“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许昌高级中学 朱巧云【教材分析】1.1 教材地位 生态工程是必修模块“稳态与环境”知识的延伸和应用，“生态工程的基本原理”是本节的核心知识。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。1.2 重点、难点分析 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是教学的重点；系统学和工程学原理比较抽象，是本节的一个教学难点。【教学目标】1.1 知识目标 简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容1.2 能力目标 1）尝试运用生态工程的原理，分析生态环境问题及提出解决对策。1.3 情感目标 1）初步形成物质循环利用、物种多样性、协调与平衡、局部与整体相统一的观点，树立可持续发展的观念。2）关注我国人民在生态工程建设方面的成就，增强学生的民族自豪感。【教学策略】生态工程的基本原理，包括生态学、系统学和工程学的原理。前四个原理的理论基础与必修3模块中生态系统的结构、生态系统的物质循环、能量流动和信息传递、生态系统的稳定性、种间关系、环境容纳量等内容关系密切，学生已具备一定的认知基础，在此基础上充分利用教材提供的图文信息课外收集整合的有关资料，采用案例教学模式，让学生在案例分析中体会和理解基本原理，然后再用基本原理尝试分析讨论对案例问题的解决。在突破“系统学和工程学原理”这个教学难点时，设法找到学生已有的知识与新知识的联系，通过类比，完成由具体事例向抽象理论的转化，实现感性认识向理性认识的飞跃。【教学流程】第一阶段：导入新课同学们，我们许昌位于河南省中部，属于淮河流域沙颍河水系，近几十年来淮河流域的水质不断恶化，有一首民谣是这样说的：“五十年代淘米洗菜，六十年代洗衣灌溉，七十年代水质败坏，八十年代鱼虾绝代，九十年代身心受害。”这首民谣可以说真实地反映了淮河水质遭受污染的情况。不仅如此，全球范围内也出现了严重的生态环境问题：温室效应导致的冰川融化、海平面上升；土地荒漠化带来的沙尘天气；各种环境污染导致生物多样性锐减，许多物种正濒临灭绝；同时我们人类的生存也面临着巨大的威胁，对生态环境进行修复和重建已经到了刻不容缓的地步！在这种背景下，一种新的生物工程技术诞生了，这就是生态工程。第二阶段：学习新课一、生态工程概念理论基础：生态学和系统学等学科的基本原理技术手段：系统设计、调控和技术组装操作流程：对已被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。最终目的：促进人类社会和自然环境的和谐发展。过渡生态工程是一项前景非常广阔的生物技术,那么在设计生态工程时,应该注意哪些问题呢?本节课我们重点学习生态系统的基本原理。二、生态工程的基本原理基基本原理理理论基础教学程序分析案例 揭示原理尝试利用原理解决实际问题 教师活动学生活动教师活动学生活动出谋划策物物质循环再生原理物物质循环过渡 生态工程尽管是一项新兴的科学技术，但在我国古代就已经有了生态工程最鲜活的例子。1）案例：我国古代“无废弃物农业”的图示。2）无废弃物农业的优势是实现物质循环再生，避免资源浪费和环境污染，有利于系统的稳定和发展。1.回忆生态系统的结构及功能的有关知识。2.分析讨论，解决下列问题。1）：这个农业生态系统中废弃的物质有哪些？2）：我们的祖先是怎样处理这些废弃物的？3）：废弃物还田有何重要意义？案例：展示焚烧秸秆图片，每年夏收、秋收季节，农民焚烧农作物的秸秆，不仅浪费了秸秆中的能源，同时对周边环境带来严重的空气污染，出现局部能见度低、车祸发生率高等现象，给人民的生产、生活甚者生命带来了严重的影响。问题：请你利用所学的知识“为秸秆找一个合适的出路”。思考讨论，总结整理得秸秆的“出路”有：秸秆粉碎还田作有机肥，秸秆加工作动物饲料，秸秆收集后利用微生物发酵生产沼气作为生活能源，秸秆燃烧发电，秸秆加工编织成工艺品等。物种多样性原理生态系统的稳定性过渡 图片展示在世界上被誉为“中国的绿色长城”的我国“三北防护林系统”。介绍三十年来已经取得的重大成就，但由于没有完全按照自然生态规律办事，也出现了不少问题。案例1：樟子松林的松毛虫肆虐和杨树林天牛灾害。案例2：海洋深处的珊瑚礁生态系统海洋中的“热带雨林”视频。2）总结：生物多样性高，食物链复杂，系统的抵抗力稳定性高，系统生产力高。生态工程要遵循生物多样性原理。讨论问题1：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？问题2：为什么珊瑚礁生态系统在深海有限的资源条件下，维持着较高的生产力？问题：针对三北防护林生态建设中局部出现松毛虫、天牛毁坏林木的问题，利用所学的知识，想一想，如何利用生物学的方法对害虫进行防治？ 2）总结：一般而言，物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。思考讨论，总结整理，防治方法有：1）营造不同形式的混交林；2）招引啄木鸟、灰喜鹊等，保护和利用天敌，3）应用害虫的寄生菌等生物手段进行防治。 