Закономерности и случайности в мире природы, или как в этом мире живут сообща
методическая разработка по биологии (9 класс) по теме

Закономерности и случайности в мире природы, или как в этом мире живут сообща

Фаллер  Татьяна Николаевна МОУ СОШ С УИОП № 16,учитель биологии г. Комсомольск-на-Амуре

Предмет (направленность): биология,   урок обобщения и систематизации знаний по теме «Закономерности и случайности  в мире природы, или как в этом мире живут сообща». Форма урока –  интерактивный семинар

 Возраст детей: учащиеся 9 класса

Место проведения: класс.

Цель урока:  обобщить   знания об  экосистемном уровне  организации.

Задачи урока:

Личностные

Продуктивное сотрудничество со сверстниками в группе при решении различных  учебных и творческих задач  

Предметные:

Овладение способностью к выявлению закономерностей, связей внутри сообществ  между организмами

Метапредметные:

Формирование навыков сравнения, обобщения, анализа понятий, терминов, признаков.

Оборудование: папки, в которых находятся файлы с  заданиями для каждой группы, иллюстрации с  изображениями  разнообразных животных и растений, биоценозов, портреты ученых, дополнительный материал по теме урока, листки самоконтроля и самооценки, мультимедио- сопровождение, видеофрагменты:  «Происхождение жизни на Земле», «Современная природа», анимация пастбищной цепи, презентации учащихся. Альбомные листы, клей, фломастеры, магниты.

        Подготовительный этап. Класс делится на группы по 4 – 5 человек, расставляются парты для работы в  группах.  На каждую группу раздаются папки с заданиями  и необходимым дидактическим материалом для работы на уроке.  

Оформление доски - эпиграф:

«Везде, вплоть до покрытых  льдами

полюсов, воздух звенит  от пения птиц

и жужжания   кружащихся насекомых.

Не только  в густых парах нижних слоев

атмосферы, но и в чистом эфире верхних

слоев все полно жизни»

А. Гумбольдт

        Ход урока

        I.Вводно-мотивационный этап. 

Учитель: И. Гете высказал мысль о том, что «Природа - единственная книга, на всех своих страницах заключающая глубокое содержание». Что определено автором  как глубокое содержание книги – природы?

  Может,  мы, найдем ответ  в отрывке из   произведения А. Гумбольдта:  «Везде, вплоть до покрытых  льдами  полюсов, воздух звенит  от пения птиц  и жужжания   кружащихся насекомых. Не только  в густых парах нижних слоев  атмосферы, но и в чистом эфире верхних слоев все полно жизни».

Вероятно это цепь случайных, или  закономерных событий  произошедших  когда – то.   Возникновение  многообразия форм жизни?  Развитие этих форм?  Процессы, обеспечившие существование  жизни на уровне разнообразных экосистем?  Механизмы  взаимного существования организмов?

    Чтобы раскрыть  смысл сказанного И. Гете, рассмотрим «калейдоскоп   событий» и выполним  задания.

 Для   выполнения заданий вам понадобится дополнительный материал, лежащий на столах в каждой группе.

 В течение  работы  необходимо  составить  «коллаж  событий» из имеющихся рисунков, иллюстраций, где вы можете дорисовать  и дописать  недостающие элементы коллажа, используя фломастеры и альбомные листы.

        II.Операционно-содержательный этап.

1.Калейдоскоп событий.

Совместно с учителем беседу по вопросам проводят   консультанты.

Работа с заданиями по группам.

  Группа №1. Задание - событие. «Происхождение жизни на Земле».

 Показ видеофрагмента о происхождении жизни на Земле перед выступлением группы.

Прочитайте задание.

  В 1924 году будущий академик опубликовал статью «Происхождение жизни».  Он

предложил первую концепцию химической эволюции. Согласно ей процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:

 - возникновение органических веществ;

 - возникновение белков;

 - возникновение белковых тел.

Ответьте на вопросы:

- Кто этот будущий академик?

- Какие случайности и закономерности рассматривались в его работе?

- Кто еще высказывал подобные взгляды?

- Какие теории о происхождении жизни на Земле существуют на современном этапе развития науки?

Сделайте вывод.

Предполагаемые ответы.

1. Академик А. И.Опарин.

2. Появление и  происхождение  жизни на Земле.  Образование   первых организмов.

3. Подобные взгляды также высказывал британский биолог Джон Холдейн.

