殷亞妮

1學情分析

學生在《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊中，已經(jīng)學習過生態(tài)系統(tǒng)的基本結構和功能，并且通過制作生態(tài)瓶，了解到生態(tài)系統(tǒng)成分的完整性、結構的復雜程度以及物質循環(huán)、能量流動的基本規(guī)律與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性密切相關。生態(tài)工程的基本原理就是在此基礎上的拓展。如果教師從實例入手，創(chuàng)設情境，學生則很容易理解并總結出生態(tài)學原理在生態(tài)工程中的應用。但系統(tǒng)學、工程學原理相對比較抽象，學生掌握有一定難度。

2教學目標

（1）通過設計生態(tài)工程，能夠體會結構決定功能、生物與環(huán)境相適應、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與平衡等生物學觀念。

（2）能依據(jù)己知的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性相關知識，分析給定情境中的生態(tài)問題的成因并提出合理解決對策。

（3）樹立“經(jīng)濟一社會一自然”和諧發(fā)展的觀點，在生活中踐行節(jié)能環(huán)保的理念，關注國家生態(tài)工程發(fā)展并能為當?shù)氐纳鷳B(tài)工程建設提出合理建議。

3教學思路

教師由全球面臨的生態(tài)問題引出生態(tài)工程建設的話題，先通過提問幫助學生回顧生態(tài)系統(tǒng)的相關知識和原理，然后創(chuàng)設問題情境，引導學生分析討論并尋找解決方法，并幫助總結這些方法所依據(jù)的生態(tài)工程原理，最后安排練習使學生進一步加深對生態(tài)工程原理的理解和應用。

4教學過程設計

4.1提出問題，導入新課

教師：隨著人口急劇增加，人類對資源的需求也激增，經(jīng)濟的快速發(fā)展伴隨著生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。請大家談一下自己感受到的環(huán)境問題有哪些？

學生：霧霾、空氣污染、水污染、土壤污染、自然生態(tài)環(huán)境的破壞等……

教師：這些環(huán)境問題都是人類為了滿足自身生活需求和經(jīng)濟發(fā)展而導改的，并最終影響人類的生存狀況。怎樣解決經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)保護之間的矛盾呢？這需要進行生態(tài)工程建設。

教師介紹生態(tài)工程的概念，并指出該工程要依據(jù)生態(tài)學和系統(tǒng)學等學科原理。

4.2溫故知新，作出鋪墊

教師：請大家回憶生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能有哪些？

學生：生態(tài)系統(tǒng)的結構包括生態(tài)系統(tǒng)的成分和營養(yǎng)結構，其中生態(tài)系統(tǒng)成分包括非生物成分和生物成分;生態(tài)系統(tǒng)的功能有物質循環(huán)、能量流動和信息傳遞。

教師：怎樣維持并提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性？

學生1：一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，需要持續(xù)穩(wěn)定的能量輸入，系統(tǒng)內(nèi)能夠實現(xiàn)物質循環(huán)。

學生2：生態(tài)系統(tǒng)的結構越復雜，穩(wěn)定性越高。

教師：怎樣使生態(tài)系統(tǒng)的結構變復雜？

學生：增加生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性能使營養(yǎng)結構變復雜。

教師引導學生總結的影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素及其特征（表1）。

4.3創(chuàng)設情境，引導建構

教師：有這樣一個偏遠山村，土地貧瘠，鹽堿含量較高，莊稼收成不好。為謀生計，村民們各家各戶都養(yǎng)些雞或者豬，糞便未妥善處理，氣味難聞，村里的一個池塘也被動物糞便和生活垃圾所污染。農(nóng)閑時候，村民上山砍伐樹木，倒賣木材，增加收入。村里不通燃氣，經(jīng)常停電，村民只好砍伐灌叢來燒柴做飯。請分析，這個村子存在哪些生態(tài)問題？

學生：禽畜糞便和生活垃圾造成的水體污染，燒柴造成大氣污染，亂砍濫伐導致生境被破壞。

教師：造成這些生態(tài)問題的根本原因是什么？

學生：村子土壤貧瘠，鹽堿化，產(chǎn)出少，村民收入低，為滿足生活需求和經(jīng)濟發(fā)展，造成了對環(huán)境的污染和破壞，如圖1所示。

教師：可見，這個小山村也面臨著全球的共性問題，即怎樣解決發(fā)展經(jīng)濟和保護生態(tài)之間的矛盾。作為村官，你要怎么解決這些問題？請用一句話表明你治理村莊的理念。

學生：走可持續(xù)發(fā)展道路，在村民中進行環(huán)保宣傳，治理環(huán)境問題，同時合理利用當?shù)氐馁Y源，帶領村民科技致富。

教師：非常好，大家注意到了，村子生態(tài)問題的產(chǎn)生有其社會經(jīng)濟原因，所以不能單方面治理自然生態(tài)系統(tǒng)，還要考慮到經(jīng)濟和社會系統(tǒng)的影響力，這就是我們進行生態(tài)工程建設時，首先要遵循的原理——“整體性原理”。生態(tài)工程系統(tǒng)是一個“社會一經(jīng)濟一自然”復合系統(tǒng)，只有統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種關系，才能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。那么，具體要采取怎樣的措施才能實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展呢？

學生以小組為單位進行討論怎樣治理環(huán)境污染和防止對環(huán)境的破壞，同時尋找解決村子土壤產(chǎn)出低下、無電無氣可用、村民收入低等問題的方法。

教師：請各位村官來談談自己的治理措施吧。

學生1：可以用規(guī)模養(yǎng)殖來代替散戶養(yǎng)殖，這樣便于集中處理禽畜糞便，減輕污染。

學生2：禽畜糞便和一些生活垃圾可以發(fā)酵后用來肥田，提高土壤肥力，能夠增產(chǎn)。

學生3：可以建沼氣池，利用糞便、秸稈、生活垃圾等發(fā)酵沼氣，沼渣和沼液可以肥田，沼氣可以燃燒供熱和供電。

學生4：可以種植經(jīng)濟樹木，比如果樹，這樣既不用坎樹，又能有經(jīng)濟收入。

學生5：可以發(fā)展食品加工產(chǎn)業(yè)，提高產(chǎn)品價值，增加收入

學生6：種耐鹽的轉基因作物，增加糧食產(chǎn)量。

教師：大家提出了很好的措施，我們逐一來分析這些措施所體現(xiàn)的生態(tài)工程基本原理。幾位同學都提到禽畜糞便可以進行沼氣發(fā)酵，沼渣肥田，田地產(chǎn)出的莊稼秸稈又可以制成飼料飼喂禽畜，這些措施有何好處？

學生：糞便、秸稈等原本無用的廢棄物，被重新利用，變廢為寶，實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)，同時這些物質中能量也被進一步利用，如圖2所示。

教師：總結得很好，廢棄物的資源化，為物質生產(chǎn)和再生提供了更多機會，這體現(xiàn)了“物質循環(huán)再生原理”。還有同學提出要種植經(jīng)濟樹木創(chuàng)收，那么怎樣選擇栽種的樹種？

學生：要根據(jù)當?shù)氐臍夂蚝屯寥罈l件選擇合適的經(jīng)濟樹種。

教師：即種植的樹木要與當?shù)丨h(huán)境相適應。種植時，樹種密度是否越大越好？

學生：不是的，要考慮環(huán)境承載力，進行合理密植。

教師：進行生態(tài)工程建設時，要考慮生物對環(huán)境的適應性和環(huán)境對生物的承載力，這是生物與環(huán)境的“協(xié)調(diào)與平衡原理”。此外，種植經(jīng)濟樹木時，還有什么注意事項？

教師展示單一樟子松林被松毛蟲肆虐的圖片和資料，以作提示。

學生：物種不能過于單一，否則生態(tài)系統(tǒng)結構簡單，容易被破壞。只有保持生態(tài)系統(tǒng)較高的生物多樣性，才能保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。

