Разработка урока по биологии тема "Естественный отбор"
методическая разработка по биологии (11 класс) по теме

Министерство образования Тверской области

ГБОУ СПО «Торжокский государственный промышленно-гуманитарный колледж»

Биология

Методическая разработка

Тема:

«Естественный отбор»

Преподаватель биологии высшей категории Королёва Татьяна Владимировна 

Торжок, 2014

Пояснительная записка

Цель методической разработки представление нового материала, обобщение и углубление знаний, полученных на предыдущих этапах обучения; формирование научного мировоззрения; активизация мыслительной деятельности студентов с использование активного метода обучения моделирования естественного отбора.

Урок разработан с применением педагогической технологии В.М. Монахова.

Методическая разработка включает:

1. ИКУ (информационная карта урока).

2. Биологическое лото.

3. Кроссворд «Эволюция».

4. АМО игра  «Моделирование естественного отбора».

5. Интерактивная лекция «Естественный отбор».

6.Учебный элемент «Естественный отбор».

7. Презентация «Естественный отбор».

ИНФОРМАЦИОННАЯ КАРТА УРОКА

Тема: «Естественный отбор»

Тип урока: изучение новых знаний

Вид урока: комбинированный урок

Место проведения: кабинет № 42

Время 1 час 30 мин.

Приложение 1

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЛОТО

«Естественный отбор»

Приложение 2

КРОССВОРД

ЭВОЛЮЦИОННОЕ УЧЕНИЕ

По горизонтали:

1. Современное эволюционное учение, основанное на знаниях теории эволюции, генетики и экологии.
2. Наука о постепенном развитии органического мира.
3. Ученый античности, который первый высказал  идею о развитии мира.

По вертикали:

4. Ученый, который создал теорию естественного отбора.
5. Учение «Ламаркизм» принадлежит ученому…
6. Ч. Дарвин путешествовал на корабле…

Приложение 3

ИГРА «МОДЕЛИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА»

Цель. Показать, как действует естественный отбор.

Оборудование. Пластиковые ложки, вилки, ножи, стаканчики, фасоль белого и красного цвета, горох. Заготовленные по числу команд таблицы.

Ход игры:

1. Студенты разделяются на команды охотников, по пять - шесть человек. Каждая команда имеет свои орудия охоты: пластиковые ложки, вилки, пластиковые ножи, липкая лента, большой и указательный пальцы левой руки. Собранные семена переносят в пластиковые стаканчики.
2. На полу (или на ковре) рассыпано 600 фасолин по 200 каждого цвета.
3. По сигналу охотники собирают семена в течение трех минут. Затем каждая команда подсчитывает собранные семена. Результаты заносят в таблицу.
4. Группа охотников, собравшая меньше всего семян, объявляется вымершей. Охотники из этой группы переходит в оставшиеся команды, получая средства охоты этих команд.
5. На поле удваивают число оставшихся семян каждого цвета. Например, если собрано всего 50 белых фасолин, то, значит, их осталось 150, и следует рассыпать еще 150. И так для каждого цвета.
6. Охота по тем же правилам повторяется еще три раза (три «поколения») до тех пор, пока останется только одна группа охотников.

Таблица результатов эксперимента

Вопросы:

1. Какие команды вымерли и почему?
2. Почему мы удваивали число оставшихся семян?
3. Какие реальные события в природе отражает этот эксперимент? Приведите примеры.
4. Фасолины какого цвета оказались наиболее приспособленными в условиях этого эксперимента и почему?
5. Какой способ охоты оказался самым успешным в этом эксперименте и почему?

Игра составлена по материалам практикума Общая биология, под редакцией В.К Шумного и Г.М. Дамшица. М Просвещение.

.

