》的核心知識(shí)。建設(shè)生態(tài)文明是國(guó)家未來(lái)發(fā)展的總趨勢(shì)，高中生擔(dān)負(fù)著祖國(guó)未來(lái)建設(shè)的重任，掌握“生態(tài)工程的基本原理”等學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，及早形成生態(tài)文明的觀念，對(duì)祖國(guó)未來(lái)建設(shè)有重要意義。2.學(xué)情分析學(xué)生在高中生物學(xué)選擇性必修二前幾章中，已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能，并且通過(guò)制作生態(tài)瓶，了解到生態(tài)系統(tǒng)成分的完整性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)的基本規(guī)律與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性密切相關(guān)。生態(tài)工程的基本原理就是在此基礎(chǔ)上的拓展。如果教師從實(shí)例入手，創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生則很容易理解并總結(jié)出生態(tài)學(xué)原理在生態(tài)工程中的應(yīng)用。但系統(tǒng)學(xué)、工程學(xué)原理相對(duì)比較抽象，學(xué)生掌握有一定難度。3.教學(xué)目標(biāo)（1）通過(guò)設(shè)計(jì)生態(tài)工程，能夠體會(huì)結(jié)構(gòu)決定功能、生物與環(huán)境相適應(yīng)、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與平衡等生物學(xué)觀念。（2）能依據(jù)已知的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性相關(guān)知識(shí)，分析給定情境中的生態(tài)問(wèn)題的成因并提出合理解決對(duì)策。（3）樹立“經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—自然”和諧發(fā)展的觀點(diǎn)，在生活中踐行節(jié)能環(huán)保的理念，關(guān)注國(guó)家生態(tài)工程發(fā)展并能為當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)工程建設(shè)提出合理建議。4.教學(xué)重難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn):分析生態(tài)工程的基本原理及在具體情境中綜合運(yùn)用生態(tài)工程原理、分析生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及提出解決對(duì)策。（2）教學(xué)難點(diǎn):系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理.5.教學(xué)思路教師由全球面臨的生態(tài)問(wèn)題引出生態(tài)工程建設(shè)的話題，先通過(guò)提問(wèn)幫助學(xué)生回顧生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)和原理，然后創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生分析討論并尋找解決方法，并幫助總結(jié)這些方法所依據(jù)的生態(tài)工程原理，最后安排練習(xí)使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)生態(tài)工程原理的理解和應(yīng)用。6.教學(xué)過(guò)程6.1提出問(wèn)題，導(dǎo)入新課教師：隨著人口急劇增加，人類對(duì)資源的需求也激增，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展伴隨著生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。請(qǐng)大家談一下自己感受到的環(huán)境問(wèn)題有哪些？學(xué)生：霧霾、空氣污染、水污染、土壤污染、自然生態(tài)環(huán)境的破壞等……教師：這些環(huán)境問(wèn)題都是人類為了滿足自身生活需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展而導(dǎo)改的，并最終影響人類的生存狀況。怎樣解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)之間的矛盾呢？這需要進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)。教師介紹生態(tài)工程的概念，并指出該工程要依據(jù)生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科原理。6.2溫故知新，作出鋪墊教師：請(qǐng)大家回憶生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有哪些？學(xué)生：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括生態(tài)系統(tǒng)的成分和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，其中生態(tài)系統(tǒng)成分包括非生物成分和生物成分；生態(tài)系統(tǒng)的功能有物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞。教師：怎樣維持并提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性？學(xué)生1：一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，需要持續(xù)穩(wěn)定的能量輸入，系統(tǒng)內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)循環(huán)。學(xué)生2：生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性越高。教師：怎樣使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜？學(xué)生：增加生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性能使?fàn)I養(yǎng)結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)的影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素及其特征（表1）。6.3創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)建構(gòu)教師：有這樣一個(gè)偏遠(yuǎn)山村，土地貧瘠，鹽堿含量較高，莊稼收成不好。為謀生計(jì)，村民們各家各戶都養(yǎng)些雞或者豬，糞便未妥善處理，氣味難聞，村里的一個(gè)池塘也被動(dòng)物糞便和生活垃圾所污染。農(nóng)閑時(shí)候，村民上山砍伐樹木，倒賣木材，增加收入。村里不通燃?xì)?，?jīng)常停電，村民只好砍伐灌叢來(lái)燒柴做飯。請(qǐng)分析，這個(gè)村子存在哪些生態(tài)問(wèn)題？學(xué)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(dǎo)致生境被破壞。教師：造成這些生態(tài)問(wèn)題的根本原因是什么？學(xué)生：村子土壤貧瘠，鹽堿化，產(chǎn)出少，村民收入低，為滿足生活需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，造成了對(duì)環(huán)境的污染和破壞，如圖1所示。教師：可見，這個(gè)小山村也面臨著全球的共性問(wèn)題，即怎樣解決發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)生態(tài)之間的矛盾。作為村官，你要怎么解決這些問(wèn)題？請(qǐng)用一句話表明你治理村莊的理念。學(xué)生：走可持續(xù)發(fā)展道路，在村民中進(jìn)行環(huán)保宣傳，治理環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)合理利用當(dāng)?shù)氐馁Y源，帶領(lǐng)村民科技致富。教師：非常好，大家注意到了，村子生態(tài)問(wèn)題的產(chǎn)生有其社會(huì)經(jīng)濟(jì)原因，所以不能單方面治理自然生態(tài)系統(tǒng)，還要考慮到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)系統(tǒng)的影響力，這就是我們進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)，首先要遵循的原理——“整體”。生態(tài)工程系統(tǒng)是一個(gè)“社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然”復(fù)合系統(tǒng)，只有統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種關(guān)系，才能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。那么，具體要采取怎樣的措施才能實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展呢？學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論怎樣治理環(huán)境污染和防止對(duì)環(huán)境的破壞，同時(shí)尋找解決村子土壤產(chǎn)出低下、無(wú)電無(wú)氣可用、村民收入低等問(wèn)題的方法。教師：請(qǐng)各位村官來(lái)談?wù)勛约旱闹卫泶胧┌?。學(xué)生1：可以用規(guī)模養(yǎng)殖來(lái)代替散戶養(yǎng)殖，這樣便于集中處理禽畜糞便，減輕污染。學(xué)生2：禽畜糞便和一些生活垃圾可以發(fā)酵后用來(lái)肥田，提高土壤肥力，能夠增產(chǎn)。學(xué)生3：可以建沼氣池，利用糞便、秸稈、生活垃圾等發(fā)酵沼氣，沼渣和沼液可以肥田，沼氣可以燃燒供熱和供電。學(xué)生4：可以種植經(jīng)濟(jì)樹木，比如果樹，這樣既不用坎樹，又能有經(jīng)濟(jì)收入。學(xué)生5：可以發(fā)展食品加工產(chǎn)業(yè)，提高產(chǎn)品價(jià)值，增加收入學(xué)生6：種耐鹽的轉(zhuǎn)基因作物，增加糧食產(chǎn)量。教師：大家提出了很好的措施，我們逐一來(lái)分析這些措施所體現(xiàn)的生態(tài)工程基本原理。幾位同學(xué)都提到禽畜糞便可以進(jìn)行沼氣發(fā)酵，沼渣肥田，田地產(chǎn)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(xué)生：糞便、秸稈等原本無(wú)用的廢棄物，被重新利用，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，同時(shí)這些物質(zhì)中能量也被進(jìn)一步利用，如圖2所示。