Проверил гипотезу  Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера — Юри

Существует еще несколько гипотез и теорий происхождения жизни  на современном этапе развития науки: гипотеза РНК-мира;  гипотеза мира полиароматических углеводородов; теория панспермии,  теория самопроизвольного зарождения; теория стационарного состояния; теория креационизма.

Большинство ученых   в наше время считает, что случайные химические события, совершавшиеся на протяжении миллиарда с лишним лет, привели к образованию химических веществ, которые становились все сложнее и сложнее, все больше и больше походили на нечто живое; некоторые из таких скоплений превратились в клетки. Четыре главных условия способствовали возникновению жизни на Земле:

-.наличие определенных химических веществ;

- наличие источника энергии;

- отсутствие газообразного кислорода;

- безгранично долгое время.

Предполагаемый вывод: никто не знает как это происходило,  потому как не было свидетелей данного события, но ученые используя научные методы пытаются воспроизвести и доказать факт случайного и в тоже время закономерного события - возникновения жизни на Земле.

Группа № 2. Задание - событие «Современная природа».

Показ видеофрагмента о современной природе перед защитой задания.

 Ответьте на вопросы:

Живая природа на современном уровне ее развития имеет совершенно другой вид, чем был 4500 млн. лет назад. Почему?

- Какие  уровни  организации  можно выявить?

- Какая наука помогает увидеть все родственные связи между эволюционными группами организмов  в свете их исторического развития?

- Каким образом на современном этапе развития науки  отображена степень организации живых организмов, соподчиненность эволюционных групп от простых  к сложным.

3.Сделайте вывод о рассматриваемых закономерностях.

Предполагаемые ответы.

1.Появилось огромное многообразие живых организмов на нашей планете, что обусловлено множеством факторов:

а) это уровни организации, существующие в природе: молекулярный, клеточный, тканево – органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный;

 б) на этих уровнях представлены все формы жизни в различной  степени их организации:  доклеточные формы жизни (вирусы и бактериофаги), доядерные организмы (прокариоты), одноклеточные эукариоты (протисты) и многоклеточные эукариоты (представители грибов, растительного и животного мира);

в) многообразие форм организмов определяет их среда обитания, которая на протяжении эволюции самой планеты и жизни в ней совершенно изменилась;

г) организмы заселяют все среды – воздух, воду, почву, организмы;

д) они различаются многообразием форм и размеров.

2. Наука систематика.

З. В классификации живых организмов

 Предполагаемый вывод:

 Современная природа имеет совершенно другой вид, чем 4500 млн. лет. Она  представлена  различной степенью организации появившихся в процессе эволюции видов, на всех существующих  уровнях организации живой природы. Увидеть все родственные связи между эволюционными группами организмов,  в свете их исторического развития, помогает наука систематика. Отражение закономерного порядка в природе, взаимоотношений и взаимосвязи видов, их происхождение, особенности внешнего и внутреннего строения, химический состав, особенности жизнедеятельности положено  в основу классификации живых организмов. Закономерным является и то, что организмы могут жить только  во взаимосвязи друг с другом и с окружающей средой в сообществах и экосистемах.

Группа №3. Задание - событие «Галерея достижений ученых».

Прочитайте текст в п.1,2,3, 4. Ответьте на вопросы.

 1. В конце семидесятых годов прошлого века немецкий биолог изучал устриц на банках в Северном море. Он был одним из немногих в то время ученых, кто применял комплексный метод исследований. Его интересовали не только сами устрицы, но и условия их жизни. Ученый измерял температуру, соленость моря, обращал внимание на грунт. В результате он смог составить количественную характеристику условий, требующихся для обитания устриц. Они оказались строго определенными. Главное же, он подметил, что вместе с устрицами постоянно встречается другие животные — простейшие, губки, кишечнополостные, иглокожие, мшанки, черви, асцидии, ракообразные, моллюски, рыбы. Следовательно, решил он, им требуются примерно те же самые условия, что и устрицам. Группировки эти не случайны, а появляются благодаря сходным требованиям к факторам среды у различных организмов.

 - Кто этот немецкий биолог?

 - Каков итог данной работы?

2. Он основатель современного почвоведения, в самом конце прошлого века правильно раскрыл значение почвы как особого тела природы.

Именно благодаря его  учению стало возможным введение в термин «биоценоз» скромной частички «гео» — земля. Сделал это наш крупный ученый академик основатель учения о биогеоценозах — биогеоценологии. Он показал, что нельзя рассматривать сообщества растений и животных в отрыве от важнейших факторов среды и прежде всего от почвы.

Назовите данных  ученых.

