Методическая разработка урока по биологии "Экологические системы"

ТЕМА УРОКА: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.

ЦЕЛИ УРОКА: сформировать понятия «экологическая система», «биоценоз» и о их обязательных компонентах, пищевых связях, круговороте веществ и энергии как необходимом условии; развивать абстрактно-логические и познавательные способности обучающихся: умение сравнивать, анализировать, обобщать, применять полученные знания; продолжить воспитание экологической культуры обучающихся.

ТИП УРОКА: урок усвоения новых знаний

МЕТОДЫ: частично – поисковый, объяснительно - иллюстративный, составление опорного конспекта, самостоятельная работа по заданию, решение задач, работа с моделью - аппликацией «Типичный биогеоценоз», тестом № 24, карточками № 1 - 3.

ОБОРУДОВАНИЕ: компьютер, мультимедийный проектор, О.К., изображение текстовой информации (в разной цветовой гамме), модель - аппликация «Типичный биогеоценоз», карточки – задания № 1 – 3, тест № 24, расчетные экологические задачи.

Ход урока:

1. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП.

2. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА.

План изучения темы (запись на доске):

1. Основные понятия.

2. Компоненты экосистемы.

3. Круговорот веществ и энергии.

4. Свойства экосистемы.

При каждом более или менее близком соприкосновении с природой, будь то отдых за городом или лыжная прогулка в зимнем лесу, многие из Вас вероятно ни раз удивлялись красоте и совершенству природы. Возникает вопрос: как же никем не руководимая природа добилась такого совершенства и гармонии в своем хозяйстве? Почему в ней ничего не попадает даром и всему находится место? Почему на всякую антилопу есть лев, а на всякого зайца – лиса? Почему животные и растения обычно селятся в определенных и очень строгих сочетаниях? Кто регулирует жизнь леса таким образом, что он не превращается в пустыню? Исследованием этих и других вопросов мы и займемся сегодня, изучая тему «Экологические системы» (запись на доске и в тетрадях). – Что такое экосистема? (разбор этимологии терминов и их определений, работа с О.К.)

Экосистема – единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором экологические компоненты соединены между собой различными связями, обменом веществ и распределением потока энергии.

• Приведите примеры известных Вам экосистем (луг, лес, море).

Экосистема это очень емкое понятие, включающее такие понятия, как «биоценоз» и «биогеоценоз». Биоценоз – это взаимосвязанная совокупность микроорганизмов, растений, грибов и животных, населяющих однородный участок суши или водоема. Биоценоз часто называют сообществом – группой популяций различных видов, населяющих определенную территорию. Вместе с биотопом биоценоз составляет биогеоценоз. Биогеоценоз – это эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, однородная природная система, в которой взаимосвязаны живые организмы и окружающая среда.

Из этих определений видно, что понятия «экосистема» и «биогеоценоз» очень сходны, но здесь надо иметь ввиду, что когда мы говорим об экосистеме подразумевается нечто общее – лес, луг. А биогеоценоз – это когда указывается более конкретно – березовый лес, лютиковый луг.

В состав основных экосистем входят вода, двуокись углерода, кислород и другие неорганические вещества и разные виды организмов; кроме того экосистемы должны непрерывно снабжаться энергией. Энергия существует в различных формах и может переходить из одной формы в другую. Эти превращения подчиняются законам термодинамики.

• Какие это законы?

(1 закон: нельзя выиграть больше, чем вложил (энергия не возникает и не исчезает); 2 закон: нельзя даже «остаться при своих» (некоторое количество полезной энергии переходит в бесполезную тепловую)).

Эти законы физики приложимы и к живым организмам. Энергия солнечного света поступает в сообщество живых организмов через посредство зеленых растений. В процессе фотосинтеза они используют энергию солнечного света для превращения простых соединений с низким содержанием энергии в более сложные органические соединения, в которых часть солнечной энергии запасена в виде химической энергии. Зеленые растения называются продуцентами, потому, что они сами создают для себя органические вещества.