教師：總結(jié)得很好，廢棄物的資源化，為物質(zhì)生產(chǎn)和再生提供了更多機(jī)會(huì)，這體現(xiàn)了“循環(huán)”原理。還有同學(xué)提出要種植經(jīng)濟(jì)樹木創(chuàng)收，那么怎樣選擇栽種的樹種？學(xué)生：要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件選擇合適的經(jīng)濟(jì)樹種。教師：即種植的樹木要與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相適應(yīng)。種植時(shí)，樹種密度是否越大越好？學(xué)生：不是的，要考慮環(huán)境承載力，進(jìn)行合理密植。教師：進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時(shí)，要考慮生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和環(huán)境對(duì)生物的承載力，這是生物與環(huán)境的“協(xié)調(diào)”原理。此外，種植經(jīng)濟(jì)樹木時(shí)，還有什么注意事項(xiàng)？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(xué)生：物種不能過(guò)于單一，否則生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易被破壞。只有保持生態(tài)系統(tǒng)較高的生物多樣性，才能保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。教師：在建設(shè)人工生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，尤其要注意這一點(diǎn)。各位同學(xué)作為村官，為村子發(fā)展，提出了建立養(yǎng)殖場(chǎng)、種植經(jīng)濟(jì)林木、修建沼氣池、建立食品加工廠等措施，怎樣合理布局設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，建成一個(gè)高效生態(tài)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)生產(chǎn)力？請(qǐng)大家畫出村子生態(tài)工程的整體結(jié)構(gòu)示意圖，并進(jìn)行說(shuō)明。學(xué)生繪制的該村生態(tài)工程結(jié)構(gòu)示意圖（圖3），并說(shuō)明養(yǎng)殖場(chǎng)的禽畜產(chǎn)品由食品廠進(jìn)行加工出售，禽畜糞便集中輸送至沼氣站進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)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(nóng)田、菜園、果園等地），而產(chǎn)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(tài)工程需要考慮系統(tǒng)內(nèi)不同組分之間的結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善系統(tǒng)功能的目的。6.4鞏固訓(xùn)練，總結(jié)提升教師：圖4為?；~塘生態(tài)系統(tǒng)，它是我國(guó)南方各省農(nóng)村比較常見且行之有效的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。請(qǐng)分析該工程體現(xiàn)了哪些生態(tài)工程基本原理？學(xué)生1：循環(huán)原理，蠶沙養(yǎng)魚，塘泥肥桑田，桑葉喂蠶。學(xué)生2：整體原理，不僅遵循自然規(guī)律，維持生態(tài)穩(wěn)定，而且產(chǎn)出多，經(jīng)濟(jì)效益好。學(xué)生3：協(xié)調(diào)原理，南方水多，適合養(yǎng)魚種桑。教師：此外，該系統(tǒng)將種桑養(yǎng)蠶、養(yǎng)魚塘、養(yǎng)豬廠、甘蔗制糖等原本獨(dú)立小系統(tǒng)合理構(gòu)聯(lián)在一起，達(dá)到了改善系統(tǒng)功能的目的。那么，這樣的生態(tài)農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)的分離式種植養(yǎng)殖模式相比具有怎樣的特點(diǎn)呢？學(xué)生：物質(zhì)充分利用，減少了投入，增加了產(chǎn)出，同時(shí)遵循了自然規(guī)律，能保持系統(tǒng)穩(wěn)定。教師：大家總結(jié)得很好。依據(jù)生態(tài)學(xué)、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理建設(shè)生態(tài)工程，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的循環(huán)利用和能量的多級(jí)利用，做到少投入，多產(chǎn)出；特別是在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，功在當(dāng)下，利在千秋。簡(jiǎn)言之，生態(tài)工程具有“少消耗、多效益、可持續(xù)”的特點(diǎn)。7.教學(xué)反思新課標(biāo)提出“生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任”四大生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，并指出核心素養(yǎng)是學(xué)生在解決真實(shí)情境中的實(shí)際問(wèn)題所表現(xiàn)出來(lái)的價(jià)值觀念、必備品格與關(guān)鍵能力。因此，設(shè)計(jì)了一個(gè)有代