Експериментальні програми спецкурсів та факультативів з біології

Вид материалаДиплом

Содержание


Короткий виклад матеріалу спецкурсу “ Основи екології та охорони природи (Мердух І.І., методист ОІППО, учитель біології СЗШ №21
Екологічна культура суспільства
Основними методами екології
Збір екологічної інформації
Антропогенні (антропічні)
Екологічна валентність
Промениста енергія (сонячна радіація)
Відносна вологість повітря
Визначення кислотності та текстури грунту.
Просторова структура популяції.
Екологічна структура популяції –
Чисельність популяції –
Щільність популяцій –
Співвідношення статей –
Народжуваність (плодючість) –
Сезонний поліморфізм –
Статевий поліморфізм –
Закон Харді – Вайнберга
Потік енергії та матерії через популяцію
Класифікація біоценозів
...
Полное содержание
Подобный материал:
  1   2   3   4

Івано – Франківський обласний інститут післядипломної педагогічної освіти


Експериментальні програми

спецкурсів та факультативів

з біології

На допомогу учителям біології


Івано – Франківськ

2004 рік.


Упорядник: Мердух І.І., викладач, методист ОІППО.


Рецензенти:

Лабій Ю.М., доктор технічних наук, доцент ІППО;

Гавриляк О.О., учитель біології СЗШ №21 м. Івано – Франківська.


Рекомендовано Вченою радою Івано – Франківського обласного інституту післядипломної педагогічної освіти

Пояснювальна записка.

Шановні колеги! Пропонуємо Вашій увазі експериментальні програми основних спецкурсів з біології для класів з поглибленим вивченням біології та профільних природничо-математичних класів. Дані програми є підсумком багаторічної праці учителів-авторів. Кожна з програм пройшла апробацію та була схвалена колегами з багатьох закладів освіти Івано – Франківської області.

Вважаємо за потрібне передрукувати у даному збірнику програму з валеології для 8 або 9 класу з посібника: Бойченко Т, Колотій Н., Царенко А., Жеребицький Ю., Голі Д., Луцюк Р., Валеологія в школі і вдома. Роль батьків у формуванні, збереженні і зміцненні здоров’я підлітків. - К.: Київ–Логос, 1999 р. з деякою редакцією.

Автори пропонують використовувати програми у конкретних класах та вказують певну кількість годин для вивчення кожної теми. Проте, кількість годин, відведених на вивчення тем, самі теми можуть дещо змінюватися Вами в залежності від специфіки класу, навчального закладу чи місцевості, де він розміщений, наявності літератури для підготовки до занять.

Якщо у навчальному закладі не відводяться години на спецкурси, немає класів з поглибленим вивченням біології чи профільних класів, пропонуємо переробити дані програми спецкурсів на програми факультативів з аналогічними назвами, зменшивши кількість годин відведених для вивчення тем у двічі (не 68, а 34 години).

До програми “Основи екології та охорони природи” додається короткий виклад теоретичного матеріалу, інструктивні картки до лабораторних робіт та рекомендована література. Це дозволить учителям краще зорієнтуватися у навчальному матеріалі, пристосувати його до місцевих умов та специфіки класу.


Мердух І.І., методист ОІППО, учитель біології СЗШ №21 м. Івано – Франківська;

Голинська Л.М., учитель біології СЗШ №10 м. Калуша, вчитель-методист

Програма спецкурсу

Основи екології та охорони природи”

10 або 11 клас

(68 год, 2год на тиждень, з них 1 год. резервного часу)

І. Вступ (4 год)

Екологія як наука про взаємовідносини організмів між собою та з умовами навколишнього середовища. Значення екології та охорони природи. Екологічна культура. Взаємозв’язки екології з іншими науками.

Методи досліджень у екології. Техніка збору та обробки інформації.

Історія екології. Екологічні дослідження в Україні.


ІІ. Факторна екологія (аутекологія)

(11 год.)

Поняття про екологічні фактори. Загальні закономірності їх дії на живі організми. Абіотичні, біотичні та антропогенні фактори навколишнього середовища. Вплив лімітуючих факторів на організм. Закон мінімуму Лібіха. Закон толерантності Шелфорда. Ступені толерентності.

Екологічна валентність виду та біоіндикація. Поняття про біоморфи.