协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡过渡 生物多样性原理是不是意味着生物数量越多越好呢？2）案例1：青岛海面上如同草原一样的浒苔。案例2：西北地区的东倒西歪的杨树林。3）揭示生态工程建设时要考虑生物与环境的协调与平衡，生物的数量不超过环境的承载力，才能保证系统的稳定和平衡。1）讨论：浒苔爆发对水体、水生生物及当地经济带来哪些危害？2）讨论：西北有些地方的“绿色长城” 为什么变成了“灰色长城”？问题1：从协调与平衡原理出发，结合西北地区的气候条件，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？ 讨论总结：应种植耐寒、抗旱，适应能力强的树种。整体性原理社会、经济、自然复合系统过渡生态工程是造福于国家和人民的好工程，但实施起来却是困难重重。1）案例：“前面造林，后面砍林”现象。为什么会这样？是管理不够严格还是农民法律意识淡薄，或者还有更深层次的原因呢？2）展示 “自然社会经济复合系统”图。从该图看，实施好生态工程都需要协调好哪些关系？3）揭示生态工程要遵循“整体性原理”，要协调好各种关系，以保证系统的平衡与稳定。1）讨论得：出现这种现象是由于生态工程建设中没有综合考虑生态建设和农民生计之间的关系。2）讨论分析得：生态工程建设时不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等的影响力。思考1：如果你是当地的农民，你会遇到哪些现实问题？思考2：如果你是生态工程的总设计者，请为当地农民设计一条合适的出路。讨论总结：粮食问题对策：建立基本口粮田、科学种田提高单位面积产量等。能源问题对策：沼气代柴、发展生态水电、以电代柴等。经济问题对策：调整农村产业结构、发展经济林、发展养殖业、发展生态旅游等。系统学和工程学原理教师活动学生活动系统的结构决定功能的原理分布式优于集中式和环式1、展示三个计算机网络结构示意图。问题：哪种结构更加可靠，不会因为局部故障引起整个系统瘫痪？案例：“桑基鱼塘”模式，找一找，该模式中有几种可以带来经济收入的产品？总结：在系统的组分相同的情况下，可以通过改变和优化系统的结构，从而达到改善系统功能的目的。揭示“系统的结构决定功能原理”。1）分析“三种计算机网络结构示意图”类比，知道导致整个系统的瘫痪。分析得：“桑基鱼塘模式”把很多个单个生态系统通过优化组合，有机整合在一起，成为一个新的高效生态系统，大大提高了生态系统的生产力。系统的整体性原理整体功能大于部分之和1）展示：珊瑚与藻类的共生，豆科植物与固氮菌的共生。2）系统各组分之间维持适当的比例对于系统整体功能的体现有非常重要的意义，如果系统组分中比例失调，将造成生态系统的崩溃。揭示系统整体性原理。体会整体功能大于部分之和的含义，加深对系统整体性原理的理解。教学总结总结本节课学习的五个生态工程的基本原理，及其理论基础。回顾本节课主要内容，构建知识结构。第三阶段：巩固新课随堂练习结束语：生态工程在我国及其他国家都已经广泛开展，请同学们课下搜集相关资料，如沼气工程、城市环境生态工程等实例，以了解生态工程的最新进展情况。【教学反思】本节课运用了案例教学法，新课程倡导教育要回归生活，因而案例的选择要有生活性。每年夏收、秋收季节，学校周围农民焚烧秸秆，学生深受其害，在物质循环再生原理的学习中选择“秸秆的出路”这个案例，来源于学生的生活。同时教学案例，应当能反映生物学的基本原理和规律，具有鲜明的生物学特征，或者与生物学教学要求相符合，具有针对性，为完成教学目标而服务，应具有典型性。发展学生的民族精神，对国家的兴盛、社会的进步、个人的终身发展都具有重要意义。本节教学中，强调“无废弃物农业”是我国古代传统农业的辉煌成就之一，也是生态工程最早和最生动的一种模式；突出“三北防护林”建设工程是当代我国人民在生态工程建设方面的重要成就；在“桑基鱼塘模式”分析结束时，设计了这样一段结束语：“自古有上有天堂，下有苏杭之说， 苏杭为什么成为人们生活中向往的天堂，是因为当地农民在几百年前就利用自己的聪明才智，建立了高生产力的生态系统，在有限的土地上创造了巨大的财富。”以此让学生体会我国人民的聪明才智，增强学生的民族自豪感。附：5.1生态工程的基本原理导学案【学习目标】简述生态工程的概念，关注生态工程的建设。简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。【学习重点】 生态工程的基本原理。【教学难点】 生态工程的系统学和工程学原理。【学习过程】第一步：自主预习、梳理基础知识知识点1 生态工程概念：生态工程是指人类应用_等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已被破坏的生态环境进行_，对造成_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_的和谐发展。目的：遵循自然界_的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止_,达到_的同步发展。特点：_、 _ 、_的工程体系。