蓝山二中 选修353《生态工程》 教学案例.docx

1、蓝山二中 选修353生态工程 教学案例生态工程 教学案例课前准备：考察前确立研究课题，师生共同制订研究计划。研究计划研究课题：关于村综合发展型生态工程的调查报告阶段一：制定研究计划1.确立子课题要求：各组认领课题后，明确课题负责人，开始进行研究。组别子课题研究方法负责人一组沼气工程的发展情况调查法 二组沼气池的运营状况（能流、成本、管理等） 三组农业生态系统结构模式的变化 四组实行生态工程前后农民生活的变化 2.搜集资料搜集有关资料，了解本课题有关的研究情况（可通过网络、图书馆、书店等）。3.制定计划要求组长组织同学制定计划，并由老师认可。老师事先和村村长联系考察事宜，并将计划交村长安排调查工

2、作。阶段二：实地考察。阶段三：整理资料并撰写报告。阶段四：课题汇报交流（见交流实录）。教学程序教学活动教学手段和方法预期目标1.介绍课前同学们工作的情况。2.提出汇报要求。3.提出听汇报的要求。4.第一组汇报。（1）调查计划和有关的背景资料。（2）调查结果。（3）调查结论。（4）调查体会。（5）答辩。5.第二组汇报。（1）调查计划。（2）调查结果和结论。（3）体会。（4）答辩。6.第三组汇报。（1）调查计划。（2）调查结果。（3）结论。（4）体会。7.第四组汇报。（1）研究计划。（2）问卷设计。（3）调查结果。（4）结论。（5）提问。8.同学讨论、代表发言。9.老师总结。 师：前一段时间大家做

3、了关于村农村综合发展型生态工程的调查报告的研究课题。调查前各组都搜集了很多相关的资料，并制订了研究方案。有的组计划走访农户，自己设计了采访的问题，第四组同学还自己设计了调查问卷。上周三我们利用半天时间考察了村生态工程建设的情况。村沼气工程的负责人张工程师带领同学们参观了沼气工程，村长向同学们介绍了当地生态工程的建设情况，然后各课题组在村中开展了各自的研究工作。回来后，同学们利用一周的时间整理了自己的研究工作，分析材料，并写出了调研报告，今天大家在一起开一个课题报告会，总结交流各组的调研成果。下面各课题组长将对本组的研究情况进行汇报。每组的汇报时间6 min。汇报内容包括研究过程、调查结果、结论

4、、讨论、建议，以及收获与体会等，然后用2 min回答同学的问题。汇报结束后，用几分钟全班进行讨论和评议，最后教师总结。同学进行汇报时，各位同学都是评委，以组为单位，按照评价要求评价其他组同学的表现（内容见附表）。听汇报时应该注意以下要求：（1）认真听同学的汇报，并评判他们组是否按计划完成了调查工作；（2）如果发现某组调查中有问题或有补充意见，应该及时提出；（3）最重要的是要做好记录。在完成汇报后，大家共同对各组汇报进行评议。下面请第一组同学汇报。第一组汇报我们组的研究课题是村沼气工程的发展情况。选择这个题目后，小组的五个同学就开始了准备工作，我们上网搜集了资料，查询了人们对沼气的认识和沼气工程

5、在我国的发展情况。很多同学认为沼气就是甲烷，经调查大家明白了沼气是一种混合气体，主要成分是甲烷，除此以外，还有少量的一氧化碳、硫化氢、氢气等，与天然气的成分相似。天然气是一种不可再生能源。我国农村的大面积推广沼气池是在20世纪60年代以后。村第一个沼气池建于20世纪80年代，是由城里的大学老师指导农民修建的。我们走访了村里60多岁的张大爷，他向我们介绍了村里沼气池的发展情况，并带我们参观了村里的第一个沼气池。这是一个老式的、家庭式的沼气池，沼气池的原料是人和牲畜的粪便，从外观上看像一个土井。但是由于发酵工艺的问题，菌的活动不稳定，特别是冬天，沼气池内温度过低，不能产气，这时农民就只能烧柴，沼气

6、池的作用不能完全发挥出来。20世纪90年代后，科学工作者研究出了新型的沼气池。这种沼气池价格便宜。最重要的是：它是按照生态工程的原理设计出的“四位一体”沼气池，同学们参考课本中“思考与探究”题中的图，“四位”是指沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分，这是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。 大学的老师用新技术亲自指导农民建沼气池，并且帮助村里建立农村综合发展型生态工程，对沼气池进行综合开发和利用。农民尝到了农村综合型生态工程带来的好处，村里的经济蓬勃发展，农民的收入也不断提高。我们参观的这个村子目前已经建立了各种类型的沼气池96个，家家都有家庭式的小型沼气池，造价比较便宜，很多家庭的沼气池

