“生態工程基本原理”一節的教學設計

劉義友

1教學目標

1.1知識目標

說出生態工程的概念；列舉生態工程的意義；列舉生態工程的基本原理，舉例說出各原理的主要內容；嘗試運用生態工程原理，分析生態環境問題及解決對策。

1.2能力目標

通過搜集本地區生態工程建設的資料，提高資料收集與信息處理能力；通過運用生態工程原理分析生態環境問題，提高分析問題、解決問題的能力；參與調查沼氣工程的實施情況的實踐活動，形成科學探究能力。

1.3情感態度與價值觀目標

關注本地區生態工程建設情況，認同生態工程建設對可持續發展具有重要意義；能夠運用生態工程原理和相關生物學知識，參與節能減排、建設和諧社會等問題的討論，體驗勞動人民在實踐中的創造性，領會“實踐出真知”的道理。

2教學重點與難點

2.1教學重點

舉例說出生態工程基本原理的主要內容。

2.2教學難點

理解系統學、工程學原理。

3學情分析

在必修三模塊中已經學習過生態學的基本概念和原理，其中生態系統的結構、生態系統的物質循環和能量流動的基本規律和應用，與本專題的內容有密切的聯系，生態工程原理及實例是在此基礎上的拓展和應用。隨著社會的發展，環境問題日益突出，水體富營養化、空氣污染、酸雨、耕地逐漸減少、廢棄地與日劇增等，學生感到環境受損問題的嚴重，對于理解受損的生態系統進行修復和重建的重要意義。同時對南通地區“生態農業縣建設”、“農林牧副漁一體生態工程”、“廢棄地的植被恢復工程”等事實，學生耳濡目染，是教學的生動素材。但系統學、工程學原理比較抽象，對于學生的理解存在一定的困難。

4教學過程設計

4.1創設生動情境，激活學生學習動機

教師：隨著經濟建設的快速發展，環境問題也日漸突出。請大家結合生活實際，說說南通地區主要環境問題有哪些?請簡要分析其形成原因。

學生：水體污染，主要是由于生活污水、工業污水的大量排放；秸稈燃燒(狼煙)問題……

教師：剛才大家發言很踴躍，體會很真切。不僅說明大家對家鄉生態環境問題的關注，更能說明治理環境問題迫在眉睫。生態工程建設就是是指人類應用生態學和系統學等學科的基本原理和方法，通過系統設計、調控和技術組裝，對已破壞的生態環境進行修復、重建，對造成環境污染和破壞的傳統生產方式進行改善，并提高生態系統的生產力，從而促進人類自然環境的和諧發展。生態工程在設計時要考慮到有利于人類和自然兩方面，它不同于一般的傳統工程，具有低消耗、多效益、可持續的特征。

4.2引導學生體驗建構，做到“活學”

4.2.1結合具體案例，懂得生態工程基本原理的內涵

案例1：“石油農業”是以美國為代表的高投入、高產出的農業現代化模式。這一模式之所以被稱為“石油農業”：是因為它大量地使用以石油產品為動力的農業機械，大量使用以石油制品為原料的化肥、農藥等農用化學品，大量化肥農藥的使用，在糧食產量大幅度提高的同時，食品的質量安全持續下降。于是生態農業成了世界共同關注的焦點。

教師：請結合分析教材109頁的“無廢棄物農業物質和能量的流動”圖解，思考“無廢棄物農業”的突出優勢是什么?

學生：充分利用廢棄物中的能量，通過物質和能量的多級利用，實現廢棄物資源化，形成無廢棄物生產方式(總結得出物質循環再生原理)。

案例2：教材110頁的“資料分析”。

教師：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?而珊瑚礁區卻能夠在養分稀少的深海中，保持著很高的生物多樣性?

學生：純樟子松林、楊樹林的生物多樣性低，食物鏈短而單調，缺少松毛蟲、天牛的天敵，而成片單一的林木又為其提供了豐富的食物來源，因而會導致了樹林的毀壞。珊瑚礁區的生物多樣性高，食物鏈復雜，不同的生物占據了不同的時間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態系統的環境。例如，氮、磷等養分就能夠在該區生物體間充分地循環利用而很少流出系統外。

教師：從上面正面和反面的實例，你能得出怎樣的結論?你認為生物多樣性的破壞有人為因素嗎?

學生：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。生物多樣性的破壞有人為因素，而且往往作用巨大(總結物種多樣性原理)。

案例3：結合教材111頁“資料分析”。

教師：從協調與平衡原理出發，想一想，在我國西北地區進行防護林建設時，應選擇哪些樹種?如果在該地區發展畜牧養殖業，你認為應該注意什么問題?

學生：西北畜牧養殖應該注意牲畜數量不能超過草地的承載量。針對公共草地的過度放牧問題，應該實行草地承包，調動個人的管理積極性，減少過度放牧現象；另外，可以在有條件的地方，人工種植牧草，增加牧草產量(總結得出平衡與協調原理)。

教師：在生態工程建設過程中，需要整體考慮生態環境、經濟發展、法律制度、社會習慣，統一協調局部與整體、當前與長遠、開發利用與環境保護之間的關系，保障生態系統的平衡與穩定。這體現了什么原理?學生：整體性原理。

案例4：桑基魚塘分布在我國長江三角洲、珠江三角洲一帶的水鄉，是一種典型的水陸物質和能量交換型生態工程。圖1表示了桑基魚塘的物質和能量流動途徑，桑基魚塘體現了哪些生態工程基本原理?