Приложение 4

ЛЕКЦИЯ

ТЕМА: «ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР»

Часть 1

В 1831 году по окончании университета Дарвин в качестве натуралиста отправился в кругосветное путешествие на экспедиционном судне королевского флота «Бигль». Путешествие продолжалось без малого пять лет. Большую часть времени Дарвин проводит на берегу, изучая геологию и собирая коллекции по естественной истории. В течение путешествия он тщательно записывает свои наблюдения и теоретические выкладки. Время от времени, как только для этого представлялся удобный случай, Дарвин отсылает копии заметок в университет, вместе с письмами, включающими копии отдельных частей его дневника, для родственников. За время путешествия он сделал ряд описаний геологии различных районов, собрал коллекцию животных, а также сделал краткое описание внешнего строения и анатомии многих морских беспозвоночных. В других областях, в которых Дарвин был несведущ, он проявил себя искусным коллекционером, собрав экземпляры для изучения их специалистами. Несмотря на частые случаи плохого самочувствия связанные с морской болезнью, Дарвин продолжал исследования и на борту судна; большинство его заметок по зоологии были о морских беспозвоночных, которых он коллекционировал и описывал во времена затишья на море.

Основы учения о естественном отборе были заложены Ч. Дарвиным в его трудах по теории эволюции (дарвинизме).  Понятие о естественном отборе существенно расширилось  и углубилось благодаря развитию генетики, трудам И.И. Шмальгаузена и С.С. Четверикова

Основная логика эволюционного учения

Как вы знаете, все организмы оставляют потомство, иногда очень многочисленное. Одна особь сельди выметывает в среднем около 40 тыс. икринок, осетр – 2 млн., лягушки – до 10 тыс. икринок, серая крыса – 5 пометов в год. На одном растении мака ежегодно созревают до 30-40 тыс. семян. Даже медленно размножающиеся животные потенциально способны оставить огромное число потомков. Самки слонов приносят детенышей в возрасте между 30 и 90 годами. За 60 лет они рождают в среднем 6 слонят. Расчеты показывают, что даже при такой низкой интенсивности размножения через 750 лет потомство одной пары слонов составило бы 19 млн. особей.

На основе этих и других примеров Дарвин приходит к выводу о том, что в природе любой вид животных и растений стремится к размножению. В то же время число взрослых особей каждого вида остается относительно постоянным. Каждая пара организмов дает гораздо больше потомков, чем их доживает до взрослого состояния. Большая часть появившихся на свет организмов гибнет.

В чем причина гибели? 

Причины гибели разнообразны:

• Недостаток корма из-за конкуренции особей одного вида
• Нападение врагов
• Действие неблагоприятных факторов среды (засуха, сильные морозы, высокая температура и др.)

Отсюда следует вывод, сделанный Дарвином: в природе происходит непрерывная борьба за существование. Сам Дарвин писал: «… Я должен предупредить, что применяю этот термин в широком смысле, включая сюда зависимость одного существа от другого, а также включая не только жизнь одной особи, но и успех ее в оставлении после себя потомства. Я ради удобства прибегаю к общему термину « борьба за существование».

Иначе говоря, борьба за существование – это совокупность сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды.

Когда лев отнимает добычу, подразумевается борьба за пищу. Про растение на окраине пустыни можно сказать, что оно ведет борьбу против засухи.

Дарвин выделил 3 основные формы борьбы за существование.

Межвидовая борьба:

Включает отношения типа: хищник – жертва (волки, лисы охотятся на зайцев, между волками и зайцами, между лисами и зайцами идет напряженная борьба за существование); между хищниками (волки и лисы) тоже идет конкуренция за пищу. Существование трав зависит не только от поедания их животными, но и от других условий: опыление, конкуренция за свет, влагу.

Между паразитами и хозяином тоже идет межвидовая борьба, т.к. паразиты ослабляют организм хозяина, делают его менее конкурентноспособным.

Внутривидовая борьба:

Самая жесткая и острая, т.к. все особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах: пище, территории, убежищах, местах размножения. Например птицы одного вида конкурируют из-за мест гнездования. Самцы многих видов млекопитающих и птиц в период размножения вступают друг с другом в борьбу за возможность обзавестись семьей. У многих животных в процессе эволюции выработались приспособления, помогающие им избежать конкуренции с другими особями своего вида. Например, самцы бобров, медведей метят границы своего участка. Наряду с этим в целях сохранения своего вида у многих животных в процессе эволюции выработались приспособления жить стадами (олени, обезьяны и др.), совместно заботиться о молодняке своей популяции (зайцы, пчелы, пингвины и др.).

