1、生態(tài)工程的基本原理教學設計許昌高級中學 朱巧云【教材分析】1.1 教材地位 生態(tài)工程是必修模塊“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”知識的延伸和應用，“生態(tài)工程的基本原理”是本節(jié)的核心知識。建設生態(tài)文明是國家未來發(fā)展的總趨勢，高中生擔負著祖國未來建設的重任，掌握“生態(tài)工程的基本原理”等學科基礎知識，及早形成生態(tài)文明的觀念，對祖國未來建設有重要意義。1.2 重點、難點分析 生態(tài)工程的基本原理及在具體情境中綜合運用生態(tài)工程原理、分析生態(tài)環(huán)境問題及提出解決對策是教學的重點；系統(tǒng)學和工程學原理比較抽象，是本節(jié)的一個教學難點。【教學目標】1.1 知識目標 簡述生態(tài)工程的原理，舉例說出各原理的內容1.2 能力目標 1）嘗試運用生

2、態(tài)工程的原理，分析生態(tài)環(huán)境問題及提出解決對策。1.3 情感目標 1）初步形成物質循環(huán)利用、物種多樣性、協(xié)調與平衡、局部與整體相統(tǒng)一的觀點，樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念。2）關注我國人民在生態(tài)工程建設方面的成就，增強學生的民族自豪感?！窘虒W策略】生態(tài)工程的基本原理，包括生態(tài)學、系統(tǒng)學和工程學的原理。前四個原理的理論基礎與必修3模塊中生態(tài)系統(tǒng)的結構、生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)、能量流動和信息傳遞、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、種間關系、環(huán)境容納量等內容關系密切，學生已具備一定的認知基礎，在此基礎上充分利用教材提供的圖文信息課外收集整合的有關資料，采用案例教學模式，讓學生在案例分析中體會和理解基本原理，然后再用基本原理嘗試分析

3、討論對案例問題的解決。在突破“系統(tǒng)學和工程學原理”這個教學難點時，設法找到學生已有的知識與新知識的聯(lián)系，通過類比，完成由具體事例向抽象理論的轉化，實現(xiàn)感性認識向理性認識的飛躍?！窘虒W流程】第一階段：導入新課同學們，我們許昌位于河南省中部，屬于淮河流域沙潁河水系，近幾十年來淮河流域的水質不斷惡化，有一首民謠是這樣說的：“五十年代淘米洗菜，六十年代洗衣灌溉，七十年代水質敗壞，八十年代魚蝦絕代，九十年代身心受害?！边@首民謠可以說真實地反映了淮河水質遭受污染的情況。不僅如此，全球范圍內也出現(xiàn)了嚴重的生態(tài)環(huán)境問題：溫室效應導致的冰川融化、海平面上升；土地荒漠化帶來的沙塵天氣；各種環(huán)境污染導致生物多樣性銳

4、減，許多物種正瀕臨滅絕；同時我們人類的生存也面臨著巨大的威脅，對生態(tài)環(huán)境進行修復和重建已經到了刻不容緩的地步！在這種背景下，一種新的生物工程技術誕生了，這就是生態(tài)工程。第二階段：學習新課一、生態(tài)工程概念理論基礎：生態(tài)學和系統(tǒng)學等學科的基本原理技術手段：系統(tǒng)設計、調控和技術組裝操作流程：對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產方式進行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力。最終目的：促進人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。過渡生態(tài)工程是一項前景非常廣闊的生物技術,那么在設計生態(tài)工程時,應該注意哪些問題呢?本節(jié)課我們重點學習生態(tài)系統(tǒng)的基本原理。二、生態(tài)工程的基本原理基基本原理理理論基礎教

