2021——2022学年高二上学期人教版（2019）选择性必修二4.3 生态工程的基本原理教学设计

生态工程的基本原理教学设计
1. 教材分析
,“生态工程的基本原理”是《生态工程》的核心知识。建设生态文明是国家未来发展的总趋势，高中生担负着祖国未来建设的重任，掌握“生态工程的基本原理”等学科基础知识，及早形成生态文明的观念，对祖国未来建设有重要意义。
2. 学情分析
学生在高中生物学选择性必修二前几章中，已经学习过生态系统的基本结构和功能，并且通过制作生态瓶，了解到生态系统成分的完整性、结构的复杂程度以及物质循环、能量流动的基本规律与生态系统稳定性密切相关。生态工程的基本原理就是在此基础上的拓展。如果教师从实例入手，创设情境，学生则很容易理解并总结出生态学原理在生态工程中的应用。但系统学、工程学原理相对比较抽象，学生掌握有一定难度。
3. 教学目标
（1）通过设计生态工程，能够体会结构决定功能、生物与环境相适应、系统稳态与平衡等生物学观念。
（2）能依据已知的生态系统稳定性相关知识，分析给定情境中的生态问题的成因并提出合理解决对策。
（3）树立“经济—社会—自然”和谐发展的观点，在生活中践行节能环保的理念，关注国家生态工程发展并能为当地的生态工程建设提出合理建议。
4. 教学重难点
（1）教学重点:
分析生态工程的基本原理及在具体情境中综合运用生态工程原理、分析生态环境问题及提出解决对策。
（2）教学难点:
系统学和工程学原理.
5.教学思路
教师由全球面临的生态问题引出生态工程建设的话题，先通过提问帮助学生回顾生态系统的相关知识和原理，然后创设问题情境，引导学生分析讨论并寻找解决方法，并帮助总结这些方法所依据的生态工程原理，最后安排练习使学生进一步加深对生态工程原理的理解和应用。
6. 教学过程
6.1 提出问题，导入新课
教师：随着人口急剧增加，人类对资源的需求也激增，经济的快速发展伴随着生态环境的污染和破坏。请大家谈一下自己感受到的环境问题有哪些？
学生：雾霾、空气污染、水污染、土壤污染、自然生态环境的破坏等……
教师：这些环境问题都是人类为了满足自身生活需求和经济发展而导改的，并最终影响人类的生存状况。怎样解决经济发展和生态保护之间的矛盾呢？
这需要进行生态工程建设。
教师介绍生态工程的概念，并指出该工程要依据生态学和系统学等学科原理。
6.2温故知新，作出铺垫
教师：请大家回忆生态系统的结构和功能有哪些？
学生：生态系统的结构包括生态系统的成分和营养结构，其中生态系统成分包括非生物成分和生物成分；生态系统的功能有物质循环、能量流动和信息传递。
教师：怎样维持并提高生态系统的稳定性？
学生1：一个稳定的生态系统，需要持续稳定的能量输入，系统内能够实现物质循环。
学生2：生态系统的结构越复杂，稳定性越高。
教师：怎样使生态系统的结构变复杂？
学生：增加生态系统的物种多样性能使营养结构变复杂。
教师引导学生总结的影响生态系统稳定性的因素及其特征（表1）。
6.3 创设情境，引导建构
教师：有这样一个偏远山村，土地贫瘠，盐碱含量较高，庄稼收成不好。为谋生计，村民们各家各户都养些鸡或者猪，粪便未妥善处理，气味难闻，村里的一个池塘也被动物粪便和生活垃圾所污染。农闲时候，村民上山砍伐树木，倒卖木材，增加收入。村里不通燃气，经常停电，村民只好砍伐灌丛来烧柴做饭。请分析，这个村子存在哪些生态问题？
学生：禽畜粪便和生活垃圾造成的水体污染，烧柴造成大气污染，乱砍滥伐导致生境被破坏。
教师：造成这些生态问题的根本原因是什么？
学生：村子土壤贫瘠，盐碱化，产出少，村民收入低，为满足生活需求和经济发展，造成了对环境的污染和破坏，如图1所示。
教师：可见，这个小山村也面临着全球的共性问题，即怎样解决发展经济和保护生态之间的矛盾。作为村官，你要怎么解决这些问题？请用一句话表明你治理村庄的理念。
学生：走可持续发展道路，在村民中进行环保宣传，治理环境问题，同时合理利用当地的资源，带领村民科技致富。
教师：非常好，大家注意到了，村子生态问题的产生有其社会经济原因，所以不能单方面治理自然生态系统，还要考虑到经济和社会系统的影响力，这就是我们进行生态工程建设时，首先要遵循的原理——“整体”。生态工程系统是一个“社会—经济—
自然”复合系统，只有统一协调各种关系，才能保障系统的稳定和平衡。那么，具体要采取怎样的措施才能实现协调发展呢？