Борьба с неблагоприятными условиями среды:

Факторы неживой природы оказывают огромное влияние на выживаемость организмов. Много растений гибнет во время холодных малоснежных зим. В сильные морозы смертность увеличивается и среди животных, обитающих в почве. Зимой при недостатке растворенного в воде кислорода погибает рыба. Семена растений нередко заносятся в неблагоприятные места обитания и не прорастают.

ВЫВОД: Все формы борьбы за существование сопровождаются гибелью огромного количества организмов или приводят к тому, что часть их не оставляет потомства.

Задание: Определить форму борьбы за существование.

• В пустыне растет одинокое деревце саксаула. Наблюдаем ли мы в этом случае борьбу за существование? (с неблагопр. условиями)
• Возникает ли борьба за существование между коровами и саранчой при массовом ее размножении? (межвидовая)
• А по двору метелица
  Ковром шелковым стелится,
  Но больно холодна.
  Воробышки игривые, как детки сиротливые
  Прижались у окна.
  Озябли пташки малые, голодные, усталые,
  И жмутся поплотней…. /С. Есенин/
  (борьба с неблагоприятными условиями)
• Лес кругом, широкая поляна…
  На траве широкой у кургана
  Жаркий бой ведут тетерева…. /П. Усачев/
  (внутривидовая борьба)
• А знаете, друзья, что еж
  Был с мягкой шерсткою когда-то?
  Но объявилась вдруг лиса,
  Защелкали зубами волки –
  И стали колкими глаза, и выросли иголки. /А. Марков/
  (межвидовая борьба)
• Не причиняйте зла скворцу.
  Оберегая род людской,
  Помощник наш всегдашний,
  Он бьется с грозной саранчой –
  Врагом колхозной пашни…. /А. Осмолов/
  (межвидовая борьба)

Часть 2

Естественный отбор

Сопоставив способность всех организмов к неограниченному размножению и разнонаправленной наследственной изменчивости, Дарвин пришел к выводу, что выживают и оставляют потомство особи, отличающиеся более полезными для данного вида свойствами, т. е. в определенных условиях местности происходит естественный отбор. 

Эволюция лошади началась 65 млн лет назад (ранний эоцен) с маленького животного размером не больше собаки. Многие животные, существующие сейчас на земле, произошли от созданий, которые были намного больше их по размеру. Лошадь же наоборот. 
Первым известным предком лошади было маленькое животное размером не больше собаки. Это был «Eohippus» или «низкая лошадка».
Этот зверек с гибким изогнутым позвоночником и длинным хвостом опирался на всю ступню, на передних лапах у него было по четыре пальца, а на задних – по три. «Низкая лошадь» жила в лесу и передвигался по мягкой почве, питаясь преимущественно листьями и молодыми побегами. 
Еще одна ступень в эволюции - небольшие трехпалые лошади, которые впервые появились 35 миллионов лет назад. Это животное напоминало своими размерами пони. Родом они из Америки, откуда они мигрировали в Евразию. Когда на нашей планете началось похолодание,  условия, в которых предок лошади развивался миллионы лет, изменились. Климат стал суше, растительность - грубее. Коренным переломом в развитии этой ветви животного мира стало появление участков суши свободных от лесов. Влажные почвы лесов сменились покрытыми травой и кустарником территориями. Тропические леса уступили место бескрайним равнинам. Предки лошади стали жить на открытых пространствах. Новые условия проживания привели к вырабатыванию новых инстинктов и изменениям в строении тела; повысилась прочность зубов, челюсти стали более массивными. В результате вытянулась лицевая часть черепа, а глазницы и черепная коробка отодвинулись назад. Шея удлинилась, чтобы легче было доставать до земли. С длинными ногами стало проще убегать от хищников, стопа приспособилась к передвижению по твердому грунту. Постепенно конечности предков лошадей приняли очертания подобные сегодняшним, доминирующим стал один палец, который увеличился в размерах и ороговел, постепенно превратившись в копыто. И только 15 миллионов лет назад появилась первая однопалая лошадь. От этого предка берет начало классификация домашней лошади и всех ее выживших сородичей.