7、都是“四位一体”模式，生产的沼气主要用于做饭和烧水。村里人提起沼气池都十分兴奋。沼气反应池结构相当简单，建造成本低。我们组的结论是在农村发展沼气池很有前途。通过这次调查和研究，我们了解了沼气工程在我国农村的发展状况，特别是体会到了沼气工程给整个村子带来的变化。以沼气池为核心的农村综合型生态工程，改变了农村旧的生产方式，特别是对农民的生活产生了重大影响。当然,通过研究设计思路、实地调查、撰写报告等活动，使我们搜集资料的能力也有所提高；在与农民的接触中，我们真正感受到了他们的朴实、诚恳和热情。学生问：请问报告中为什么没有提出农民自家的沼气池成本情况，建个沼气池贵吗？答：家庭式沼气池很简单，工程部分

8、是农民自己建设的。成本应该包括水泥砌的池子和台子，购买储气箱、导气管、气压表等费用，有的家庭不用农村土灶台了，改用新的灶台也要投入些钱。另外，产气多了，还能够带热水器等。以上费用合计，家庭沼气池的成本约为上千元，总体上说农民还能够承受。师：下面请第二组同学汇报，课题是村沼气池的运营情况。第二组汇报我们组的研究课题是村沼气池的运营情况。我们制定的研究方案包括下列几个方面的内容：沼气池的原料和产气状况、菌群的发酵和管理、沼气池的能流情况。（一）沼气池的原料和产气情况。本村沼气池发酵用的原料有猪、鸡的粪便、废物污泥、麦秆、青草和人的粪便等。每种原料的产气量见表5-1：表5-1 沼气池原料及产气情况原

9、料名称产沼气量/（m3t-1）甲烷含量的体积分数/%猪粪60055鸡粪30060废物污泥40050麦秆30060青草63070我们组的结论是：（1）沼气发酵的原材料几乎都是来自农家天然有机物；（2）不同的材料发酵效果不同，但甲烷含量差别不大。（二）菌群的发酵和管理。沼气发酵是一个复杂的过程，由若干种厌氧菌参与。在发酵过程中，每种菌的生长都受到一定的限制，实际上小型化沼气池甲烷生产过程中并不一定需要很高的技术及复杂的发酵工艺设备，而且发酵所需的原材料很容易得到。但是，大规模甲烷生产就需要对发酵过程中温度、pH、湿度等进行严格控制，这需要较高的技术。（三）沼气池的能流状况。这方面在教材中已作详细介

10、绍。原料无论是猪、鸡、人的粪便，还是麦秆和青草等，都是生产者固定的太阳能。这些原料经过微生物的发酵后，产出的沼气作为能源使用，还有一部分能量还保存在沼液和沼渣中，这是好的肥料和饲料。村里对沼渣的处理是：将沼液和沼渣分离出来做肥料或饲料。我国农村自古就有一句俗语“庄稼一枝花，全靠肥（粪）当家”。畜禽粪便是宝贵的资源，它含有大量的氮、磷等营养物质。我们在书店里买到一本书农村生态工程技术，从书中查到了一些数据，例如，猪粪含磷量为3.41 kg/t，含氮量为5.88 kg/t。此外，利用沼气发酵的方法可将粪便污水进行发酵产生沼气，在此过程中，粪便中的有害细菌含量可大幅度下降，这样不仅可以提供清洁的新能

11、源，而且还可以达到资源的多级利用，即“三沼”产品的综合利用：沼气可直接为农户提供能源；沼液可直接肥田、养鱼等；沼渣是高效优质有机肥。更主要的是通过生产“沼气”这一环节，把种、养联系起来，形成一个物质多层次高效利用的生态农业良性循环系统。表5-2 畜禽粪便中氮、磷平均含量畜禽类别含磷量/（kgt-1）含氮量/（kgt-1）猪粪3.415.88尿0.523.30牛粪1.184.37尿0.408.00鸡粪5.379.84本组的题目专业性强，为此，我们查阅了大量的书籍及网上资料，遇到不懂的问题，就问老师，老师耐心地回答我们的问题，并表扬了我们这种精神。问：参观时，工程师介绍说沼气池产气还是不太稳定，例

12、如冬天产气就少些，如果该做饭时没有气怎么办？答：产出的气要进入气室储存，需要时就能供气。但有些家庭也以瓶装液化气作为补充。问：在沼气发酵的一定时期，需将沼渣和沼液排出，这时产气停止了吗？答：一般北方农民家里的沼气池一年清一次沼渣和沼液。多数在冬春季进行，这时沼气池内细菌活动减少，产气已基本停止。南方可根据情况随时清理。第三组汇报我们的研究题目是村农业生态系统结构模式的变化。研究分两部分，一部分是没有实施沼气工程前，该地区的生态系统结构模式的特点；另一部分是推行沼气工程后，农村综合生态模式的建设情况，该村的生态模式发生了怎样的变化。调查时，我们将研究工作分两个小组进行。第一小组研究推行沼气工程前

13、的生态模式，研究方法是走访村中的老乡和村长。我们了解到的情况是：过去村里的农业模式是传统式的，农业的核心是农田，农民的收入全部依赖田里的产量。农田产量不高，能量的利用低，更多的是利用化肥的“石油农业”。第二小组研究沼气工程推行后农村建立了以沼气工程为中心的生物质能多级循环利用工程。这个工程充分利用了物质循环原理（图5 3）。在旧的农业模式中，以作物的秸秆作为燃料，来不及处理时就在田里焚烧，结果造成了空气污染。实行了生态工程后，作物的秸秆被用来发酵生产沼气，还能用来生产食用菌。村里建了蘑菇养殖房，产出的蘑菇是农民收入的来源之一。村里还利用了特殊的技术处理这些秸秆（利用氨水或氮素化肥处理稻麦秸秆，

14、使之软化适口），经过处理后的秸秆可成为好的饲料，用来喂养畜禽。人、畜粪尿过去被用来沤肥、浇地，这种做法不卫生，一些寄生虫病可通过人、畜粪尿传播。现在村里的这些粪尿可以进沼气池发酵。发酵产生的沼气可以用来做燃料；发酵后产生的沼液用于养鱼；清理出的沼渣也不是废物，由于发酵作用，一些致病菌被消灭，营养成分含量高，成为有机农产品的“无公害肥料”。该村生产的蔬菜已经符合绿色食品生产的标准，基本不使用化肥，成为绿色蔬菜生产基地。沼渣还可以用来喂养畜禽，秸秆中含纤维素，经过发酵后，沼渣中纤维素含量很低，而营养价值却提高了，村民养鸡和养鱼都可以利用沼渣。总之，沼气池带动了全村农业的大发展。这一模式的能流、物流

15、的结构示意图如下所示。图5-3 沼气工程能流、物流结构示意图我们组的结论是：以沼气工程为核心的农村综合型生态工程通过生物质能的多级利用，循环再生，也就是说，能够更有效地利用植物固定的太阳能，显示出明显的优越性。我们就从一个方面谈谈体会：物质循环利用图是我们自己画的，画好这张图需要实地调查，查阅资料，自学等。这使我们体会到做好一件事情是十分不容易的。第四组汇报我们组的研究课题是实行生态工程前后农民生活的变化，研究的方法是走访农户，做访谈调查，为此，我们特别设计了问卷。在问卷设计过程中，本班同学的家长为我们提供了帮助，不仅教我们如何设计问题，还向我们介绍了参考书，另外还帮助我们修改问卷，下面是问卷

16、的提纲部分：第一部分：实行生态工程前后农民生活状况与生活质量1.生态工程实行前后人均年收入情况，各项主要的收入情况（包括粮食作物、经济作物、副业、外出打工收入等）。2.生态工程实行前后主要的支出有哪些？（衣食住行学等）3.生态工程实行前后每年剩余多少钱？剩余的钱打算干什么？4.对目前的生活是否满意？主要满意的方面有哪些？不满意的有哪些？第二部分：农民对生态工程的认识1.是否知道本区域实施农村综合性生态工程？为什么要实施生态工程？2.是否愿意支持生态工程？3.生态工程和自己的生活有什么关系？4.期望生态工程给自己的生活带来怎样的变化？我们共走访了10户，下面是我们的调查结果。第一部分：调查实行生