5、學程序分析案例 揭示原理嘗試利用原理解決實際問題 教師活動學生活動教師活動學生活動出謀劃策物物質循環(huán)再生原理物物質循環(huán)過渡 生態(tài)工程盡管是一項新興的科學技術，但在我國古代就已經有了生態(tài)工程最鮮活的例子。1）案例：我國古代“無廢棄物農業(yè)”的圖示。2）無廢棄物農業(yè)的優(yōu)勢是實現(xiàn)物質循環(huán)再生，避免資源浪費和環(huán)境污染，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)展。1.回憶生態(tài)系統(tǒng)的結構及功能的有關知識。2.分析討論，解決下列問題。1）：這個農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中廢棄的物質有哪些？2）：我們的祖先是怎樣處理這些廢棄物的？3）：廢棄物還田有何重要意義？案例：展示焚燒秸稈圖片，每年夏收、秋收季節(jié)，農民焚燒農作物的秸稈，不僅浪費了秸稈中的能

6、源，同時對周邊環(huán)境帶來嚴重的空氣污染，出現(xiàn)局部能見度低、車禍發(fā)生率高等現(xiàn)象，給人民的生產、生活甚者生命帶來了嚴重的影響。問題：請你利用所學的知識“為秸稈找一個合適的出路”。思考討論，總結整理得秸稈的“出路”有：秸稈粉碎還田作有機肥，秸稈加工作動物飼料，秸稈收集后利用微生物發(fā)酵生產沼氣作為生活能源，秸稈燃燒發(fā)電，秸稈加工編織成工藝品等。物種多樣性原理生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性過渡 圖片展示在世界上被譽為“中國的綠色長城”的我國“三北防護林系統(tǒng)”。介紹三十年來已經取得的重大成就，但由于沒有完全按照自然生態(tài)規(guī)律辦事，也出現(xiàn)了不少問題。案例1：樟子松林的松毛蟲肆虐和楊樹林天牛災害。案例2：海洋深處的珊瑚礁生態(tài)系

7、統(tǒng)海洋中的“熱帶雨林”視頻。2）總結：生物多樣性高，食物鏈復雜，系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性高，系統(tǒng)生產力高。生態(tài)工程要遵循生物多樣性原理。討論問題1：為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？問題2：為什么珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)在深海有限的資源條件下，維持著較高的生產力？問題：針對三北防護林生態(tài)建設中局部出現(xiàn)松毛蟲、天牛毀壞林木的問題，利用所學的知識，想一想，如何利用生物學的方法對害蟲進行防治？ 2）總結：一般而言，物種繁多而復雜的生態(tài)系統(tǒng)具有較高的抵抗力穩(wěn)定性。思考討論，總結整理，防治方法有：1）營造不同形式的混交林；2）招引啄木鳥、灰喜鵲等，保護和利用天敵，3）應用害蟲的寄生菌等生物手段進行防

8、治。 協(xié)調與平衡原理生物與環(huán)境的協(xié)調與平衡過渡 生物多樣性原理是不是意味著生物數量越多越好呢？2）案例1：青島海面上如同草原一樣的滸苔。案例2：西北地區(qū)的東倒西歪的楊樹林。3）揭示生態(tài)工程建設時要考慮生物與環(huán)境的協(xié)調與平衡，生物的數量不超過環(huán)境的承載力，才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。1）討論：滸苔爆發(fā)對水體、水生生物及當地經濟帶來哪些危害？2）討論：西北有些地方的“綠色長城” 為什么變成了“灰色長城”？問題1：從協(xié)調與平衡原理出發(fā)，結合西北地區(qū)的氣候條件，想一想，在我國西北地區(qū)進行防護林建設時，應選擇哪些樹種？ 討論總結：應種植耐寒、抗旱，適應能力強的樹種。整體性原理社會、經濟、自然復合系統(tǒng)過渡生

