4.3生态工程 教学设计 2025—2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

课题 第4章 第3节 生态工程（2-3个课时） 时间 教材分析 第3节“生态工程”包括“生态工程的基本原理”和“生态工程的实例和发展前景”两部分内容。第一部分首先介绍了人类经济发展带来的一系列环境问题，在此背景下，解决环境与经济发展协调问题的新学科--生态工程应运而生并迅速发展。由此，自然而然地进入对生态工程的定义、目的及基本原理的介绍。生态工程的基本原理包括自生、循环、协调、整体等，先介绍原理的理论基础，再举例说明以帮助学生理解。第二部分首先介绍了生态工程的三个实例:农村综合发展型生态工程、湿地生态恢复工程和矿区废弃地的生态恢复工程，指出面临的问题，说明解决的对策，总结生态工程的意义。接着展望了生态工程的发展前景，关注我国目前面临的生态危机，并将对生态工程的学习提升到“生态文明”建设的高度。 学情分析 教学目标 1.概述生态工程的概念，关注生态工程的建设。（生命观念、科学思维） 2.概述生态工程的基本原理，举例说出自生、循环、协调和整体原理的主要内容。（生命观念、科学思维） 3.通过分析和评价生态工程的实例，说出这些实例所运用的生态工程基本原理。（生命观念、科学思维） 4.通过评述生态工程的发展前景。增强生态文明意识。（科学思维、社会责任） 教学重难点 1.教学重点 (1)生态工程的基本原理。 (2)生态工程的实例。 2.教学难点 生态工程的基本原理。 教学内容及流程 学习任务 教学过程 备注 问题探讨 【问题探讨】在2008年北京奥运会的筹办过程中，奥林匹克森林公园是一个重要建设项目。公园所在地原来主要是普通村落和农田。于2002年招标设计，2005年开工建设，2008年建成。 公园建设坚持“绿色奥运”的理念，充分利用了原有地貌和植被，采用了营造近自然林系统、废物资源循环利用等多项生态技术。例如，公园的水系建设采用了雨水收集、污水利用、中水净化、智能化灌溉和生态防渗等环保技术。 从学生身边熟悉的生态工程案例人手。 以奥林匹克森林公园为例引导学生了解什么是生态工程，通过教师对生态工程概念设计意图的分析，帮助学生理解概念，关注生态工程建设。在此基础上，分析奥林匹克森林公园主湖生态系统的可持续性，对生态工程进一步剖析，为下一环节的学习奠定基础。 关注生态工程建设 【教师讲述】1.实施生态工程的背景 ①生态环境的恶化已严重影响人类的生存和发展。 ②生态工程是既古老又年轻，在中国实施已经有3000多年了，源远流长。 ③改变人类能征服自然的观念，解决环境和经济发展协调问题。 为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律。旨在解决环境与经济发展协调问题的一门新学科—生态工程应运而生并迅速发展。 2.生态工程 概念：人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。 目的：遵循生态学规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。 优点：少消耗、多效益、可持续 通过讨论，理解生态工程的设计和建设要应用生态学、系统学等学科的原理和方法;帮助学生建立生态工程的概念。同时引导学生关注生态工程建设。 生态工程所遵循的基本原理 【教师讲述】生态工程以生态系统的自组织、自我调节能力为基础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态系统的基本原理。 自组织：一个系统在没有外界信息指令的情况下，自发由无序到有序，由低有序到高有序的发展过程。 【教师讲述】自生 内容：生态系统中由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持 就是系统的自生。 理论基础：生态系统结构与功能(生态系统的自我调节能力) ①个体水平：生物能够进行新陈代谢、再生更新等。——个体代谢再生更新 ②系统水平：生物之间通过各种相互作用(特别是种间关系)进行自组织，实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体。——种间相互作用（种间关系） 做法： 1.有效选择生物组分并合理布设 ①系统或工程能否形成自组织能力的基础条件 ②一般而言，应尽量提高生物多样性程度 2.要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖，以及它们形成互利共存关系的条件。 实例：太阳能水生态修复系统;以太阳能为动力，驱动水质循环，进行生态恢复，改善水质 【教师讲述】循环： 内容：促进物质的迁移与转化，保证各环节物质迁移顺畅，保证主要物质和元素的转化率高。 理论基础：生态系统物质循环功能 特点：实现物质多级循环利用，废物资源化，减少污染。 实例：无废弃物农业 【教师讲述】协调 内容:在进行生态工程建设时，需要考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应的问题。 理论基础：生物与环境、生物与生物的协调与平衡 遵循该原理的具体做法： 1. 生物与环境、生物与生物之间要协调与适应 我国西北地区一些地区年降水量小于450mm，只适宜种植灌木和草本植物，但曾被硬性规定种植乔木类杨树。