Таким образом, естественным отбором называют процесс, происходящий в природе, в результате которого выживают и оставляют потомство в конкретных условиях среды особи с полезными для данного вида признаками и свойствами. Материалом для естественного отбора служат индивидуальные наследственные изменения (мутации и комбинации, возникающие в популяциях). Они могут быть полезными, безразличными и вредными для вида. Полезным для вида будет всякое изменение, повышающее возможность выживания и оставления более многочисленного потомства.

Творческая роль естественного отбора заключается в том, что в процессе эволюции он сохраняет и накапливает из разнонаправленных мутаций наиболее соответствующие условиям среды и полезные для вида. Естественный отбор является главной движущей силой эволюции органического мира. Различают две формы естественного отбора.

Движущий отбор описал Дарвин, показав, что в изменившихся условиях среды большую возможность выжить и оставить потомство имеют особи, генотипы которых обеспечивают формирование новых, наиболее отвечающих этим условиям признаков. Движущий отбор приводит к образованию новых популяций, а затем видов. Например, в Плимутской бухте (Англия) вследствие постоянного засорения воды органическими остатками на смену прежней популяции краба пришла новая, способная существовать в таких условиях.

Стабилизирующий отбор фиксирует, закрепляет полезные признаки и формы в относительно постоянных условиях среды. Мутации, отклоняющиеся от установившейся оптимальной нормы, в таких условиях, как правило, оказываются менее жизнеспособны и уничтожаются отбором. Эту форму отбора описал советский ученый Иван Иванович Шмальгаузен (1884—1943). Реальность стабилизирующего отбора подтверждается существованием относительно стабильных в определенных условиях возделывания сортов растений и пород животных, а также длительным существованием древних форм (кистеперые рыбы, пресмыкающиеся и др.). Его действие можно наблюдать, например, в замкнутом водоеме (пруд, озеро). В нем при относительно постоянных условиях размножаются особи, признаки которых наиболее соответствуют установившемуся биологическому равновесию. Возникающие отклонения от установившейся нормы нежелательны и отметаются отбором.

Относительная приспособленность (целесообразность). Дарвин считал, что все приспособления организмов к окружающей среде возникли в результате естественного отбора за счет выживания и оставления потомства особями, наиболее приспособленными к данной среде. В процессе эволюции у организмов выработалось множество разнообразных относительных приспособлений к окружающей среде.

Покровительственная окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Многие животные, обитающие в траве (богомолы, кузнечики и др.), окрашены в зеленый цвет, а на снежных равнинах Крайнего Севера — в белый (белые медведи, белые куропатки и др.).

Маскировка — приспособления, при которых форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например, в тропических лесах многие змеи неразличимы среди лиан; лохматый морской конек похож на водоросль, в которой прячется; насекомых, живущих на коре деревьев, издали можно принять за лишайники (жуки, усачи, пауки, бабочки).

Предостерегающая (угрожающая) окраска выделяет из окружающей среды яркими пятнами или полосами ядовитых, жалящих животных (змеи, осы, шмели).

Мимикрия — сходство в окраске, форме тела безопасных животных с ядовитыми и опасными. Отдельные виды мух, не имеющие жала, похожи на жалящих шмелей и ос; неядовитые змеи — на ядовитых. Это результат гомологичных (одинаковых) мутаций у разных видов, которые помогают выжить незащищенным животным.

У растений также известно много различных приспособлений, позволяющих произрастать во влажных или засушливых местах, обеспечивающих опыление цветков определенными видами насекомых или птиц, способствующих распространению плодов ветром, птицами и животными, препятствующих самоопылению (более длинный пестик и короткие тычинки, разное время созревания тычинок и пестиков) и т.д.

У всех растений и животных в результате естественного отбора сформировались приспособления к жизни в определенной среде, но характер их различен. Например, дельфин плавает при помощи хвостового плавника, а пингвин — видоизмененных крыльев.

Большая плодовитость — приспособленность организмов, подвергающихся значительному уничтожению (тля, черви-паразиты, мелкие рыбы, сорные растения и др.), к сохранению вида. Однако все эти приспособления имеют относительный характер и помогают организму выжить только в тех условиях, в которых они возникли. При изменении условий приспособление перестает быть полезным. Например, зеленые богомолы не видны на зеленой траве, но на побуревшей они хорошо заметны и уничтожаются птицами. Игольчатый покров ежа защищает его от уничтожения многими хищниками, но не спасает от филина, который разрывает жертву на части и заглатывает куски вместе с иглами.

