“生态工程基本原理”一节的教学设计

刘义友

1教学目标

1.1知识目标

说出生态工程的概念；列举生态工程的意义；列举生态工程的基本原理，举例说出各原理的主要内容；尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。

1.2能力目标

通过搜集本地区生态工程建设的资料，提高资料收集与信息处理能力；通过运用生态工程原理分析生态环境问题，提高分析问题、解决问题的能力；参与调查沼气工程的实施情况的实践活动，形成科学探究能力。

1.3情感态度与价值观目标

关注本地区生态工程建设情况，认同生态工程建设对可持续发展具有重要意义；能够运用生态工程原理和相关生物学知识，参与节能减排、建设和谐社会等问题的讨论，体验劳动人民在实践中的创造性，领会“实践出真知”的道理。

2教学重点与难点

2.1教学重点

举例说出生态工程基本原理的主要内容。

2.2教学难点

理解系统学、工程学原理。

3学情分析

在必修三模块中已经学习过生态学的基本概念和原理，其中生态系统的结构、生态系统的物质循环和能量流动的基本规律和应用，与本专题的内容有密切的联系，生态工程原理及实例是在此基础上的拓展和应用。随着社会的发展，环境问题日益突出，水体富营养化、空气污染、酸雨、耕地逐渐减少、废弃地与日剧增等，学生感到环境受损问题的严重，对于理解受损的生态系统进行修复和重建的重要意义。同时对南通地区“生态农业县建设”、“农林牧副渔一体生态工程”、“废弃地的植被恢复工程”等事实，学生耳濡目染，是教学的生动素材。但系统学、工程学原理比较抽象，对于学生的理解存在一定的困难。

4教学过程设计

4.1创设生动情境，激活学生学习动机

教师：随着经济建设的快速发展，环境问题也日渐突出。请大家结合生活实际，说说南通地区主要环境问题有哪些?请简要分析其形成原因。

学生：水体污染，主要是由于生活污水、工业污水的大量排放；秸秆燃烧(狼烟)问题……

教师：刚才大家发言很踊跃，体会很真切。不仅说明大家对家乡生态环境问题的关注，更能说明治理环境问题迫在眉睫。生态工程建设就是是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类自然环境的和谐发展。生态工程在设计时要考虑到有利于人类和自然两方面，它不同于一般的传统工程，具有低消耗、多效益、可持续的特征。

4.2引导学生体验建构，做到“活学”

4.2.1结合具体案例，懂得生态工程基本原理的内涵

案例1：“石油农业”是以美国为代表的高投入、高产出的农业现代化模式。这一模式之所以被称为“石油农业”：是因为它大量地使用以石油产品为动力的农业机械，大量使用以石油制品为原料的化肥、农药等农用化学品，大量化肥农药的使用，在粮食产量大幅度提高的同时，食品的质量安全持续下降。于是生态农业成了世界共同关注的焦点。

教师：请结合分析教材109页的“无废弃物农业物质和能量的流动”图解，思考“无废弃物农业”的突出优势是什么?

学生：充分利用废弃物中的能量，通过物质和能量的多级利用，实现废弃物资源化，形成无废弃物生产方式(总结得出物质循环再生原理)。

案例2：教材110页的“资料分析”。

教师：为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦?而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性?

学生：纯樟子松林、杨树林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而会导致了树林的毁坏。珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。例如，氮、磷等养分就能够在该区生物体间充分地循环利用而很少流出系统外。

教师：从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论?你认为生物多样性的破坏有人为因素吗?

学生：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。生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大(总结物种多样性原理)。

案例3：结合教材111页“资料分析”。

教师：从协调与平衡原理出发，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些树种?如果在该地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题?

学生：西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量。针对公共草地的过度放牧问题，应该实行草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧现象；另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量(总结得出平衡与协调原理)。

教师：在生态工程建设过程中，需要整体考虑生态环境、经济发展、法律制度、社会习惯，统一协调局部与整体、当前与长远、开发利用与环境保护之间的关系，保障生态系统的平衡与稳定。这体现了什么原理?学生：整体性原理。

案例4：桑基鱼塘分布在我国长江三角洲、珠江三角洲一带的水乡，是一种典型的水陆物质和能量交换型生态工程。图1表示了桑基鱼塘的物质和能量流动途径，桑基鱼塘体现了哪些生态工程基本原理?

学生：物质循环再生原理(废弃物的充分利用)、物种多样性原理等。

教师：除此以外，该生态系统还体现了系统学和工程学原理，如通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。这体现了什么原理?

学生：系统结构决定功能原理。

教师：系统各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”。这又体现了什么原理?