导致一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城” 2.需要考虑环境容纳量。如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏 如果放养牲畜量超过载畜量，则会造成过度放牧，使草地退化，还有土地沙漠化。 【思考讨论】从协调原理出发，在我国西北地区进行防护林建设，应选择哪些树种？若在该地区发展畜牧养殖业，应注意什么问题？ 我国西部地区缺雨干旱，土壤较为贫瘠，应该选择适合当地自然环境条件的树种，如沙棘、山杏、刺槐、小叶锦鸡儿等。 在西北地区发展畜牧业，应注意考虑环境容纳量，牲畜数量不超过草地的承载力，避免过度放牧，并适当种植牧草。 【教师讲述】整体： 内容：系统建设以整体观为指导，进行生态工程建设时，不仅考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力。 理论基础：社会、经济、自然构成的复合系统 遵循该原理的具体做法： 1.遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有适当的比例，不同组分之间应构成有序的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。 2.进行生态工程建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力。 3.考虑社会习惯、法律制度等的影响。 实例：进行林业工程建设时，一方面号召农民种树，另一方面一定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。 只有把生态与社会、经济结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的。 利用教材资源，提高学生的自主学习能力。通过对无废弃物农业中的物质循环过程的分析，感悟中华民族的伟大智慧。 分析生态工程案例中的原理和应用 【教师讲述】桑基鱼塘农业生产模式：陆基种桑、蚕沙喂鱼、桑叶饲蚕、塘泥培桑 优点：将陆地种植与鱼塘养殖结合起来，把原本割裂的生产系统通过优化组合，有机地整合在一起。 讨论1:尝试画出桑基鱼塘中的食物链。 讨论2:桑基鱼塘用了生态工程的哪些基本原理？ 自生：桑基鱼塘中生物组分通过合理布设，互利共存，实现了系统结构与功能协调，形成了可以自我维持的有序整体。 循环：“陆基种桑，桑叶饲蚕，蚕沙喂鱼，塘泥培桑”这样的农业生产模式维持着高效的物质循环利用。 协调：所选择的生物与生物，生物与环境达到了协调和平衡。桑和甘蔗适应南方温暖湿润的气候，四大家鱼混养充分利用了群落的空间结构；桑叶饲蚕，利用了种间关系，但养殖的蚕的数量没有多到危机桑的存活。 整体：桑基鱼塘在设计，陆地与水面配比合理，各组分搭配与比例适当，结构有序，形成了一个不可分割的整体。 桑基鱼塘将原本割裂的生产系统优化组合，能够发展多种经营，为农民创造收入，是机构优化的“社会-经济-自然复合系统”。 【表格总结】表格总结分析生态工程的4个原理 生态工程实例 【教师讲述】1.农村综合发展型生态工程（建设宗旨:因地制宜） 问题：农村人多地少，产出不足。 案例：北京郊区某村以沼气工程为中心物质多级循环利用工程 对策：建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，获得较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。 核心：以沼气工程为中心 优点：农、林、牧、副、渔全面发展;开发可更新资源，减少环境污染。 讨论1：在这一案例中，主要运用了生态工程的哪些基本原理?自主、协调、循环、整体 讨论2：这一生态系统的结构和功能有哪些特点?生态系统中的各组分搭配合理，紧密联系形成一个有序的整体实现了物质多级循环利用、能量充分利用，减少了废弃物排放与环境污染。 讨论3：这一生态工程有哪些值得借鉴的做法? ①达到了物质循环利用的良性循环。 ②缓解了农村“三料”(饲料、燃料、肥料)的缺乏问题，提高了土地的产出水平。 ③创造了多种劳动力就业机会，增加了农民收入。 ④开发了可以更新的资源，减少了环境污染。 【教师讲述】2.湿地生态恢复工程 湿地被誉为地球的“肾”，具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和其他多种动植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。 问题：在经济发展过程中，人们对湿地进行排水和围垦，已经破坏了地球上80%的湿地资源。 案例：厦门筼筜湖生态恢复 主要措施：退耕还湖 主要困难：解决迁出湖区居民的生活和就业问题 对策： ①采用工程学和生态学措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及植物物种的引进种植等，使受到干扰的湿地得以恢复。（循环、协调） ·点源污染是指能够找到具体污染来源的污染，如下水道、工厂排污口等。 ·非点源污染是指不能准确确定污染发源地的污染，如农田施用农药、化肥对地表和地下水造成的污染。 ②在湿地周围建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。（自生） 【教师讲述】3.