学生以小组为单位进行讨论怎样治理环境污染和防止对环境的破坏，同时寻找解决村子土壤产出低下、无电无气可用、村民收入低等问题的方法。
教师：请各位村官来谈谈自己的治理措施吧。
学生1：可以用规模养殖来代替散户养殖，这样便于集中处理禽畜粪便，减轻污染。
学生 2：禽畜粪便和一些生活垃圾可以发酵后用来肥田，提高土壤肥力，能够增产。
学生3：可以建沼气池，利用粪便、秸秆、生活垃圾等发酵沼气，沼渣和沼液可以肥田，沼气可以燃烧供热和供电。
学生 4：可以种植经济树木，比如果树，这样既不用坎树，又能有经济收入。
学生 5：可以发展食品加工产业，提高产品价值，增加收入
学生6：种耐盐的转基因作物，增加粮食产量。
教师：大家提出了很好的措施，我们逐一来分析这些措施所体现的生态工程基本原理。几位同学都提到禽畜粪便可以进行沼气发酵，沼渣肥田，田地产出的庄稼秸秆又可以制成饲料饲喂禽畜，这些措施有何好处？
学生：粪便、秸秆等原本无用的废弃物，被重新利用，变废为宝，实现了生态系统的物质循环，同时这些物质中能量也被进一步利用，如图2所示。
教师：总结得很好，废弃物的资源化，为物质生产和再生提供了更多机会，这体现了“循环” 原理。还有同学提出要种植经济树木创收，那么怎样选择栽种的树种？
学生：要根据当地的气候和土壤条件选择合适的经济树种。
教师：即种植的树木要与当地环境相适应。种植时，树种密度是否越大越好？
学生：不是的，要考虑环境承载力，进行合理密植。
教师：进行生态工程建设时，要考虑生物对环境的适应性和环境对生物的承载力，这是生物与环境的“协调” 原理。此外，种植经济树木时，还有什么注意事项？
教师展示单一樟子松林被松毛虫肆虐的图片和资料，以作提示。
学生：物种不能过于单一，否则生态系统结构简单，容易被破坏。只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。
教师：在建设人工生态系统时，尤其要注意这一点。各位同学作为村官，为村子发展，提出了建立养殖场、种植经济林木、修建沼气池、建立食品加工厂等措施，怎样合理布局设计结构，建成一个高效生态系统，提高系统生产力？请大家画出村子生态工程的整体结构示意图，并进行说明。
学生绘制的该村生态工程结构示意图（图 3），并说明养殖场的禽畜产品由食品厂进行加工出售，禽畜粪便集中输送至沼气站进行发酵，产生的沼气可输送至村民家里、食品厂和饲料加工厂使用，剩下的沼渣和沼液用于肥田（农田、菜园、果园等地），而产出的庄
稼、蔬菜和水果可以加工出售，秸秆等可加工为禽畜饲料。
教师：生态工程需要考虑系统内不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。
6.4 巩固训练，总结提升
教师：图4为桑基鱼塘生态系统，它是我国南方各省农村比较常见且行之有效的农业生态系统。请分析该工程体现了哪些生态工程基本原理？
学生 1：循环原理，蚕沙养鱼，塘泥肥桑田，桑叶喂蚕。
学生 2：整体原理，不仅遵循自然规律，维持生态稳定，而且产出多，经济效益好。
学生3：协调原理，南方水多，适合养鱼种桑。
教师：此外，该系统将种桑养蚕、养鱼塘、养猪厂、甘蔗制糖等原本独立小系统合理构联在一起，达到了改善系统功能的目的。那么，这样的生态农业与传统的分离式种植养殖
模式相比具有怎样的特点呢？
学生：物质充分利用，减少了投入，增加了产出，同时遵循了自然规律，能保持系统稳定。
教师：大家总结得很好。依据生态学、系统学和工程学原理建设生态工程，实现了物质的循环利用和能量的多级利用，做到少投入，多产出；特别是在发展经济的同时保护了生态环境，功在当下，利在千秋。简言之，生态工程具有“少消耗、多效益、可持续”的特点。
7. 教学反思
新课标提出“生命观念、科学思维、科学探究、社会责任”四大生物学学科核心素养，并指出核心素养是学生在解决真实情境中的实际问题所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力。因此，设计了一个有代表性的生态问题情境，由学生担任情境中的决策者，分析导致问题的原因并运用已有知识去解决问题，然后引导学生理解并掌握解决措施所蕴含的生态工程原理，帮助学生自主构建知识网络。最后，通过一个实例练习，检测学生对于原理的掌握情况，并进一步强化教学核心内容。整个教学过程以学生分析解决问题为主，教师只进行
适当引导，发展了学生的逻辑思维能力，培养了学生的社会责任感。