教師：這就是“物種多樣性原理”，在建設人工生態(tài)系統(tǒng)時，尤其要注意這一點。各位同學作為村官，為村子發(fā)展，提出了建立養(yǎng)殖場、種植經(jīng)濟林木、修建沼氣池、建立食品加工廠等措施，怎樣合理布局設計結構，建成一個高效生態(tài)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)生產(chǎn)力？請大家畫出村子生態(tài)工程的整體結構示意圖，并進行說明。

學生繪制的該村生態(tài)工程結構示意圖（圖3），并說明養(yǎng)殖場的禽畜產(chǎn)品由食品廠進行加工出售，禽畜糞便集中輸送至沼氣站進行發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣可輸送至村民家里、食品廠和飼料加工廠使用，剩下的沼渣和沼液用于肥田（農(nóng)田、菜園、果園等地），而產(chǎn)出的莊稼、蔬菜和水果可以加工出售，秸稈等可加工為禽畜飼料。

教師：生態(tài)工程需要考慮系統(tǒng)內(nèi)不同組分之間的結構，通過改變和優(yōu)化結構，達到改善系統(tǒng)功能的目的，這依據(jù)的是“系統(tǒng)學和工程學原理”。協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)各組分的關系、比例，實現(xiàn)物質、能量、信息等的轉換和流通，可以使整體功能大于各部分功能之和。

4.4鞏固訓練.總結提升

教師：圖4為?；~塘生態(tài)系統(tǒng)，它是我國南方各省農(nóng)村比較常見且行之有效的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。請分析該工程體現(xiàn)了哪些生態(tài)工程基本原理？

學生1：物質循環(huán)再生原理，蠶沙養(yǎng)魚，塘泥肥桑田，桑葉喂蠶。

學生2：整體性原理，不僅遵循自然規(guī)律，維持生態(tài)穩(wěn)定，而且產(chǎn)出多，經(jīng)濟效益好。

學生3：協(xié)調(diào)與平衡原理，南方水多，適合養(yǎng)魚種桑。

教師：此外，該系統(tǒng)將種桑養(yǎng)蠶、養(yǎng)魚塘、養(yǎng)豬廠、甘蔗制糖等原本獨立小系統(tǒng)合理構聯(lián)在一起，達到了改善系統(tǒng)功能的目的，這體現(xiàn)了系統(tǒng)學和工程學原理。那么，這樣的生態(tài)農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)的分離式種植養(yǎng)殖模式相比具有怎樣的特點呢？

學生：物質充分利用，減少了投入，增加了產(chǎn)出，同時遵循了自然規(guī)律，能保持系統(tǒng)穩(wěn)定。

教師：大家總結得很好。依據(jù)生態(tài)學、系統(tǒng)學和工程學原理建設生態(tài)工程，實現(xiàn)了物質的循環(huán)利用和能量的多級利用，做到少投入，多產(chǎn)出;特別是在發(fā)展經(jīng)濟的同時保護了生態(tài)環(huán)境，功在當下，利在千秋。簡言之，生態(tài)工程具有“少消耗、多效益、可持續(xù)”的特點。

5教學反思

新課標提出“生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任”四大生物學學科核心素養(yǎng)，并指出核心素養(yǎng)是學生在解決真實情境中的實際問題所表現(xiàn)出來的價值觀念、必備品格與關鍵能力。因此，筆者設計了一個有代表性的生態(tài)問題情境，由學生擔任情境中的決策者，分析導致問題的原因并運用已有知識去解決問題，然后引導學生理解并掌握解決措施所蘊含的生態(tài)工程原理，幫助學生自主構建知識網(wǎng)絡。最后，通過一個實例練習，檢測學生對于原理的掌握情況，并進一步強化教學核心內(nèi)容。整個教學過程以學生分析解決問題為主，教師只進行適當引導，發(fā)展了學生的邏輯思維能力，培養(yǎng)了學生的社會責任感。