學生：物質循環再生原理(廢棄物的充分利用)、物種多樣性原理等。

教師：除此以外，該生態系統還體現了系統學和工程學原理，如通過改變和優化結構，達到改善系統功能的目的。這體現了什么原理?

學生：系統結構決定功能原理。

教師：系統各組分之間要有適當的比例關系，只有這樣才能順利完成能量、物質、信息等轉換和流通，并且實現總體功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”。這又體現了什么原理?

學生：系統整體性原理。

4.2.2聯系生活實際，“活化”生態工程的基本原理

教師：在我們南通市區最大的生態工程建設莫過于濠河改造工程，素有“中國近代第一城”的南通是目前國內完好保存護城河——濠河的四城市之一，蜿蜒10km，有千年歷史，被譽為“少女脖子上項鏈”。但是在上世紀八十年代，由于濠河周邊企業林立，污水直排，導致濠河污染十分嚴重。20世紀90年代至今，南通為保護濠河做了大量工作，使“少女脖子上項鏈”重放耀眼光彩(展示現在的南通濠河與20世紀80年代末的圖片)。請列舉保護濠河的具體措施及其意義，分析其依據的基本原理。

學生：結合生態工程的基本原理，通過討論，并完成下列表格(表2)。

教師：江蘇成為經濟大省、經濟強省，其中農業生產是江蘇的經濟基礎。建設社會主義新農村，既強調經濟建設，也必須保護好環境，絕不能走“先污染、后治理”的老路。為此江蘇省開展了“生態農業縣”的建設，到2006年，南通六縣(市)全部被國家環保總局命

名為國家級生態示范區。以下江蘇“生態農業縣”建設驗收的評價項目(部分)(表3)，請簡要說明達標意義及其依據的基本原理。

學生：閱讀評價項目，通過討論，完成表格。

4.3設計鞏固訓練，做到“活用”

鞏固訓練1：稻田養魚模式是江蘇某地區在生態農業縣建設中的一種農業生態模式，其具體做法是在水稻插秧返青后，稻田灌水，放入一定量的食草魚苗，在曬田或施肥、病蟲害防治等管理時，使魚苗隨水進入事先挖好的魚溝內，收稻時先把長大的魚撈出，再轉入精養魚塘。稻田養魚模式的有哪些好處?依據了哪些生態工程的基本原理?

學生回答：在養魚的稻田中，水稻為魚提供遮蔭、適宜水溫和充足餌料，而魚為稻田除草、滅蟲、充氧和施肥，使稻田的大量雜草、浮游生物和光合細菌轉化為魚產品；稻、魚共生互利，相互促進，形成良好的共生生態系統，體現了食物鏈原理、物種共生原理、生物多樣性原理等。該生態模式通過優化結構，改善功能，體現了系統結構決定功能的原理；在提高了水稻產量同時，還促進了養魚業的發展，還減少了化肥、農藥、除草劑的施用量，提高了土壤肥力，體現了系統整體性原理。

教師總結歸納：稻田養魚模式、稻一鴨一萍共作模式、桑基魚塘生態模式等都是江蘇省新農業建設過程中常見的生態模式，都屬于多目標生產模式。這些生態模式力圖通過改變和優化結構，達到改善系統功能的目的，使種植、養殖等各行業協調發展。

鞏固訓練2：20世紀以來石油農業的快速發展，大量化肥農藥的使用，在糧食產量大幅度提高的同時，也使食品的質量安全持續下降。于是生態農業成了世界共同關注的焦點。圖2表示一種“甘薯+奶牛+沼氣+花木+龍蝦+食用菌”生態農業模式，試據圖回答有關問題。

甘薯藤青貯的主要操作是：甘薯藤切段一填壓進入青貯窖中一密封一段時間，其目的是什么?該生態模式體現哪些生態工程基本原理?(小組討論)

學生回答：甘薯藤青貯的目的是通過微生物厭氧發酵，初步分解甘薯藤中的有機物，有利于奶牛的消化吸收。該生態模式中，甘薯、花木、奶牛、龍蝦、食用菌相互作用，生態系統的自動調節能力增強，抵抗力的穩定性越高，避免生態系統結構和功能的失衡，體現了生物多樣性原理；食用菌、沼氣等能充分利用廢棄物中的能量，通過物質和能量的多級利用，實現廢棄物資源化，形成無廢棄物生產方式體現了物質循環再生原理等。

教師總結歸納：以沼氣為紐帶的農業生態工程。把農業生產、農村經濟發展和生態環境保護、資源高效利用融為一體。如“四位一體”模式、“豬-沼-果”模式、“豬-沼-竹”模式等。

5教學反思

本節課分為三個基本環節，即創設生動情境一引導體驗構建一設計訓練鞏固，是“活學應用”教學模式的一個案例。首先創設貼近生活的生動情境激發了學生學習的動機和興趣，導課情境從熟知的環境問題人手，由于情境新穎、貼近生活，緊扣教學主題，所以課堂氣氛活躍，學生有興趣、有激情，無論在小組討論、集體研討、匯報、辯論等教學環節中，表現出較高的參與意識、合作意識，發言膽大心細、條理清晰。引導學生體驗構建，突出結合現實案例、生活案例，理解和應用生態工程建設的基本原理，如江蘇生態農業縣建設、南通濠河治理生態工程等。最后通過設計鞏固訓練，進行反饋和小結，訓練體現學科特點，體現提高生物科學素養，同時關注情感目標的評價。