Приложение 5

Учебный элемент

Естественный отбор

Цели: 

Изучив данный учебный элемент, Вы будите знать:

- Основоположника теории эволюции Ч. Дарвина;

- Основные положения теории Дарвина;

- Формы борьбы за существование;

- Формы естественного отбора.

Сопутствующие учебные элементы:

- УЭ 1. «Основная логика эволюционного учения»

- УЭ 2. «Основоположник теории эволюции Ч. Дарвина»

- УЭ 3. «Борьба за существование»

    - УЭ 4. «Естественный отбор»

УЭ 1.Основная логика эволюционного учения

УЭ 2. Основоположник теории эволюции Ч. Дарвина

УЭ 3. Борьба за существование

Дарвин установил способность большинства видов к неограниченному размножению, позволяющему особям одного вида в относительно короткий срок заселить весь земной шар. Однако в природе этого не наблюдается, потому что подавляющее большинство зародышей и молодых особей погибает в борьбе за существование. Под этим термином он подразумевал сложные связи между различными организмами и условиями среды в биогеоценозах. Дарвин выделял различные формы борьбы за существование.

Внутривидовая борьба за существование отражает конкуренцию между особями одного вида.

Она носит сложный, наиболее острый характер, так как особям одного вида и в особенности одной популяции для жизни и оставления потомства требуются одинаковые условия. Поэтому между самцами популяции происходит соперничество из-за самки, между хищниками — состязание за добычу. Чрезмерное увеличение численности популяции обостряет борьбу за пищу, поэтому некоторые рыбы питаются молодью своего вида, а синицы иногда затаптывают в подстилку птенцов.

Межвидовая борьба за существование — это состязание за выживание между особями разных видов. Она носит сложный характер и проявляется в следующем: а) особи двух видов, живущие в одинаковых экологических условиях, конкурируют за условия существования (в посевах культурных растений сорняки отнимают у них влагу и питательные вещества); б) особи одного вида физически уничтожают особей другого вида (хищники пожирают свою жертву); в) один вид без ущерба и пользы для себя способствует процветанию другого вида (овцы, рогатый скот на своей шерсти распространяют плоды и семена растений); г) два вида взаимно поддерживают друг друга (насекомые и птицы опыляют цветки, злаковые и бобовые растения способствуют произрастанию друг друга в травосмесях).

Борьба с неблагоприятными условиями среды особенно наглядно проявляется в районах с избыточной влажностью, сухостью, жарой, холодом или другими неблагоприятными факторами. В процессе эволюции у организмов выработался ряд приспособлений, позволяющих выжить и оставить потомство наиболее приспособленным к суровым условиям. Например, на обдуваемых ветром островах растения стелются по земле.

УЭ 4.Естественный отбор

Естественным отбором называют процесс, происходящий в природе, в результате которого выживают и оставляют потомство в конкретных условиях среды особи с полезными для данного вида признаками и свойствами. Материалом для естественного отбора служат индивидуальные наследственные изменения (мутации и комбинации, возникающие в популяциях). Они могут быть полезными, безразличными и вредными для вида. Полезным для вида будет всякое изменение, повышающее возможность выживания и оставления более многочисленного потомства.

Творческая роль естественного отбора заключается в том, что в процессе эволюции он сохраняет и накапливает из разнонаправленных мутаций наиболее соответствующие условиям среды и полезные для вида. Естественный отбор является главной движущей силой эволюции органического мира. Различают две формы естественного отбора.

Движущий отбор описал Дарвин, показав, что в изменившихся условиях среды большую возможность выжить и оставить потомство имеют особи, генотипы которых обеспечивают формирование новых, наиболее отвечающих этим условиям признаков. Движущий отбор приводит к образованию новых популяций, а затем видов. Например, в Плимутской бухте (Англия) вследствие постоянного засорения воды органическими остатками на смену прежней популяции краба пришла новая, способная существовать в таких условиях.

Стабилизирующий отбор действует там, где условия жизни остаются постоянными в течение длительного периода.