3. Английский эколог, который подчеркивал, что в природе органические (биотические) и неорганические (абиотические) факторы выступают как равноправные компоненты и не следует отделять организмы от окружающей их среды:

 - Кто этот  английский эколог?

 - Что он сделал в науке?

 - Какую закономерность мы проследили, рассматривая деятельность известных ученых?

 4. Вернемся к работе ученого, который изучал устриц на банках в Северном море.  

- О каких   группировках состоящих из простейших, губок, кишечнополостных, иглокожих, мшанок, червей, асцидий, ракообразных, моллюсков, рыб, которые постоянно встречались вместе с устрицами  в тех же условиях, идет речь?

 - Как иначе можно охарактеризовать « устричную  банку» в Северном море?

-  Какой эволюционный фактор постоянно   действует на обитателей сообщества?

 - Какое свойство живых  систем обеспечивает существование  биогеоценоза и взаимосвязь его компонентов?

Сделайте вывод о рассматриваемых закономерностях.

Предполагаемые ответы.

1. К. Мёбиус.

  Предложил термин биоценоз.

2. В. Докучаев, В. Сукачев.

3. а) А. Тенсли. Предложил термин «экосистема», в 1935 г.

   б) Увидели, как появились и сформировались важнейшие понятия - сообщество, биоценоз, экосистема,  определяющие закономерности жизни, ее взаимосвязи с живыми  и неживыми компонентами природной среды.

4. а) Группировки можно назвать популяциями – это совокупность особей одного вида, длительно существующих на определенной территории и относительно изолированных от других особей одного вида. Каждая популяция может существовать  только в определенных условиях.

   б) Является сообществом живых существ  «...собранием видов и скоплением особей, которые находят здесь все необходимое для их роста и существования, то есть соответствующий грунт, достаточное количество пищи, надлежащую соленость и благоприятную для их жизни температуру...»

   в) Постоянно действует отбор под влиянием внешних условий жизни.

   г). Каждый биогеоценоз существует, прежде всего, благодаря непрерывному обмену веществ и энергии, как  между отдельными составными его компонентами, так и с другими биогеоценозами.

Предполагаемый вывод:  закономерность состоит в том, что популяции живых организмов,  существующие   в определенных условиях среды, образуют сообщества. В принципе биогеценоз это такая же кибернетическая система, что и популяция, но более сложная.  В сообществе под влиянием внешних условий среды обитания  постоянно действует естественный отбор. Каждый биогеоценоз существует, прежде всего, благодаря непрерывному обмену веществ и энергии, как между отдельными составными его компонентами, так и с другими биогеоценозами.

Группа № 4. Задание - событие «Поэтические открытия».

Прочитайте стихотворение Д. Свифта (п.1), отрывки из  поэмы Э. Дарвина (п.2, 3), попробуйте определить смысл заложенного в этих поэтических произведениях и ответить на вопросы.

1.Известный английский писатель-сатирик Д. Свифт писал:

Под микроскопом он открыл, что на блохе

Живет блоху кусающая блошка;

На блошке той — блошинка-крошка,

В блошинку же вонзает зуб сердито Блошиночка...

 - Какой смысл заложен в данном поэтическом отрывке?

2.Эразм Дарвин, врач и поэт, дед великого естествоиспытателя Ч. Дарвина, умер в 1802 году. Через год, посмертно, вышла его поэма «Храм природы».

Получилось так, что внук обосновал и выразил в научной форме идеи, намеченные дедом поэтически.

Свирепый волк, с кормящею волчат

Волчицею — гроза невинных стад;

Орел, стремясь из-под небес стрелою,

Грозит голубке смертью злою;

Голубка ж, как овца, должна,

Кормясь, губить ростки и семена.

Охотнице-сове, средь ночи темной,

Не жаль певца любви и неги томной,

А соловей съедает светляка,

Не посмотрев на прелесть огонька.

Светляк же, ночи светоч оживленный,

Вползая вверх, цветок съедает сонный.

 - Какие идеи внук обосновал и выразил в научной форме намеченные дедом поэтически?

- Что  можно найти в описаниях данной поэмы?

 Без какой системы понятий здесь не обойтись?

- Что роднит тлю и слона?

- А кого мы можем поставить рядом с совой?

- Кем является орел, не пощадивший голубку, но способный напасть и на волка или лисицу?

- Назовите животных, которые могут сидеть на двух и трех полочках?

3. Что показано  в данном  отрывке поэмы Э. Дарвина?

И вещество, без жизни, возвратится

В борьбу стихий химических стремится.