9、態(tài)工程是造福于國家和人民的好工程，但實施起來卻是困難重重。1）案例：“前面造林，后面砍林”現(xiàn)象。為什么會這樣？是管理不夠嚴格還是農民法律意識淡薄，或者還有更深層次的原因呢？2）展示 “自然社會經濟復合系統(tǒng)”圖。從該圖看，實施好生態(tài)工程都需要協(xié)調好哪些關系？3）揭示生態(tài)工程要遵循“整體性原理”，要協(xié)調好各種關系，以保證系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。1）討論得：出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于生態(tài)工程建設中沒有綜合考慮生態(tài)建設和農民生計之間的關系。2）討論分析得：生態(tài)工程建設時不但要考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更重要的是，還要考慮到經濟和社會等的影響力。思考1：如果你是當地的農民，你會遇到哪些現(xiàn)實問題？思考2：如果你是生態(tài)工

10、程的總設計者，請為當地農民設計一條合適的出路。討論總結：糧食問題對策：建立基本口糧田、科學種田提高單位面積產量等。能源問題對策：沼氣代柴、發(fā)展生態(tài)水電、以電代柴等。經濟問題對策：調整農村產業(yè)結構、發(fā)展經濟林、發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)、發(fā)展生態(tài)旅游等。系統(tǒng)學和工程學原理教師活動學生活動系統(tǒng)的結構決定功能的原理分布式優(yōu)于集中式和環(huán)式1、展示三個計算機網絡結構示意圖。問題：哪種結構更加可靠，不會因為局部故障引起整個系統(tǒng)癱瘓？案例：“?；~塘”模式，找一找，該模式中有幾種可以帶來經濟收入的產品？總結：在系統(tǒng)的組分相同的情況下，可以通過改變和優(yōu)化系統(tǒng)的結構，從而達到改善系統(tǒng)功能的目的。揭示“系統(tǒng)的結構決定功能原理”。

11、1）分析“三種計算機網絡結構示意圖”類比，知道導致整個系統(tǒng)的癱瘓。分析得：“?；~塘模式”把很多個單個生態(tài)系統(tǒng)通過優(yōu)化組合，有機整合在一起，成為一個新的高效生態(tài)系統(tǒng)，大大提高了生態(tài)系統(tǒng)的生產力。系統(tǒng)的整體性原理整體功能大于部分之和1）展示：珊瑚與藻類的共生，豆科植物與固氮菌的共生。2）系統(tǒng)各組分之間維持適當的比例對于系統(tǒng)整體功能的體現(xiàn)有非常重要的意義，如果系統(tǒng)組分中比例失調，將造成生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。揭示系統(tǒng)整體性原理。體會整體功能大于部分之和的含義，加深對系統(tǒng)整體性原理的理解。教學總結總結本節(jié)課學習的五個生態(tài)工程的基本原理，及其理論基礎?；仡櫛竟?jié)課主要內容，構建知識結構。第三階段：鞏固新課隨堂練

12、習結束語：生態(tài)工程在我國及其他國家都已經廣泛開展，請同學們課下搜集相關資料，如沼氣工程、城市環(huán)境生態(tài)工程等實例，以了解生態(tài)工程的最新進展情況?！窘虒W反思】本節(jié)課運用了案例教學法，新課程倡導教育要回歸生活，因而案例的選擇要有生活性。每年夏收、秋收季節(jié)，學校周圍農民焚燒秸稈，學生深受其害，在物質循環(huán)再生原理的學習中選擇“秸稈的出路”這個案例，來源于學生的生活。同時教學案例，應當能反映生物學的基本原理和規(guī)律，具有鮮明的生物學特征，或者與生物學教學要求相符合，具有針對性，為完成教學目標而服務，應具有典型性。發(fā)展學生的民族精神，對國家的興盛、社會的進步、個人的終身發(fā)展都具有重要意義。本節(jié)教學中，強調“無

13、廢棄物農業(yè)”是我國古代傳統(tǒng)農業(yè)的輝煌成就之一，也是生態(tài)工程最早和最生動的一種模式；突出“三北防護林”建設工程是當代我國人民在生態(tài)工程建設方面的重要成就；在“桑基魚塘模式”分析結束時，設計了這樣一段結束語：“自古有上有天堂，下有蘇杭之說， 蘇杭為什么成為人們生活中向往的天堂，是因為當地農民在幾百年前就利用自己的聰明才智，建立了高生產力的生態(tài)系統(tǒng)，在有限的土地上創(chuàng)造了巨大的財富。”以此讓學生體會我國人民的聰明才智，增強學生的民族自豪感。附：5.1生態(tài)工程的基本原理導學案【學習目標】簡述生態(tài)工程的概念，關注生態(tài)工程的建設。簡述生態(tài)工程的原理，舉例說出各原理的內容。嘗試運用生態(tài)工程原理，分析生態(tài)環(huán)境問

14、題及解決對策?！緦W習重點】 生態(tài)工程的基本原理?！窘虒W難點】 生態(tài)工程的系統(tǒng)學和工程學原理。【學習過程】第一步：自主預習、梳理基礎知識知識點1 生態(tài)工程概念：生態(tài)工程是指人類應用_等學科的基本原理和方法，通過系統(tǒng)設計、調控和技術組裝，對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行_，對造成_的傳統(tǒng)生產方式進行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力，從而促進_的和諧發(fā)展。目的：遵循自然界_的規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產潛力，防止_,達到_的同步發(fā)展。特點：_、 _ 、_的工程體系。知識點2 生態(tài)工程所遵循的基本原理項 目理論基礎意 義實 例物質循環(huán)再生原理物質循環(huán)可避免環(huán)境污染及其對系統(tǒng)穩(wěn)定和發(fā)展的影響 物種多樣性原理生態(tài)系統(tǒng)的_

15、生物多樣性程度可提高系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的生產力“三北”防護林建設中的問題珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性問題協(xié)調與平衡原理生物與環(huán)境的_生物數量不超過環(huán)境承載力，可避免系統(tǒng)的失衡和破壞太湖富營養(yǎng)化問題西北一些地區(qū)的防護林問題過度放牧問題整體性原理_復合系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調各種關系，保障系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定林業(yè)建設中自然系統(tǒng)與社會、經濟系統(tǒng)關系問題系統(tǒng)學和工程學原理系統(tǒng)的結構決定功能原理：_結構優(yōu)于_和環(huán)式結構。改善和優(yōu)化系統(tǒng)的結構，以改善功能 系統(tǒng)整體性原理：整體_部分。保持系統(tǒng)很高的生產力珊瑚礁、藻類和珊瑚蟲的關系第二步 課內探究，突破重點難點探究1: 分析討論我國“無廢棄物農業(yè)”,解決下列問題。1

16、：這個農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)廢棄的物質有哪些？2：我們的祖先是怎樣處理這些廢棄物的？3：廢棄物還田有何重要意義？問題：每年夏收、秋收季節(jié)，農民焚燒農作物的秸稈，不僅浪費了秸稈中的能源，同時對周邊環(huán)境帶來嚴重的空氣污染，出現(xiàn)局部能見度低、車禍發(fā)生率高等現(xiàn)象，更有甚者會出現(xiàn)“引火燒身”，給人民的生產、生活甚者生命帶來了嚴重的影響。出謀劃策：請你利用所學的知識“為秸稈找一個合適的出路”。探究2 比較三北防護林的單純林與珊瑚礁區(qū)生態(tài)系統(tǒng),解決以下問題:1：為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？ 2：為什么珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)在深海有限的資源條件下，能長期保持穩(wěn)定，維持著較高的生產力？ 出謀劃策：從珊瑚

17、礁生態(tài)系統(tǒng)的啟示,想一想，對松毛蟲、天牛毀壞林木的問題，如何用生物學的方法來防治林業(yè)害蟲？ 探究3 分析案例:青島滸苔爆發(fā)和西北楊樹林.出謀劃策： 結合西北地區(qū)氣候條件，想一想，在我國西北地區(qū)進行防護林建設時，應選擇哪些特征的樹種？探究4:分析案例林區(qū)建設中的問題為什么會出現(xiàn)前面造林，后面砍林的現(xiàn)象？ 出謀劃策：為林區(qū)農民謀一條合適的出路.探究5:分析三種計算機網絡結構示意圖,和桑基魚塘模式1.三種結構中哪種結構可靠性高,局部故障不會造成整個網絡的癱瘓?2.找一找：?；~塘模式中有幾種可帶來經濟收入的產品？ 【鞏固練習】一、隨堂鞏固分析下列事件用哪種生態(tài)工程原理來解釋1、畜牧養(yǎng)殖應注意牲畜量不