17、态工程前后农民的生活状况和生活质量。该村过去是有名的穷山村，种的庄稼只能满足农户自己的口粮，粮食卖出的很少，只靠本地的土产增加一些收入，人均收入一年才几百元，不少农民被迫外出打工。现在实现了沼气工程，村里的产品多了，种杂交玉米，产量提高了，卖粮食成为重要的收入。靠沼气工程带动的产业还创造出了较大的经济价值：绿色蔬菜使很多农民发了财；村里有几家是养鱼、养猪或养鸡专业户，这些人家靠卖鸡、卖猪就能赚很多钱；村里还利用沼渣和处理秸秆技术，建起了小型饲料加工厂，生产饲料，创造出了较大的经济价值；村里将自产的土特产（绿色食品）推销到城里，成了热销品；除此之外，他们还利用自己的优势，发展了旅游农业和观光农业

18、，带动了这一地区农业经济结构的改变。村里人均收入翻了几番，达到了几千元。外出打工所占的比例有所下降。这些都充分说明实行生态工程后对农民生活产生的巨大影响。农民的支出也大幅度增加，以前钱主要花在卖种子和化肥上，而现在主要花在孩子上学上，有一户农民还自己花钱送孩子到城里上学呢！此外，吃穿上花钱也比以前多了。看来生态农业带来的是农民观念的转变呀！农民的剩余资金增加了10倍。我们最关心的是他们如何计划利用这些剩余资金。为此，我们走访了一些农民，他们各有打算，有的计划盖房子，有的计划投入扩大生产，也有一半人打算攒起来，用于自己生病和子女的教育费用。第二部分：调查农民对生态工程的认识。大部分人对生态工程有

19、一定了解，而且接近90%的农民支持生态工程；87.4%的受访者认为与他们关系密切；68%的农民认为目前生态工程给他们带来变化与他们的期望相符。通过第一部分的调查，我们的结论是：生态工程的确使农民的生活状况和生活质量有了很大的变化。村长说：“沼气工程是生态家园富民工程。”第二部分调查的结论是农民对生态工程有一定的认识，支持并认可生态工程给他们带来的变化，对村里生态工程带来的变化是满意的。问：什么是副业？答：主要是买些山里的土产：核桃、蘑菇等。学生：我认为各组的汇报各有特点，例如：第一组同学认真查阅了沼气工程在我国开展的历史背景，使我们明白了为什么目前要大力推广沼气工程。第二组自己到大学找教授请教

20、问题，我们很佩服。第三组同学自己画能流图。特别是第四组的问卷设计得太好了！统计后用数字来说明问题，使我们学会了问卷调查的方法。学生：我想谈谈一些不足：第一组汇报调查内容设计的略简单了；第二组应该细致的调查原料的投入和产出比例；第三组同学提出了生态工程给村里带来的变化，但没有详细的统计每种变化的比例；第四组调查的样方太小了。但我感觉他们有些研究的味道，这次研究性调查，真正锻炼了我们的能力。教师：各组的汇报都很出色。通过这次考察和研究，同学们共同认识到了农村综合发展型生态工程的特点。我国有9亿多人口生活在农村，农业、农村、农民就是大家常听到的三农问题，解决这个问题具有十分重要的意义。我国为什么要发

21、展沼气工程？ 21世纪是实现我国农业现代化的关键历史阶段，现代化的农业应该是高效的生态农业。沼气工程把农业生产、农村经济发展和生态环境保护、资源高效利用融为一体，不仅较好地解决了农村的能源问题，而且实现了废弃物的再循环利用和资源化，并且创造了新的生态产业（如沼气池的建设和维护），促进了农牧结合为中心的多种经营，为农村剩余劳动力提供了就业机会，促进了农村的综合发展。目前沼气工程还存在一些问题。例如，北方沼气产气在冬天不稳定，需要加热；沼气的一次性投资较大，部分农民在财力上有困难；对沼气的研究还应当加强，以促进沼气工程的推广。大家在这次调查活动中所表现的能力和精神值得表扬。但研究过程也暴露出大家的

22、一些问题，如调查时取样太少，数据的可靠性就不够了。通过调查，我们还增进了对农业、农村和农民的了解，不少同学在调查结束后都流露出恋恋不舍的心情。我国是一个农业大国，农业、农村和农民问题关系到我们整个国家的兴衰。让我们继续关注农业的发展，力争为振兴农村经济作出自己的贡献吧！ 讲授。学生讲述。展示第一个沼气池的图片。学生看书，并展示沼气池的实景照片、全村沼气池统计图，以及大学教师指导农民建沼气池的图片。展示本组研究计划。展示不同物质生产的沼气量。展示常用的沼气原料中的氮、磷含量。演示参考书目和感谢的教师名单。展示研究计划。展示生态模式的物质循环示意图。展示村里生产的“绿色蔬菜”等图片。展示沼气工程能