Так силой жара из бродильных масс

Стремится кверху, расширяясь, газ,

Но вновь, сгустясь, в холодных кольцах вскоре,

Спускается, отяжелев, к опоре.

4.Показ  анимации, где рассматривается схема пастбищной пищевой цепи перед выступлением группы.

 - Какие закономерности иллюстрирует схема пищевой цепи?

 -Чем определяется устойчивость экосистемы?

        Предполагаемый вывод: на примерах произведений английского писателя-сатирика Д. Свифта и  поэта, врача Эразма Дарвина,  деда великого естествоиспытателя Ч. Дарвина, были рассмотрены закономерности образования связей внутри сообществ между организмами в процессе эволюции, в виде трофических цепей и сетей, благодаря которым осуществляется круговорот вещества и энергии. Устойчивость в экосистемах определяется биологическим разнообразием и сложностью трофических связей организмов, входящих в ее состав.

        Предполагаемые ответы.

1. Любая общность животных и растений одного вида, или популяция, — неразрывно связана с множеством других общностей, других популяций, т.е. сообщества. И в этом разнородном  семействе, все зависят друг от друга.

В оперении любой птицы можно встретить многообразие видов  наружных паразитов — клопов, блох, пухоедов, мух-кровососок, клещей. Внутри организма птицы  обитают вирусы, бактерии, микроскопические простейшие.

2.а) В поэме показана в развитии и совершенствовании история жизни на Земле, т. е. эволюция.

  б) Три цепи питания, или  — трофические цепи

Трава — овца — волк,

«ростки и семена» — голубь — орел,

«цветок» — светляк — соловей — сова.

Две пищевые цепочки, имеющие три звена и  одна четыре. И везде в начале каждой цепочки — растительный корм, а в конце  — крупное хищное животное.

Построение таких цепочек основано на том, что организм предыдущего звена служит единственным кормом для организма, расположившегося «выше». Но ведь это не всегда так. Овцу, помимо волка, может похитить беркут, да и человек тоже. Известны не только цепи хищников. Есть цепи паразитов, которые начинаются с крупных организмов и заканчивающиеся более мелкими, цепи сапрофагов, берущих начало с мертвого органического вещества. Имеются два типа пищевых цепей, бастбищная и детритная. Да и в действительности существуют не цепочки, а трофические сети различной сложности; подчас в них включены многие тысячи организмов.

   в) Продуценты, редуценты, консументы, редуценты.

   г) Тлю и слона роднит не только принадлежность к  потребителям, они — консументы первого порядка, являются растительноядными  животными.

  д) Вместе  с совой могут оказаться и стрекоза, и окунь, и стриж, и многие другие животные, консументы второго порядка, хищники, плотоядные животные.

  е) Есть консументы третьего порядка, «хищники хищников». Таков, например, орел, не пощадивший голубку, но способный напасть и на волка или лисицу.

ж) Некоторые животные могут  быть как консументами первого порядка,  так и второго. Ондатра, когда она питается рогозом, — обыкновенный растительноядный вид; отведав рыбу или моллюска, она становится консументом второго порядка.

з) Это работа редуцентов, без которых  невозможен круговорот вещества.

Организмы, способствующие  распаду и минерализации мертвого вещества. К ним относятся бактерии, грибы, животные из самых различных систематических групп.

и) Схема пищевой цепочки наглядно иллюстрирует две закономерности:

   Первая — принадлежность всех организмов к какому-либо трофическому уровню.

   И вторая закономерность — продвижение органического вещества «снизу вверх», от продуцентов — растений — к консументам — животным все более высоких порядков.

к) Устойчивость экосистемы обеспечивается также биологическим разнообразием и сложностью трофических связей организмов, входящих в ее состав.

Группа 5. Задание - событие «Геометрические метаморфозы».

Ответьте на вопросы

1.Трофическая цепочка:  трава — кузнечики — лягушки — ужи — змееяд, пять звеньев, пять полочек.

Если же мы превратим эти полочки в прямоугольники, не меняя их длины, и поставим их один на  другой, что получится?

 - Какие еще пирамиды вы знаете?

 - Где существуют перевернутые пирамиды?

  - Что определяет  правило экологической пирамиды?

 2. Решите задачи:

   а) оставьте цепь питания и определите, сколько га луга потребуется, чтобы прокормить человека массой 54 кг (их них 63% составляет вода). Первичная биологическая продуктивность луга (масса сухого вещества на 1кв. м площади в год) – 200 г.

  б) Чарльз Дарвин  в шутку, но, как оказалось, совершенно справедливо, утверждал, что в природе существует биологическая связь даже между старыми девами, любящими кошек и…. бараньими котлетами. Обоснуйте это утверждение и найдите связь между старыми девами, любящими кошек, опылителями клевера и бараньими котлетами.

Предполагаемые ответы:

1.а) Экологическая пирамида

   б) Пирамида чисел, биомассы, энергии.

   в) В Мировом океане существуют экологические пирамиды продуктивности — здесь все, как в наземных экосистемах, — и нет пирамид биомассы. Вернее, есть, но они перевернуты с «ног на голову». Общий вес животных, населяющих океан, почти в 20 раз превышает вес растений!

 г) Закономерность, согласно которой количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую.

2. Решение задачи:

а) Цепь питания:  трава-корова-человек

б) определяем сухой вес человека:

           54 кг составляет  100%

                 х  кг – 37%

                 х   =  19,98 кг

в) на основании правила экологической пирамиды определяем,

 сколько необходимо травы, чтобы воспроизвести такую массу:

         трава   -   корова  -  человек

        1998кг. – 199.8кг – 19,98кг  

г) используя первичную биологическую продуктивность, определяем

   площадь луга, которая потребуется, чтобы прокормить человека:

         1кв. м составляет 0,2 кг

          х кв. м – 1998 кг

  отсюда х=  9990 кв. м, т.е. 0,999 га

3.В Англии старые девы, как известно, очень любят кошек и разводят их во множестве.

   Кошки охотятся за мышами. Мыши разоряют гнезда шмелей. Вот поэтому гнезда шмелей особенно многочисленны около городов и деревень: здесь множество  кошек, и меньше полевых мышей. Шмели опыляют красный клевер. Где есть шмели, клевер отлично растет, стада баранов хорошо на нем откармливаются, а от барана до бараньей котлеты рукой подать.

Предполагаемый вывод:

трофические  связи могут быть отображены  в экологических пирамидах биомассы, энергии, численности. Существуют перевернутые пирамиды биомассы и численности, в частности, в Мировом океане, т.к.  в отличие от наземных пирамид, где биомасса растений больше, общий вес животных населяющих океан, почти в 20 раз превышает вес растений! Согласно правилу  экологической пирамиды существует закономерность, где количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую.

II. Беседа   по вопросам с классом.

Консультант: Мы рассмотрели трофические взаимосвязи в природных сообществах. Наблюдая за одним и тем же биогеоценозом, можно увидеть, как заметно изменяется его облик в течение года. В то же время, кроме сезонных изменений, в экосистемах происходят и многолетние изменения под влиянием биотических, абиотических факторов и человека.

- Как называется смена сообществ?

- Какая экосистема включает все, что связано с понятием жизни, и кто влияет на нее?

Представление презентации « Воздействие человека на природу» учащимися.

- Как воздействует человек на экосистемы?

- Всегда ли воздействие человека на природу отрицательно?

Показ видеофрагмента. Карл Саган, эссе «Бледно – голубая точка»

- Какие чувства вы испытали, просмотрев данный видеоролик?

- Как все что вы увидели, связано с нашей темой?

III.Рефлексивно – оценочный этап.

Учитель: Смогли мы, ответить  на вопросы, поставленные в начале урока?

Как отображены случайности и закономерности в ходе развития всех форм жизни?

Что  нового мы узнали на семинаре?

Можно все, что мы узнали,  определить небольшим четверостишием:

              Случайностей весь ход закономерен,

              В них мир проявленный отображен.

              В круговороте вещества и превращений

              Природы лик запечатлен.

                                                              Т. Фаллер

        Все ваши коллажи  прикрепите магнитами на доске по очередности событий, которые мы рассмотрели.

        Возьмите на столах фломастеры и на альбомных листах каждый из вас, в группах нарисует свою «радугу ощущений», прикрепите на доску.

Что у нас получилось?

        Проведите самооценку учебной деятельности,  проставив в листах самоконтроля оценки за урок. Консультанты сдают листки самоконтроля.

Спасибо за урок!

ЛИТЕРАТУРА И ССЫЛКИ

        1.Карл Саган эссе «Бледно – голубая точка»

http://www.youtube.com/watch?v=TPYaDthEU8c 

        2. Дикая природа России

http://www.youtube.com/watch?v=R1aQztyS4eM 

        3.Живая природа http://www.youtube.com/watch?v=ro_689De3xo 

        4. Пищевые связи в экосистемах  

        http://www.youtube.com/watch?v=QhBBF3FFNhQ 

        5. Анимация пастбищной цепи