Клімат. Основні фактори клімату: промениста енергія, температура, освітленість, відносна вологість повітря і опади. Екологічна класифікація кліматів. Поняття про мегаклімат, мезоклімат, мікроклімат. Екологічні адаптації організмів до кліматичних факторів.

Особливості едафічного фактора: структура, текстура, гуміфікація, водний, повітряний та тепловий режими грунту. Специфіка едафічних адаптацій.

Адаптивні біологічні ритми організмів. Фотоперіодизм.

Лабораторна робота 1: Визначення кислотності та текстури грунту.

Практична робота 1: Розв’язування розрахункових задач з факторної екології.


ІІІ. Популяційна екологія (демекологія)

(8 год)

Популяція як загально біологічна одиниця. Нерівноцінність популяцій. Ієрархія популяцій. Основні статистичні характеристики популяцій: просторова структура, чисельність, статевий склад, віковий склад, плодючість, смертність, тривалість життя та методи їх математичного моделювання. Поліморфізм популяції. Генетика популяцій. Закон Харді – Вайнберга.

Конкуренція у популяції: міжвидова та внутрішньовидова. Вплив хижаків на популяцію жертви. Модель Лотки – Вольтерра.

Потік енергії через популяцію. Продуктивність популяції. Концепція демоцену і поняття виду.

Практична робота 2: Розв’язування розрахункових задач з популяційної екології.

ІV. Біоценологія (синекологія)

(8 год.)

Поняття про екосистему, біоценоз, біогеоценоз. Біоценоз як природна система. Класифікація біоценозів. Властивості біоценозів. Структура біоценозу: вертикальна, горизонтальна. Видовий склад біоценозів. Екотон і континуум.

Типи взаємовідносин між організмами у біоценозах: симбіотизм, хижак-жертва, коменсалізм, мутуалізм, нейтралізм, алелопатія, протокооперація та ін.

Динаміка біоценозів. Сукцесії: сингенетичні та ендоекогенетичні, екзогенетичні та гологенетичні, деградаційні.

Поняття про ланцюги живлення. Продуценти, консументи І, ІІ та ІІІ порядків, редуценти. Правило екологічної піраміди. Потік речовини та енергії через біоценоз. Закон 10%.

Екскурсія. Спостереження за біоценозом прісної водойми (лук…). Моделювання зв’язків між організмами у біоценозі.

Практична робота 3: Розв’язування розрахункових задач з біоценології.


V. Біогеоценологія (екосистемологія)

(7 год.)

Поняття про біогеоценоз. Структура біогеоценозу.

Екологічне значення першого і другого законів термодинаміки.

Біохімічні кругообіги у біогеоценозі: кругообіг карбону, оксигену, нітрогену, гідрогену, фосфору, сульфуру, кальцію, калію, натрію, магнію. Кругообіг мікроелементів.

Особливості лісових біогеоценозів.

Узагальнення: Екологія – наука, що вивчає впливи екологічних факторів на живі організми та їх угруповання та взаємовідносини організмів між собою.


VІ. Біосферологія (глобальна екологія).

(7 год.)

Сучасне уявлення про біосферу. Структура біосфери: вертикальна та горизонтальна.

Еволюція біосфери.

Динаміка біосфери. Жива речовина та її енергія. Потоки енергії та енергетична класифікація екосистем.

Геохімія живих організмів. Кругообіги речовин і хімічних елементів у біосфері. Вчення І.В. Вернадського про біосферу. Ноосфера й управління біосферою.


VІІ. Природне середовище

(8 год.)

Атмосфера як елемент природного середовища. Парниковий ефект, смог, озонові діри, кислотні дощі. Шумове, вібраційне, електромагнітне, хімічне, біологічне, механічне забруднення атмосфери. Заходи боротьби із забрудненням атмосфери.

Гідросфера як елемент природного середовища. Проблеми прісної води. Очищення стічних вод. Проблеми питної води: вміст мікроелементів та їх вплив на здоров’я людини, нітратна інтоксикація, гігієнічні вимоги до якості питної води.

Літосфера як елемент природного середовища. Охорона ґрунтів. Рекультивація порушених земель. Охорона земних надр.

Біосфера як елемент природного середовища. Природні ресурси.

Практична робота 4: Складання плану рекультивації порушених земель вашої місцевості.

Лабораторна робота 2: Визначення засоленості, кислотності природних вод.


VІІІ. Охорона природи (прикладна екологія).

(7 год.)

Поняття про раціональне природокористування. Глобальний підхід до соціально – економічних та екологічних проблем людства, оптимальне використання всіх ресурсів Землі.

Екологічні основи інтродукції.

Біологічні методи боротьби із шкідниками.

Біоіндикація

Охорона рослинного та тваринного світу. Заповідники, заказники, національні парки, пам’ятки природи. Рідкісні та зникаючі види рослин і тварин регіону. Зелена книга України.

Червона книга України.


ІХ. Промислово – виробнича діяльність людини.

(6 год.)

Екологічні та природоохоронні проблеми енергетики, як галузі народного господарства. Екологічний вплив ТЕС, АЕС, ГЕС. Відновлювані та не відновлювані джерела енергії.

Екологічні та природоохоронні проблеми промисловості, транспорту, сільського господарства, військової справи (урахування особливостей регіону). Екологія та медицина. Ендемічні хвороби населення їх причини та профілактика.

Екологічні проблеми впровадження сучасних технологій та інтенсифікації виробництва.

Узагальнення: Екологія – нова філософія життя.

Практична робота 6: Характеристика екологічної ситуації на одному з підприємств вашої місцевості.


Короткий виклад матеріалу спецкурсу “ Основи екології та охорони природи (Мердух І.І., методист ОІППО, учитель біології СЗШ №21 м. Івано – Франківська)

І. Вступ.

Екологія – відносно молода біологічна наука. Ще недавно нею цікавилося невелике коло спеціалістів. Останніми десятиріччями вона почала розвиватися посиленими темпами. Такому швидкому розвитку сприяла необхідність вирішення таких важливих проблем сучасності, як раціональне використання природних ресурсів, профілактика забруднення середовища промисловими відходами та транспортом, запобігання знищенню природних угруповань, збереження генофонду рослинного і тваринного світу. Екологія дає уявлення про те, яким чином досягти симбіозу техніки, виробництва і природи.

Екологія – поділяється на розділи: історія екології, аутекологія (факторна екологія), демекологія (екологія популяцій), синекологія (екологія біоценозів), біогеоценологія (екоситемологія), біосферологія (глобальна екологія), прикладна екологія (охорона природи). Екологія – інтегральна дисципліна, що об’єднує три основних напрямки: природничий (від молекулярної біології до біосферології, урбоекології, агроекології); соціальний (медична, правова, політична, економічна, культурна, освітня, виховна, етноекологія, “екологія духу”); технологічна (інженерна, промислова, сільськогосподарська, будівельна, транспортна, радіологічна та інші). Екологія – нова філософія життя.

Екологічна культура суспільства – це скоординована і довготривала у часі робота всього суспільства. Вона встановлюється десятиліттями і навіть століттями. Тому нашій молодій державі особливу увагу необхідно приділяти формуванню екологічної культури.

Екологія як біологічна наука перебуває у тісному взаємозв’язку з всіма іншими біологічними науками, а також з фізикою, хімією, математикою, географією, економікою та гуманітарними науками.

Основними методами екології є: спостереження з фіксуванням та наступною статистичною обробкою наукових даних, екологічний експеримент, математичне моделювання екологічних процесів (створення реальних чи знакових моделей), екологічний моніторинг. Крім того методологічною основою екології, як науки про екосистеми є системний підхід. Екологічні системи складні ієрархічні структури організованої матерії, в яких при об’єднанні компонентів у більші функціональні одиниці, виникають нові якості. Такі нові якості екосистем можна передбачити тільки за умови комплексного підходу до їх вивчення.

Збір екологічної інформації здійснюється з використанням: польових методів (фенологічні спостереження, хімічний аналіз ґрунтів, вод, повітря, біологічних об’єктів), спостереження за екосистемою без втручання (або з мінімальним втручанням) у її функціонування, польових екологічних експериментів (одно факторних (вивчається один з факторів, що впливає на екосистему) чи багатофакторних). Екологічний експеримент як і спостереження над екосистемами є ефективними лише у поєднанні з моделюванням екологічних процесів (концептуальним (словесним) чи математичним (створеним за допомогою математичних законів, виражених цифрами та формулами)).

Історія екології. Витоки сучасної екології знаходимо у стародавніх Греції, Китаї, Єгипті, Індії. Ще у працях Геракліта, Гіппократа, Арістотеля, Теофраста Ерезійського, Плінія Старшого та інших філософів містилися повідомлення екологічного характеру: міграції на зимову сплячку, паразитизм зозулі, будівничу діяльність, самозахист каракатиці та інші.

У добу Відродження тривало нагромадження даних про рослинний і тваринний світ. Перші систематики Д. Цезалпін, Д. Рей, Ж. Турнефор у своїх працях подають відомості екологічного характеру.

Другий етап розвитку екологічної науки пов’язаний з великомасштабними ботаніко – географічними дослідженнями в природі. Великий вклад на цьому етапі внесли: К. Лінней, М. Лепьохін, К. Рульє, М.О. Сєвєрцов, А.М. Бекетов, О. Гумбольт, батько і син Декандолі, Ч. Дарвін.

Третій етап системних екологічних досліджень припадає на кінець ХІХ – початок ХХ століть і пов’язаний з іменами російських вчених В.В. Докучаєва, Г.Ф. Морозова, В.М. Сукачова, українських – Г.М. Висоцького, П.С. Погребняка, німецьких – Е. Геккеля, Р. Гессе, В. Кюнельта, американських – В. Шелфорда, Р. Чепмена, Г. Кларка, англійських – Ч. Елтона, А. Тенслі, швейцарця К. Шретера, іспанця Е. Макфельдьєна та інших.

В Україні перші спроби екологічного підходу до природоохоронної справи відомі ще з часів Ярослава Мудрого. У його “Руській правді” (правничому кодексі Київської Русі) існувала система правової оцінки використання ресурсів і передбачалася кара за збитки, заподіяні диким звірам і птахам.

В часи Гетьманщини природоохоронні традиції зберігалися і розширювалися. Регламентувалася охорона лісів, полювання, рибальство, бджолярство та садівництво.

Цікаво, що опис природи в Україні з викладом міркувань екологічного характеру залишив француз Де Боплан (1600 – 1673) у праці “Опис України”. Велика заслуга в дослідженні українських чорноземів В.В. Докучаєва, результати яких викладено у книзі “Руський чорнозем”.

В Україні успішно розвивалися на екологічній основі лісова типологія (Алексєєв, Погребняк, Воробйов та ін.), лісова фітоценологія (Шеляг-Сосонко, Гончар), міська фітоценологія (Саломаха), криптоіндикація (Кондратюк), біогеоценологія (Голубець), созологія (Стойко), степове лісорозведення (Висоцький, Бельгардт, Травлєєв), фітомеліорація (Б’яллович, Лаптєв, Кучерявий), раціональне лісокористування (Генсірук) та інші.


ІІ. Факторна екологія (аутекологія)

Екологічний фактор – це будь-який елемент середовища, здатний виявляти прямий вплив на живі організми хоча б протягом однієї фази їх розвитку. До факторів не належать такі елементи як висота над рівнем моря та глибина водойм.

Залежно від природи та особливостей дії екологічні фактори поділяють на:
  • Абіотичні – фактори неживої природи, що безпосередньо чи опосередковано впливають на живі організми та їхні угрупування (температура, освітленість, вологість, склад повітря, води, ґрунту, атмосферний тиск, тиск води, радіаційний фон).
  • Біотичні – це різні форми взаємодій між особинами у популяціях і між популяціями в угрупованнях. Це такі взаємодії як: конкуренція, паразитизм, хижацтво, мутуалізм, коменсалізм, нейтралізм, алелопатія, протокооперація. Кожен з організмів постійно взаємодіє з особинами свого (внутрішньовидові зв’язки) та інших (міжвидові зв’язки) видів.
  • Антропогенні (антропічні) – різні форми діяльності, що змінюють стан середовища існування різних живих істот, у тому числі й самої людини.

Ю. Лібіх першим почав вивчати вплив різних факторів на ріст рослин і у 1840 році висловив ідею, що витривалість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі екологічних потреб (закон мінімуму Лібіха).

Поняття про лімітуючий вплив максимуму ввів В. Шелфорд (1913р.), що сформулював закон толерантності (стійкості живих організмів): життєдіяльність організмів характеризується екологічними мінімумом та максимумом, діапазон між якими називають зоною екологічної толерантності (зоною можливого існування виду). Екологічні мінімум, максимум, діапазон толерантності визначаються окремо для кожного абіотичного фактора. Види з широкою зоною толерантності називають еврибіонтами, з вузькою – стенобіонтами.