矿区废弃地的生态恢复工程 问题：矿藏开采后会造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。 案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程 对策： ①改良表土 ②种植耐旱灌木、草和树 ③合理确定载牧量 1.措施 人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程。其中，关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤生物群落的重建。 2.具体方法 通过机械方法平整压实土地，人工制作表土。 在人造表土上，植树种草(根据环境引入当地土著物种)。（自生、协调、整体） 设计意图引导学生对农村综合发展型生态工程、湿地生态恢复工程、矿区废弃地的生态恢复工程等进行分析，指出面临的问题，说明解决问题的对策，分析这些实例所运用的生态工程基本原理，帮助学生理解生态工程的意义:使特定区域中的人和自然环境均受益。设计庭院生态工程活动，使学生深入理解并运用生态工程的基本原理，训练学生的系统思维、工程思维和探究实践能力等。 生态工程的发展前景 【教师讲述】 1.我国生态工程存在的问题 ①缺乏定量化模型的指导，难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。 ②有些设计缺乏高科技含量。 ③生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持。 ④缺乏理论指导。 2.我国目前面临的生态危机及对策 危机：人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题。 对策：发挥生态工程建设的作用，重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。 3.对生态工程治理应持有的态度 在肯定生态工程的作用，特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量，更不能误认为只要有了生态工程，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。 4.我国生态工程的前景 中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。 【拓展】庭院生态系统或生态园 【思维训练】 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 4.3生态工程 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 通过前两节的学习，学生认识到人类活动对生态环境造成了巨大影响，并导致生物多样性的丧失。如何解决人类发展与环境、资源之间的矛盾?本节就介绍了可以解决上述矛盾的生态工程，并引导学生进一步理解科学、技术与社会的关系,认同人类必须树立人与自然和谐共生的观念，走可持续发展之路。"导入新课”以奥林匹克森林公园为背景创设情境。近年来，许多城市兴建了与奥林匹克森林公园相似的城市湿地或森林公园，多数学生都有游览的经历和体验，但是学生往往不知道公园建设应用了生态工程的原理和技术。以这个情境引入，既贴近学生生活，也能激发他们的学习兴趣。三个讨论题，层层深入，指向生态工程的概念和设计思想，引导学生关注生态工程。 “关注生态工程建设"环节首先借助两幅漫画介绍了实施生态工程的背景，进而提出“为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律”"旨在解决环境与经济发展协调问题的工程。生态工程应运而生并迅速发展”。由此，自然而然地引出生态工程的概念、目的及优点。 生态工程是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的应用学科，所以生态工门新学科程的基本原理较为复杂和抽象。“生态工程所遵循的基本原理"环节首先介绍了自生原理，因及优点。为自生原理是生态工程基本原理的核心，反映了自然生态系统所具有的独特功能，是教学的重点和难点，因此教学设计中花了一些心思让学生从熟知的生命系统的层次入手，分析每个层次都有自生、自组织，逐渐上升到生态学的自生原理。在循环、协调和整体原理的实例选择中，既有体现我国古代先民生态智慧的“无废弃物农业”，也有失败案例，如西北地区种植不适应当地环境的杨树。这样从正反两个方面进行论述，有助于学生批判性思维的培养。还涉及些社会议题，如农民种树与贫困地区的生活问题等，可帮助学生从整体角度综合考虑生态工程建设中遇到的社会、经济等实际问题,培养学生分析生物学社会议题的能力。 教学过程中，教师引导学生利用已有的生态学知识详细分析三个典型的生态工程实例，总结其中蕴含的生态工程基本原理，进一步体会生态工程的基本原理在具体实践中的应用。教师提前布置学生搜集生态工程的案例，分析其所运用的生态工程基本原理，课上进行展示、交流、分析。 在对三个生态工程实例进行分析之后，分析和展望我国生态工程的发展前景，总结我国生态工程取得的成就以及存在的不足，提出我们只有在政策、观念和行动等多方面做到齐头并进，才能真正搞好生态文明建设。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $