Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа естественнонаучной направленности «Экология в экспериментах»

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа естественнонаучной направленности «Экология в экспериментах»

Программа «Экология в экспериментах» составлена на основе программы одноименного элективного курса. Авторы: Г.А. Нечаева, Е.И. Федорос. Издательство «Вентана-Граф, Москва. Продолжительность курса - 1 год, 2 часа в неделю. Количество часов – 68 ч. Возраст обучающихся: 14-16 л

Пояснительная записка

Экологическая ситуация в современном мире такова, что невозможно оставаться равнодушным созерцателем ее дальнейшего развития. Действительность требует воспитания в молодых людях активного отношения к проблемам окружающей среды и экологической компетентности. Формированию такой позиции наилучшим образом способствует именно практическая и исследовательская деятельность. В соответствии со спецификой естественнонаучных предметов одной из важнейших форм изучения экологических проблем является учебный эксперимент. Экологический эксперимент выполняет, кроме познавательной, еще и интегративную функцию в системе естественнонаучного образования учащихся, поскольку в его условиях рассматриваются не только конкретные объекты изучения данной науки, но и система их взаимосвязей с окружающей средой. Практические умения и теоретические знания, полученные в ходе практической экологической деятельности, являются хорошей мотивационной основой для обучения учащихся предметам естественнонаучной образовательной области, дальнейших самостоятельных исследований подобного рода, а также для профессиональной ориентации школьников. Данный курс предусматривает применение проектного подхода в обучении. Проектная деятельность позволяет педагогу эффективно использовать современные образовательные технологии и реализовывать вариативность обучения, а учащимся — подобрать индивидуальные образовательные маршруты в рамках курса. В соответствии с вышесказанным целью данного курса являются: освоение учащимися основных правил и подходов к организации научного экологического эксперимента и развитие у школьников системы умений проводить частные и комплексные исследования. Задачей курса является освоение общих и специальных методов, приемов и форм исследовательской работы, направленной на актуализацию и развитие знаний в области экологии, на развитие интеллектуальных, коммуникативных и практических умений. Курс «Экология в экспериментах» строится преимущественно на выполнении экспериментальных и практических работ. Необходимый теоретический материал может излагаться на уроках в виде лекций. Он предназначен для сопровождения учащихся, выполняющих учебные научные исследования, — от выбора темы до представления результатов. Подведение итогов и обсуждение проблемных вопросов проводится на семинарах и конференциях. Выполненные в рамках курса исследовательские работы могут быть направлены (в зависимости от темы) на олимпиады (школьного, районного, городского и других уровней), конкурсы, конференции и т. п.

Курс предназначен для обучения школьников 10—11 классов общеобразовательных учреждений, выбравших профиль естественнонаучной направленности. Для полной реализации программы курса в 10-11 классах потребуется 68 ч учебного времени. Сокращенные варианты планирования курса (на 34 и 17 ч учебного времени) составлены для обучения школьников в период их пред- профильной ориентации, т. е. для проведения курса как «предпрофильного» в 9 классе. При недостатке учебного времени эти сокращенные варианты программы можно реализовать в 10—11 классах для организации обучения элективному курсу «Экология в экспериментах». Преподаватели, ведущие курс, а также предметные и методические комиссии образовательного учреждения имеют возможность вносить изменения в объем и порядок изучения тем, разрабатывать собственные образовательные маршруты для школьников в рамках курса.

Ожидаемые педагогические результаты обучения по курсу «Экология в экспериментах»: развитие практических умений школьников по экспериментальной работе; формирование навыков практической оценки экологического состояния окружающей среды; формирование умений планировать и организовывать экспериментальные исследования; развитие способности к системному анализу, вероятностного мышления и умения прогнозировать результаты эксперимента; профессиональная ориентация учащихся в области естественных наук, в том числе экологии. При создании программы и комплекта пособий к курсу авторы использовали традиционные методики, собственные разработки, а также ценные рекомендации специалистов в различных областях знаний. Разработанный учебно-методический комплект является победителем 11 тура конкурса по созданию учебной литературы нового поколения для средней школы, проведенного НФПК в 2003—2004 гг. По методике преподавания курса авторами опубликованы работы.

Содержание программы (68 часов + 4 ч – резервное время)

Тема 1. Основы обшей методологии научных исследований. Характеристика методов биоэкологических исследований (1 ч + 1 ч)

Лекции

Эмпирический и теоретический уровни научного познания. Специальные методы научного познания, используемые в биоэкологических исследованиях: наблюдение, эксперимент, моделирование. Научные понятия, гипотезы и теории. Логические приемы и процедуры образования научных понятий и операции с ними: анализ и синтез, абстрагирование, индукция и дедукция, аналогия.

Дополнительный материал. Методы научного биоэкологического исследования: полевые и лабораторные эксперименты, полевые и лабораторные наблюдения, мониторинг.

Тема 2. Основные принципы планирования и организации исследований. Анализ и оформление результатов. Основы научно-библиографической работы. Методы статистической обработки данных (9 ч)

Лекции

Планирование и подготовка исследования: выбор темы, постановка цели и задач исследования, выбор объекта изучения, работа с литературой, выдвижение рабочей гипотезы, составление программы исследования и схемы опыта (определение числа вариантов и повторностей опыта, определение действующих факторов и проверка соответствия схемы опыта принципу единственного различия (для модельных экспериментов), подбор частных методик исследования). Проведение исследования: ведение документации, ошибки в исследованиях. Обработка и обобщение результатов исследования, оформление научного отчета. Дополнительный материал. Структура отчета о научной работе: введение, литературный обзор, материалы и методика, анализ результатов, выводы, список литературы. ГОСТ 7.32-2001 «Правила оформления отчета о научно-исследовательской работе». Основы научно-библиографической работы: принципы построения ББК и каталогов библиотек, принципы анализа научной литературы (критерии отбора информации, конспектирование), правила цитирования и составления списка литературы в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1-2003 «Библиографическая запись. Библиографическое описание документов. Общие требования и правила составления». Основные понятия биометрии (статистическое оценивание качественной и количественной изменчивости признака по выборке, статистические методы проверки статистических гипотез, корреляционный анализ).

Дополнительный материал. Основные статистические оценки количественной и качественной изменчивости (точечное и интервальное оценивание). Сравнение двух выборок по f-критерию. Выявление и оценивание линейной корреляционной зависимости.

Практикум: практические работы. Современные способы представления результатов исследования. Построение таблиц и диаграмм. Методы составления библиографических описаний (реферата и аннотации) и записей (библиографических ссылок и списка литературы). Статистическая обработка данных исследования. Анализ количественной и качественной изменчивости в выборке. Статистические методы проверки гипотез, сравнение двух выборок. Корреляционный анализ. Использование компьютерных программ для статистической обработки данных.

Тема 3. Организм и среда обитания: биоэкологические исследования и эксперименты (18 ч)

Лекции

Экология, ее разделы. Основные понятия аутэкологии. Окружающая среда, местообитание. Абиотические, биотические и антропогенные экологические факторы. Экологическая пластичность (экологическая валентность). Толерантность. Основные закономерности действия экологических факторов на организмы: правило минимума, закон толерантности Шелфорда. Основные среды жизни: водная. наземно-воздушная, почва. живой организм. Температура и влажность наземных местообитаний, соленость вод и свет (биоритмы) как важнейшие экологические факторы. Морфологические, физиологические и поведенческие адаптации организмов. Биотические факторы: понятие о внутривидовой конкуренции, межвидовая конкуренция, хищничество, паразитизм, мутуализм, аменсализм, комменсализм. Основные направления и возможные темы исследовательских работ по теме 3. Требования к проведению этих работ, характеристика их уровня сложности.

Практикум: проекты. (Представлены примерные направления и темы исследовательских работ учащихся.) Влияние экологических факторов на жизнедеятельность растений: исследование интенсивности транспирации и фотосинтеза в зависимости от действия различных экологических факторов (влажности, температуры, освещенности); и исследование дневной интенсивности транспирации, фотосинтеза и дыхания; м. влияние условий питания на рост и развитие растений; и оценка состояния водного баланса в растениях разных экологических групп; L+ оценка солеустойчивости злаков по всхожести семян; определение содержания хлорофилла в листьях растений разных экологических групп; и влияние света на прорастание семян и развитие проростков; и сравнение глубины покоя различных древесных и кустарниковых растений; растения как индикаторы состояния окружающей среды; и влияние тяжелых металлов на рост и развитие проростков; и обнаружение нитратов в растениях. Влияние экологических факторов на размножение и развитие насекомых: и влияние температурного шока на плодовитость и скорость развития дрозофилы; i- влияние влажности на плодовитость и скорость развития дрозофилы; L-* влияние количества и качества пищи на плодовитость и скорость развития дрозофилы; 1-+ влияние лекарственных препаратов на выживаемость, плодовитость и скорость развития дрозофилы. Оценка показателей здоровья человека. Определение хронотипа биологического типа, типа высшей нервной деятельности. Семинар. Представление и обсуждение результатов исследований по теме 3. (Формирование умения обобщить материал, подготовить научное выступление, иллюстративный материал. Ознакомление со способом ведения научной дискуссии.)

Тема 4. Экология популяций: биоэкологические исследования и эксперименты (18 ч)

Лекции

Основные понятия экологии популяций: численность популяции, плотность популяции, рождаемость, смертность, прирост популяции, темп прироста; возрастная и половая структуры популяции. Пространственная структура популяции. Образ жизни и типы использования территории популяциями животных. Дополнительный материал. Типы «стад» у животных. Динамика численности популяции при освоении нового место-обитания (экспоненциальный и логистический рост численности) и в освоенной среде (устойчивые колебания). Дополнительный материал. Модели экспоненциального и логистического роста. Модель взаимодействия популяций «хищника» и жертвы». Типы динамики численности популяции.

Дополнительный материал. Экологические стратегии видов. Факторы и механизмы, регулирующие численность популяции. Ультимативные факторы: климатические изменения, межвидовая конкуренция (экологическая ниша), взаимоотношения «хищник — жертва» и «паразит — хозяин», косвенные взаимоотношения растений. Сигнальные факторы (авторегуляция численности популяции): сигнальные уровни численности, эффект группы, эффект массы, принцип Олли. Дополнительный материал. Механизмы снижения плотности популяции у животных и растений. Основные направления и возможные темы исследовательских работ по теме 4. Требования к проведению этих работ, характеристика их уровня сложности.

Практикум: практические работы Компьютерное моделирование динамики численности популяций: модели экспоненциального, логистического роста численности популяции: модель изменения численности популяций в системе «хищник — жертва»; модель, отражающая межвидовую конкуренцию.

Практикум: проекты (Представлены примерные направления и темы исследовательских работ учащихся.) Динамика численности популяции дрозофилы в популяционном ящике (модельный эксперимент). Влияние плотности популяции на плодовитость и выживаемость дрозофилы. Динамика численности групп популяций микроорганизмов воздуха в зависимости от различных условий: температуры, влажности, времени суток, запыленности, и Оценка некоторых показателей здоровья групп людей.

Тема 5. Экосистемы: биоэкологические исследования и эксперименты (15 ч)

Лекции

Экологические сообщества. Экосистема (биоценоз, биотоп, эко-Тон), биогеоценоз. Естественные и искусственные экосистемы. Характеристика организмов по типу питания и по роли в сообществе. Трофическая структура экосистемы. Трофические цепи. Трофические сети. Топические связи организмов в экосистеме. Пространственная структура экосистемы.

Дополнительный материал. Экологические пирамиды. Продуктивность и энергетика экосистем: биомасса, продукция (валовая и чистая — первичная и вторичная), характеристика потока энергии по трофическим цепям в экосистеме. Концентрирование вредных веществ пищевых цепях, j Динамика экосистем: динамическое равновесие, гомеостаз, устойчивость. Периодические изменения i экосистемах: суточные. Сезонные и многолетние циклы. Непериодические изменения в экосистемах: флуктуации, сукцессии. Понятие о климаксных сообществах Дополнительный материал. Понятие о субклимаксных сообществах Основные направления и возможные темы исследовательских работ по теме 5. Требования к проведению этих работ, характеристика их уровня сложности.

Практикум: проекты (Представлены примерные направления и темы исследовательских работ учащихся. Изучение микробиоценозов почвы Оценка биологической активности почв и опыты по влиянию на нее температуры, влажности наличия загрязнителей и т. д.; и изучение строения и состава почвенных микробиоценозов. Изучение водных экосистем: и оценка состояния видов-эдификаторов; оценка состояния индикаторных видов. Изучение фитоценозов леса: изучение свойств почвы; и оценка состояния видов-эдификаторов; и описание биоразнообразия экосистемы; и оценка состояния индикаторных видов. Изучение фитоценозов луга: изучение свойств почвы; оценка состояния видов-эдификаторов; и оценке состояния индикаторных видов.

Семинар. Представление и обсуждение результатов исследований по теме 5. (Развитие умение обобщить материал, подготовить научное выступление, иллюстративный материал. Развитие культуры ведения научной дискуссии, корректировка способов аргументации и критики).

Учебно-материальная база:

1. Кабинет химии.

2. Лаборатория.

3. Учебное пособие Е.И., Нечаева ТА. Экология в экспериментах : уч. пособие для учащихся 10-11 кл. общеббразоват. учреждений. — Мя Вентана-Г'раф, 2005. — (Библиотека элективных курсов).

4. Информационное обеспечение.

Календарно-тематическое планирование

Рекомендуемая литература к темам курса:

Е.И.. Нечаева ТА. Экология в экспериментах: учебное пособие для учащихся 10-11 кл, обшеобразоват. учреждений. М: Вентана-Граф, 2005. — (Библиотека элективных курсов).