Так окраска водяных ужей, живущих на озерных островах, хорошо маскирует  в зарослях травы.

Время от времени в популяции появляются мутантные особи, с нехарактерной окраской, но, не смотря на то, что окраска наследуется, численность особей не растет.

Это объясняется тем, что ужи с уклоняющейся окраской становятся легкой добычей хищников. Таким образом, действие стабилизирующего отбора сводится к уничтожению всех уклоняющихся от нормы особей.

А его результатом является сохранение строго определенных признаков.

Относительная приспособленность (целесообразность). Дарвин считал, что все приспособления организмов к окружающей среде возникли в результате естественного отбора за счет выживания и оставления потомства особями, наиболее приспособленными к данной среде. В процессе эволюции у организмов выработалось множество разнообразных относительных приспособлений к окружающей среде.

Покровительственная окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Многие животные, обитающие в траве (богомолы, кузнечики и др.), окрашены в зеленый цвет, а на снежных равнинах Крайнего Севера — в белый (белые медведи, белые куропатки и др.).

Маскировка — приспособления, при которых форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например, в тропических лесах многие змеи неразличимы среди лиан; лохматый морской конек похож на водоросль, в которой прячется; насекомых, живущих на коре деревьев, издали можно принять за лишайники (жуки, усачи, пауки, бабочки).

Предостерегающая (угрожающая) окраска выделяет из окружающей среды яркими пятнами или полосами ядовитых, жалящих животных (змеи, осы, шмели).

Мимикрия — сходство в окраске, форме тела безопасных животных с ядовитыми и опасными. Отдельные виды мух, не имеющие жала, похожи на жалящих шмелей и ос; неядовитые змеи — на ядовитых. Это результат гомологичных (одинаковых) мутаций у разных видов, которые помогают выжить незащищенным животным.

У всех растений и животных в результате естественного отбора сформировались приспособления к жизни в определенной среде, но характер их различен. Например, дельфин плавает при помощи хвостового плавника, а пингвин — видоизмененных крыльев.

Большая плодовитость — приспособленность организмов, подвергающихся значительному уничтожению (тля, черви-паразиты, мелкие рыбы, сорные растения и др.), к сохранению вида. Однако все эти приспособления имеют относительный характер и помогают организму выжить только в тех условиях, в которых они возникли. При изменении условий приспособление перестает быть полезным. Например, зеленые богомолы не видны на зеленой траве, но на побуревшей они хорошо заметны и уничтожаются птицами. Игольчатый покров ежа защищает его от уничтожения многими хищниками, но не спасает от филина, который разрывает жертву на части и заглатывает куски вместе с иглами.

Вопросы и задания

1. Заполните таблицу

Виды борьбы за существование

2. Заполните словарь терминов (борьба за существование, естественный отбор, мимикрия).

3. Что такое относительная приспособленность. Приведите один пример.

4. Приведите пример стабилизирующего отбора.

5.  Многие насекомые приносят вред. Между насекомыми, растениями и врагами насекомых идет ожесточенная борьба за существование. Объясните:

- Почему бы не уничтожить насекомых, ведь сейчас для этого имеются эффективные средства?

- К каким последствиям в живой природе приведет уничтожение насекомых?

6.  В теплице для выращивания растений созданы оптимальные условия жизни. Объясните, будет ли в этом случае происходить борьба  за существование.

7.  В трудное путешествие отправили через горы и пустыни караван из лошадей, ослов и мулов. Все животные были навьючены до предела возможностей. До цели дошли лишь мулы. Можно ли в этом случае говорить о том, что произошел естественный отбор? Ответ обоснуйте.

8.  Приведите примеры адаптаций к недостатку влаги у растений.

9.  Плодовитость вида тем выше, чем выше вероятность истребления потомства. Несколько примеров большой плодовитости видов:

- Холерная бацилла за сутки может дать потомство массой 100 т.

- Потомство пары птиц величиной с воробья при продолжительности жизни в 4 года может покрыть весь земной шар за 35 лет.

- Потомство пары мух съест мертвую лошадь так же скоро, как лев.

Потенциал размножения велик, но численность взрослых особей вида постоянна. Почему?