23、流、物流结构示意图。展示问卷和调查结论的图表。讲授。 使学生明确研究过程和自己在本专题研究中承担的任务。使学生明确汇报的程序。培养学生听汇报的能力，参与讨论的能力，并学习评价论文。清晰的表达自己的研究工作，并学会制作汇报讲稿。培养获得信息、整理信息和分析信息的能力。培养学生综合分析问题的能力。培养学生用图表介绍研究结果的能力。培养学生质疑的能力，以及听取他人意见及回答他人提问的能力。培养实地调查能力和使用图表介绍研究结果，以及整理资料的能力。培养质疑和答辩的能力。培养利用图表介绍研究结果的能力。培养质疑和答辩的能力。培养学生比较研究能力。学会设计问卷。培养评价他人工作的能力。将学生还没有认识到

24、的沼气工程的意义介绍给学生，使学生理解科学、技术和社会之间的关系。客观分析沼气工程的不足，以发展的观点看待事物。附：某位评委对第四组同学调查报告的评价内容要求得分评语1.搜集信息从多种途径主动搜集生物学信息；对信息进行鉴别、选择、整理、运用和分享。20利用图书馆、书店和询问家长等途径设计查询问卷；利用网络查询北京市农村收入等信息。上述工作表现出较高的搜集信息的能力。2.实地调查调查的问题数量适当；问题目的明确、清楚；层次分明；阐述准确；问题围绕研究目的而设；注意调查的科学性和准确性。20调查问卷准备充分；问题明确；层次分明；特别是在半天的调查中，尽可能取较多的样本；随机取样。3.论文写作格式规

25、范；思路清晰；语言表述流畅；能利用数学方法处理和解释数据；材料分析深刻、全面，并能作出合理判断；用准确的术语、图表介绍结果和阐明观点。19格式规范；特别对调查的结果，能运用数学的方法进行统计，并用柱形图和饼形图来表示结果；对结果的分析较深入；讨论部分充分。但应该对该村存在的问题进行更深入的分析，由于受到调查时间的限制，所以取样太少。4.调查汇报态度端正；问题阐述明确；语言流畅；材料分析深刻、全面；听取他人的意见，利用证据对自己的结论进行辩护以及必要的反思和修改；利用Power Point汇报，制作认真、有特点。19汇报思路清晰、流畅；Power Point制作较好，希望回答问题更准确些。5.合

26、作分工合理、明确；配合默契；组长工作认真，能协调各方面的工作。20同组6位同学分工明确，配合默契，每个同学根据自己的特点完成了一部分工作。小组长威信高，工作负责。前沿动态1.关于沼气的研究进展沼气发酵是一个极其复杂的生物化学过程，包括各种不同类型微生物所完成的各种代谢途径。这些微生物及其所进行的代谢都不是在孤立的环境中单独进行的，而是在一个混杂的环境中相互影响。它们之间的相互作用包括：不产甲烷细菌与产甲烷细菌之间的作用；不产甲烷细菌之间的作用和产甲烷细菌之间的作用。在沼气发酵过程中，不产甲烷细菌与产甲烷细菌之间，相互依赖，互为对方创造和维持生命活动所需要的良好环境条件，但它们之间又互相制约，在

27、发酵过程中处于平衡状态。它们之间的主要关系表现在下列几方面：不产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长所需要的基质；不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原条件；不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有害物质；产甲烷细菌又为不产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制；不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中适宜的pH。沼气发酵的整个过程分为三个阶段，即液化阶段、产酸阶段、产甲烷阶段。有机物分解可分为两个阶段：第一阶段，复杂的高分子有机物质转化为低分子的有机物，例如乙酸、丙酸、丁酸等；第二阶段，将第一阶段的产物转化为甲烷和二氧化碳。其中乙酸转化为甲烷有两条途径：乙酸的甲基化形成甲烷；乙酸转化为CO2和H2，再形成甲烷。总体来看，目前我国关于沼气的科研较薄弱，沼气发生的一些基本原理目前仍在探索之中。2.我国生态农业面临的一些问题生态农业是在不晚于国际可持续发展和可持续农业思想肇端的20世纪70年代晚期，由我国科技人员、农村基层干部和农民，在当时几乎与外部世界隔绝的特殊年代，完全靠自身对农业发展途径和战略的思考与判断而创建出的中国农业可持续发展的模式。它基于中国传统农业的精华无废弃物农业，同