18、超過草地承載量2、使用堆肥和漚肥法實現(xiàn)生態(tài)農業(yè)3、廣東大量引種木麻黃作為行道樹，一年一種叫吹綿介殼蟲的害蟲使木麻黃遭受嚴重破壞，后來從國外引進澳洲瓢蟲，已持續(xù)發(fā)揮了控制害蟲的作用。 4、在進行林業(yè)工程建設時，一方面要號召農民種樹，另一方面要考慮貧困地區(qū)農民的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等問題。5、互利共生的生物二、課后鞏固1、我國“三北防護林”，雖然取得了巨大的生態(tài)和經濟效益，但由于沒有完全按照自然生態(tài)規(guī)律辦事，也產生了不少問題。例如，遼寧西部的章古臺地區(qū)，由于單一種植樟子松樹，使松毛蟲因為沒有天敵而肆虐一時，使很多地方幾乎成了不毛之地。這個事實說明了（ ）A樟子松樹的抗蟲能力很差B松毛蟲的

19、危害性很強，并專一性的侵害樟子松樹C生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)的重要性D由于植物種類達單一，導致松毛蟲只能侵害樟子松樹2、人類設計生態(tài)工程的根本目標是（ ） A促進自然界良性循環(huán)的前提下，達到生態(tài)效益與經濟效益的同步發(fā)展 B促進自然界良性循環(huán)的前提下，防治環(huán)境污染，提高經濟效益 C防治環(huán)境污染，達到生態(tài)效益與經濟效益的同步發(fā)展 D促進自然界良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產潛力，防治環(huán)境污染，達到生態(tài)效益與經濟效益的同步發(fā)展3、在“人工濕地”生態(tài)系統(tǒng)中，對廢水凈化起主要作用的是（ ） A微生物的分解和轉化作用以及相關的物理、化學作用，如沉淀、吸附、過濾等 B微生物的分解和轉化作用 C相關的物理、化

20、學作用，如沉淀、吸附、過濾等 D微生物的分解和轉化作用以及化學作用，如沉淀、吸附、過濾等4、下列關于生態(tài)工程的敘述中，錯誤的是（ ） A.生態(tài)工程是生態(tài)學和工程學的結合 B.生態(tài)工程追求經濟和生態(tài)的雙贏 C.應用物種多樣性原理和物質循環(huán)再生原理 D.生態(tài)工程是無消耗、多效益的工程5、生態(tài)工程的調控機制是（ ） A人為調控 B自我調控 C人為輔助下的自我調節(jié) D不需要調控6、下列關于“人工濕地”的說法中，錯誤的是（ ） A浮水植物、挺水植物可為根際提供氧化的微環(huán)境，促進好氧細菌對廢水中有機物的分解 B沉水植物的根際保持厭氧狀態(tài)，利于厭氧細菌的活動 C.“人工濕地”對污水的凈化作用是通過不同類型的水生植物和微生物的共同作用實現(xiàn)的 D水生植物能吸收、轉化污水中的氮、磷、銅等物質7、在植被的恢復初期，不應選擇的植物是（ ） A引進的新樹種 B固氮樹種 C先鋒樹種 D適應性強的樹種8、1998年長江下游發(fā)生特大洪災，其中原因之一是（ ） A長江口熱帶風暴 B長江上游森林植被破壞嚴重 C水庫瀉洪過快 D北方風沙使河床變淺9、黃河是我國的母親河，但如今黃河已經成為世界罕見的“懸河”。治理