知识点2 生态工程所遵循的基本原理项 目理论基础意 义实 例物质循环再生原理物质循环可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响 物种多样性原理生态系统的_生物多样性程度可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力“三北”防护林建设中的问题珊瑚礁生态系统的生物多样性问题协调与平衡原理生物与环境的_生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏太湖富营养化问题西北一些地区的防护林问题过度放牧问题整体性原理_复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定林业建设中自然系统与社会、经济系统关系问题系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理：_结构优于_和环式结构。改善和优化系统的结构，以改善功能 系统整体性原理：整体_部分。保持系统很高的生产力珊瑚礁、藻类和珊瑚虫的关系第二步 课内探究，突破重点难点探究1: 分析讨论我国“无废弃物农业”,解决下列问题。1：这个农业生态系统废弃的物质有哪些？2：我们的祖先是怎样处理这些废弃物的？3：废弃物还田有何重要意义？问题：每年夏收、秋收季节，农民焚烧农作物的秸秆，不仅浪费了秸秆中的能源，同时对周边环境带来严重的空气污染，出现局部能见度低、车祸发生率高等现象，更有甚者会出现“引火烧身”，给人民的生产、生活甚者生命带来了严重的影响。出谋划策：请你利用所学的知识“为秸秆找一个合适的出路”。探究2 比较三北防护林的单纯林与珊瑚礁区生态系统,解决以下问题:1：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？ 2：为什么珊瑚礁生态系统在深海有限的资源条件下，能长期保持稳定，维持着较高的生产力？ 出谋划策：从珊瑚礁生态系统的启示,想一想，对松毛虫、天牛毁坏林木的问题，如何用生物学的方法来防治林业害虫？ 探究3 分析案例:青岛浒苔爆发和西北杨树林.出谋划策： 结合西北地区气候条件，想一想，在我国西北地区进行防护林建设时，应选择哪些特征的树种？探究4:分析案例林区建设中的问题为什么会出现前面造林，后面砍林的现象？ 出谋划策：为林区农民谋一条合适的出路.探究5:分析三种计算机网络结构示意图,和桑基鱼塘模式1.三种结构中哪种结构可靠性高,局部故障不会造成整个网络的瘫痪?2.找一找：桑基鱼塘模式中有几种可带来经济收入的产品？ 【巩固练习】一、随堂巩固分析下列事件用哪种生态工程原理来解释1、畜牧养殖应注意牲畜量不超过草地承载量2、使用堆肥和沤肥法实现生态农业3、广东大量引种木麻黄作为行道树，一年一种叫吹绵介壳虫的害虫使木麻黄遭受严重破坏，后来从国外引进澳洲瓢虫，已持续发挥了控制害虫的作用。 4、在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。5、互利共生的生物二、课后巩固1、我国“三北防护林”，虽然取得了巨大的生态和经济效益，但由于没有完全按照自然生态规律办事，也产生了不少问题。例如，辽宁西部的章古台地区，由于单一种植樟子松树，使松毛虫因为没有天敌而肆虐一时，使很多地方几乎成了不毛之地。这个事实说明了（ ）A樟子松树的抗虫能力很差B松毛虫的危害性很强，并专一性的侵害樟子松树C生物多样性对生态系统的重要性D由于植物种类达单一，导致松毛虫只能侵害樟子松树2、人类设计生态工程的根本目标是（ ） A促进自然界良性循环的前提下，达到生态效益与经济效益的同步发展 B促进自然界良性循环的前提下，防治环境污染，提高经济效益 C防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展 D促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展3、在“人工湿地”生态系统中，对废水净化起主要作用的是（ ） A微生物的分解和转化作用以及相关的物理、化学作用，如沉淀、吸附、过滤等 B微生物的分解和转化作用 C相关的物理、化学作用，如沉淀、吸附、过滤等 D微生物的分解和转化作用以及化学作用，如沉淀、吸附、过滤等4、下列关于生态工程的叙述中，错误的是（ ） A.生态工程是生态学和工程学的结合 B.生态工程追求经济和生态的双赢 C.应用物种多样性原理和物质循环再生原理 D.生态工程是无消耗、多效益的工程5、生态工程的调控机制是（ ） A人为调控 B自我调控 C人为辅助下的自我调节 D不需要调控6、下列关于“人工湿地”的说法中，错误的是（ ） A浮水植物、挺水植物可为根际提供氧化的微环境，促进好氧细菌对废水中有机物的分解 B沉水植物的根际保持厌氧状态，利于厌氧细菌的活动 C.“人工湿地”对污水的净化作用是通过不同类型的水生植物和微生物的共同作用实现的 D水生植物能吸收、转化污水中的氮、磷、铜等物质7、在植被的恢复初期，不应选择的植物是（ ） A引进的新树种 B固氮树种 C先锋树种 D适应性强的树种8、1998年长江下游发生特大洪灾，其中原因之一是（ ） A长江口热带风暴 B长江上游森林植被破坏严重 C水库泻洪过快 D北方风沙使河床变浅9、黄河是我国的母亲河，但如今黄河已经成为世界罕见的“悬河”。治理黄河最根本的措施是（ ） A加强黄河两岸堤坝的修筑 B对黄河河床底部