学生：系统整体性原理。

4.2.2联系生活实际，“活化”生态工程的基本原理

教师：在我们南通市区最大的生态工程建设莫过于濠河改造工程，素有“中国近代第一城”的南通是目前国内完好保存护城河——濠河的四城市之一，蜿蜒10km，有千年历史，被誉为“少女脖子上项链”。但是在上世纪八十年代，由于濠河周边企业林立，污水直排，导致濠河污染十分严重。20世纪90年代至今，南通为保护濠河做了大量工作，使“少女脖子上项链”重放耀眼光彩(展示现在的南通濠河与20世纪80年代末的图片)。请列举保护濠河的具体措施及其意义，分析其依据的基本原理。

学生：结合生态工程的基本原理，通过讨论，并完成下列表格(表2)。

教师：江苏成为经济大省、经济强省，其中农业生产是江苏的经济基础。建设社会主义新农村，既强调经济建设，也必须保护好环境，绝不能走“先污染、后治理”的老路。为此江苏省开展了“生态农业县”的建设，到2006年，南通六县(市)全部被国家环保总局命

名为国家级生态示范区。以下江苏“生态农业县”建设验收的评价项目(部分)(表3)，请简要说明达标意义及其依据的基本原理。

学生：阅读评价项目，通过讨论，完成表格。

4.3设计巩固训练，做到“活用”

巩固训练1：稻田养鱼模式是江苏某地区在生态农业县建设中的一种农业生态模式，其具体做法是在水稻插秧返青后，稻田灌水，放入一定量的食草鱼苗，在晒田或施肥、病虫害防治等管理时，使鱼苗随水进入事先挖好的鱼沟内，收稻时先把长大的鱼捞出，再转入精养鱼塘。稻田养鱼模式的有哪些好处?依据了哪些生态工程的基本原理?

学生回答：在养鱼的稻田中，水稻为鱼提供遮荫、适宜水温和充足饵料，而鱼为稻田除草、灭虫、充氧和施肥，使稻田的大量杂草、浮游生物和光合细菌转化为鱼产品；稻、鱼共生互利，相互促进，形成良好的共生生态系统，体现了食物链原理、物种共生原理、生物多样性原理等。该生态模式通过优化结构，改善功能，体现了系统结构决定功能的原理；在提高了水稻产量同时，还促进了养鱼业的发展，还减少了化肥、农药、除草剂的施用量，提高了土壤肥力，体现了系统整体性原理。

教师总结归纳：稻田养鱼模式、稻一鸭一萍共作模式、桑基鱼塘生态模式等都是江苏省新农业建设过程中常见的生态模式，都属于多目标生产模式。这些生态模式力图通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的，使种植、养殖等各行业协调发展。

巩固训练2：20世纪以来石油农业的快速发展，大量化肥农药的使用，在粮食产量大幅度提高的同时，也使食品的质量安全持续下降。于是生态农业成了世界共同关注的焦点。图2表示一种“甘薯+奶牛+沼气+花木+龙虾+食用菌”生态农业模式，试据图回答有关问题。

甘薯藤青贮的主要操作是：甘薯藤切段一填压进入青贮窖中一密封一段时间，其目的是什么?该生态模式体现哪些生态工程基本原理?(小组讨论)

学生回答：甘薯藤青贮的目的是通过微生物厌氧发酵，初步分解甘薯藤中的有机物，有利于奶牛的消化吸收。该生态模式中，甘薯、花木、奶牛、龙虾、食用菌相互作用，生态系统的自动调节能力增强，抵抗力的稳定性越高，避免生态系统结构和功能的失衡，体现了生物多样性原理；食用菌、沼气等能充分利用废弃物中的能量，通过物质和能量的多级利用，实现废弃物资源化，形成无废弃物生产方式体现了物质循环再生原理等。

教师总结归纳：以沼气为纽带的农业生态工程。把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体。如“四位一体”模式、“猪-沼-果”模式、“猪-沼-竹”模式等。

5教学反思

本节课分为三个基本环节，即创设生动情境一引导体验构建一设计训练巩固，是“活学应用”教学模式的一个案例。首先创设贴近生活的生动情境激发了学生学习的动机和兴趣，导课情境从熟知的环境问题人手，由于情境新颖、贴近生活，紧扣教学主题，所以课堂气氛活跃，学生有兴趣、有激情，无论在小组讨论、集体研讨、汇报、辩论等教学环节中，表现出较高的参与意识、合作意识，发言胆大心细、条理清晰。引导学生体验构建，突出结合现实案例、生活案例，理解和应用生态工程建设的基本原理，如江苏生态农业县建设、南通濠河治理生态工程等。最后通过设计巩固训练，进行反馈和小结，训练体现学科特点，体现提高生物科学素养，同时关注情感目标的评价。