На первый взгляд кажется, что зеленые растения независимы от других организмов; однако, если бы на Земле существовали только зеленые растения, то в конце концов все минеральные вещества оказались бы связанными в этих растениях и рост растений прекратился бы. Этого не происходит, потому что другие организмы – редуценты – используют питательные вещества, заключенные в мертвых растениях, в качестве источника пищи и при этом разлагают органические соединения на более простые неорганические. К редуцентам относятся бактерии, грибы, некоторые насекомые и черви.

Экосистема могла бы существовать неопределенно долго, если бы в ее состав входили только продуценты и редуценты. Однако, обильные запасы элементов питания, заключенные в организмах живых продуцентов, потребляются в большинстве природных экосистем разнообразными консументами. К консументам относятся растительноядные (животные, питающиеся растительной пищей), плотоядные (животные, питающиеся другими животными), всеядные, а также паразиты. На основе изложенного мы можем построить схему, отражающую взаимоотношения между главными компонентами экосистемы. Таким образом, в экосистеме в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. «Весь порядок природы,- говорит известный ботаник Ф.Кон – построен на том, что… одни и те же частицы материи переходят из мертвого в живое тело в вечном круговороте».

• В чем физиологический смысл питания? Почему организмам необходимо питание?

На этой схеме изображен не только круговорот питательных веществ, но и поток энергии (красным цветом). Энергия аккумулируется на уровне продуцентов, проходит через консументы и редуценты, входит в состав органических веществ почвы и рассеивается при разрушении ее разнообразных соединений. Это относится и к наземным и к водным экосистемам.

Таким образом, через любую экосистему проходит поток энергии, определенная часть которой используется каждым живым существом. Перенос энергии от ее источника (растений) через ряд организмов называется пищевой цепью.

• Приведите простейший пример пищевой цепи.

• Пользуясь рисунком 42, стр. 142 назовите другие возможные цепи питания в наземных экосистемах.

Пищевые цепи разделяют на два типа. Один тип пищевой цепи идет к растительноядным животным и далее к хищникам – это цепь выедания (пастбища). Другой тип начинается от растительных и животных остатков, экскрементов животных и идет к мелким животным и микроорганизмам, которые ими питаются, образуя полуразложивщуюся массу (детрит) – это цепь разложения (детритная). Все типы пищевых цепей существуют в сообществе таким образом, что член одной цепи является также членом другой. Соединение цепей образует пищевую сеть экосистемы.

• В чем биологический смысл пищевой сети?

Угнетение или разрушение любого звена экосистемы с неизбежностью отразится на экосистеме в целом. Поэтому вмешиваться в жизнь экосистем надо с большой осторожностью.

Итак, изучая особенности живых организмов, составляющих ту или иную экологическую систему, можно построить пищевую цепь, показывающую поток энергии от одного организма к другим. Возникает вопрос:

• В равной ли степени энергия передается от организма к организму? Вся ли она передается или какая – то часть расходуется?

Для ответа на этот вопрос прочтите текст:

Быть может самой важной задачей,

стоящей перед экологией, является выяснение

строения и функций сообществ с точки зрения

происходящего в них обмена веществом и

энергией.

Э. Парк

Всякий раз когда происходит превращение энергии солнечных в химическую энергию пищи, последней – в энергию необходимую для поддержания жизнедеятельности организма, некоторая доля полезной энергии рассеивается в виде бесполезной тепловой энергии. Кроме этого каждый организм использует некоторое количество энергии на поддержание собственного существования и на рост. Примерно половина энергии, связываемая растениями, расходуется ими на поддержание собственного существования. Растительноядные организмы потребляют до 10 % создаваемого материала. Таким образом, идет потеря энергии на каждом трофическом уровне, вследствие чего на внешних трофических уровнях количество ее невелико. Поэтому пищевые цепи редко состоят более чем из 4-5 звеньев. Всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается. Эту закономерность называют правилом экологической пирамиды.

Задания к тексту.

1. Составьте вопросы, выявляющие энергетическую сущность правила экологической пирамиды.

Возможные варианты:

а) Чем объясняется сокращение энергии в цепях питания? (Использование на процессы жизнедеятельности и теплоотдачи).

б) Какой всеобщий закон природы при этом проявляется? (Закон сохранения и превращения энергии).

1. Ответьте на эти вопросы.

Каждая экосистема – это динамическая структура, состоящая из тысяч видов организмом, связанных друг с другом сложной сетью взаимоотношений. Устойчивость экосистемы зависит от ее видового многообразия и сложности цепей питания. Чем сложнее и разветвленнее цепи, тем стабильнее существование экосистемы. Но даже в самых стабильных экосистемах в зависимости от сезона, времени суток, погодных влияний происходят определенные изменения. Все показатели такой системы колеблются около некой средней величины, т.е. поддерживают динамическое равновесие. Оно означает, что то количество продукции, которое синтезируют продуценты, в энергетическом отношении соответствует потребностям экосистемы. В случае нарушения равновесия происходит изменение сообщества. Эти изменения могут затронуть видовое разнообразие, структуру пищевых цепей, продуктивность и т.д., что в конце концов, приведет к смене экосистем. Этот процесс заключается в том, что в определенном районе в строго определенной последовательности происходит закономерная смена популяций различных видов. Т.о., экосистема это: 1) целостная самовоспроизводящаяся система;

2) устойчивая система;

3) саморегулирующаяся система.

Вопросы к обучающимся:

1. Как осуществляется саморегуляция биогеоценоза?

(Виды низшего уровня пирамиды ограничивают пищевую базу вида, а верхнего – численность вида, что предохраняет вид от эпидемий и подрыва собственной пищевой базы).

1. Выразите временной аспект саморегуляции графически на примере системы «хищник - жертва».

Если Вы помните, в начале рассмотрения данной темы мы задались вопросом:

Как могла никем не руководимая природа добиться такого совершенства в своем хозяйстве? Почему у нее всему находится место?

Оказывается такое возможно благодаря тому, что природа – это саморегулирующаяся система. Сотни видов животных и растений, населяющих дубовый лес, контролируют численность друг друга. Связи между ними сложные и неожиданные. Казалось бы, что надо травоядным? Побольше пищи и поменьше хищников? Совсем наоборот: без изобилия травы они кое-как обходятся, без хищников – никак. Хищник контролирует численность жертвы.

Экосистема это единая, саморегулирующаяся система в которой все находится в равновесии и нарушение хотя бы одного звена ведет к нарушению целостности всей системы.

1. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА.

I уровень.

1. Выполнение тестового задания с последующей самопроверкой по эталону ответов.

1. Какие организмы составляют группу продуцентов?

А - животные Б - грибы В- растения Г- бактерии

1. Почему растения считают главным звеном в круговороте веществ?

А- включают в круговорот веществ энергию Солнца

Б- растут всюду

В- закрепляют почву корнями

Г- изменяются в связи с сезонными изменениями в природе

1. Какова роль организмов – разрушителей в природном сообществе?

А- создают органические вещества из неорганических

Б- превращают органические вещества в минеральные.

В- поглощают воду и минеральные соли из почвы

1. Первое звено в цепи питания, как правило, составляют растения, т.к. они …

А- размножаются семенами

Б- создают органические вещества из неорганических

В- служат местом обитания животных

Г- образуют ярусы в природном сообществе

1. Цепи питания, как правило, состоят из небольшого количества звеньев, т.к. …

А- в экосистеме мало животных

Б- продуценты производят мало питательных веществ для потребителей

В- часть энергии теряется при переходе от одного звена к другому

2.Закончите составление схемы «Круговорот биогенных веществ и превращение энергии»

А) Впишите в «окна» схемы номера ее компонентов.

Б) Укажите стрелками направление круговорота веществ.

II уровень.

1. Работа с моделью – аппликацией «Типичные биогеоценозы»

А) Составьте 2-3 цепи питания в биогеоценозе:

1 вариант – пресноводного водоема; 2 вариант – разнотравного луга.

Б) Объясните на конкретных примерах, как изменится состав обитателей данного биогеоценоза при исключении одного из звеньев.

2. Решение расчетной задачи.

Биомасса сухого сена с 1 м² составляет 200 г. Используя пищевую цепь: трава-корова-человек, рассчитайте сколько гектаров потребуется чтобы прокормить ученика массой 65 кг (69 % этой массы составляет вода).

Дано: биомасса сухого сена 0,2 кг/м²; уменьшение биомассы в каждом звене примерно 90% .

Биомасса ученика составляет 31% его массы:

65·0,31 = 20 (кг)

10 %

Подставим в пищевую цепь исходные данные:

Трава - корова - человек

х ₂ х ₁ 20 кг

Тогда х ₂ =2000 кг; х ₁ = 200 кг (на каждый последующий уровень

переходит только 10% биомассы предыдущего уровня)

Площадь луга: 0,2 кг - 1 м ²

2000 кг - х м ²

х = 1·10 м ² = 1 (га)

Ответ: 1 га.

1. Работа по карточкам № 1- 3.

2. Работа с тестом № 24.

1. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА. РЕФЛЕКСИЯ.

(По окончании изучения темы обучающимся предлагается восстановить последовательность изученных вопросов, с тем, чтобы убедиться, ответили ли они на вопросы, поставленные в начале урока; высказать свое отношение к изученному: «Каково значение изученной темы?», «Каковы области применения приобретенных на уроке знаний?»)

1. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ. ИНСТРУКТИРОВАНИЕ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ:

1) прочитать п. 30, стр. 137 – 145 («Биология» 10-11 кл., Н. Д. Андреева, М., Мнемозина, 2013), соотнести его с опорным конспектом;

2) привести пример экологической системы своей местности и охарактеризовать ее;

Задания по выбору:

1) составить кроссворд «Экосистемы», используя материал параграфов учебника и конспект урока;

2) решить задачу, используя правило экологической пирамиды:

Определите, какая площадь реки может выкормить одну щуку массой 9 кг при пищевой цепи: планктон – нехищные рыбы - щука. Биомасса планктона с 1 кв.м. реки составляет 600 г.

1. создать условия для длительного проживания на космическом корабле.

Приложение 1

Приложение 2

Карточка № 1

1. Составьте схему цепи питания, характерную для болот, зная, что ее компонентами являются: ястреб, бабочка, лягушка, стрекоза, уж.

2. Укажите, какой компонент данной цепи может наиболее часто включаться в другие цепи питания.

Карточка № 2

1. Известно, что в Африканской саванне богатый травянистый покров, там обитают стада антилоп и других травоядных животных, за которыми охотятся львы. Составьте одну из цепей питания в саванне.

2. Какое звено данной цепи питания будет иметь большую массу и почему? Как Вы назовете эту важную закономерность?

3. Объясните, почему цепи питания так коротки.

Карточка № 3

Компонентами экосистемы школьного аквариума могут быть: водоросли и высшие растения; простейшие – инфузории; дафнии; моллюски; рыбы; бактерии; грибы.

1. Изобразите схему обмена веществ и потока энергии в данной экосистеме.

2. Объясните, почему исключение из этой системы моллюсков и простейших приводит к резкому нарушению ее равновесия.

Приложение 3

Т Е С Т № 24

Цель: научиться обосновывать роль круговорота веществ, разнообразия

видов, регуляции численности популяций в сохранении экосистем.

1. Благодаря тому, что растения создают органические вещества из неорганических с использованием солнечной энергии, животные превращают первичную продукцию во вторичную продукцию до неорганических веществ, в биосфере:

А- происходят биологические ритмы;

Б- существуют разнообразные цепи питания;

В- происходит круговорот веществ;

Г- происходит эволюция органического мира.

1. Большое разнообразие видов в экосистеме, наличие в ней разнообразных цепей питания объясняется:

А- устойчивостью экосистем;

Б- колебаниями численности популяций в ней;

В- нарушениями стабильности экосистемы;

Г- модификационной и мутационной изменчивостью особей.

1. Сохранению равновесия в экосистемах способствует регуляция численности популяций путем соблюдения правил охоты, промышленного промысла, так как при этом:

А- возрастает численность организмов – производителей;

Б- поддерживается определенное соотношение численности

популяций разных видов в экосистеме;

В- возрастает численность организмов – потребителей;

Г- сокращается численность организмов-разрушителей.

1. Почему сохранению равновесия в экосистемах способствует регуляция численности популяций?

1. Почему необходимо способствовать сохранению разнообразия видов в экосистеме?