Екологічна валентність – це здатність виду заселяти різні середовища існування, що характеризуються більшими чи меншими змінами екологічних факторів. Вид з низькою екологічною валентністю називається стенотопним, з великою – евритопним. Ступенями толерантності виду є нижня та верхня кардинальні точки, зони песимуму, зони комфорту та зона оптимуму (схема стосунків у діапазоні екологічної толерантності запропоноване Р.Гессе у 1924р.).

Фактори середовища досить строго визначають, які організми можуть жити в даному середовищі, а які не можуть. Враховуючи цю закономірність за наявністю певних живих організмів у середовищі можна зробити висновок про умови даного середовища. Так з’явився метод біоіндикації середовища, який широко використовують у лісовій типології, фітоценології, для визначення рівня забрудненості атмосферного повітря за допомогою лишайників (ліхеноіндикація), мохів (бріоіндикація), грибів (мікоіндикація). Треба мати на увазі, що стенотопні, крупніші види є кращими біоіндикаторами, співвідношення чисельності різних видів є кращим індикатором ніж чисельність одного виду.

Біоіндикатори – група особин одного виду, або угруповання, наявність, кількість або інтенсивність розвитку яких у тому чи іншому середовищі є показником певних природних процесів або умов зовнішнього середовища.

Біоморфа – життєва форма, що визначається систематичним становищем видів, їх формами росту і біологічними ритмами (циклічними коливаннями біологічних процесів і явищ). Біоморфи визначають пристосованість організму до комплексу факторів і зумовлені специфічними умовами місця їх зростання. Характеризуються вони габітусом – своєрідним зовнішнім виглядом, що сформувався в процесі онтогенезу під впливом умов середовища, насамперед грунтово – кліматичних.

Клімат – сукупність погодних умов, характерних для даної території, що повторюються з року в рік. У помірному поясі типи клімату можуть бути: різко континентальний, помірно-континентальний, морський.

Мегаклімат (регіональний клімат) – клімат великих територій.

Мезоклімат (місцевий клімат) – клімат лісу, долини, схилу, гори і т.д.

Мікроклімат (клімат на рівні організмів) – характеризує значення середовища для організму чи угруповання організмів.

Емберже виділяє такі типи кліматів: пустельний, позапустельний, тропічний, позатропічний, помірний, полярний та субполярний.

Клімат Івано – Франківської області помірно-континентальний, його, в основному, формують повітряні маси, що надходять з Атлантичного океану та Середземного моря. Середня температура січня від – 4 до – 4,5 оС, липня від + 18 до + 19 оС, вища +10 оС температура 150-170 днів протягом року. Опади 600-800 мм на рік, у Карпатах – 1400 мм. Карпати мають великий вплив на формування клімату області.

Головними факторами клімату є: промениста енергія, температура, освітленість, відносна вологість повітря і опади.

Промениста енергія (сонячна радіація) – основне джерело життя на Землі (якщо не брати до уваги невелику кількість енергії земних надр).З екологічної точки зору із всіх променів, що надходять від Сонця, лише інфрачервоні, промені видимого спектра та ультрафіолетові промені відіграють певну біологічну роль. Кількість променистої енергії, що проходить через атмосферу, є постійною: від 1,98 до 2 кал/см2 . хв., або 5 . 1020 ккал в рік на всю земну кулю. Цю величину називають сонячною сталою. Частина радіації, відбита від хмар, повертається назад до космічного простору, ще частина поглинається водяною парою і бере участь у нагріванні повітря. Озон поглинає більшу частину ультрафіолетового проміння. Решта променів досягає поверхні Землі, їх кількість залежить від кута падіння сонячних променів, прозорості атмосфери, часу доби. Рослини по відношенню до світла поділяються на сонцелюбні (геліофіти), тіневитривалі (сціофіти). Для фотосинтезу рослинам потрібні хвилі з довжинами від 300 до 700нм.

По відношенню до температури північна півкуля тепліша від південної, а термічний екватор знаходиться весь у північній півкулі. Життя можливе у межах від –50 до +50 оС. Адаптації до крайніх температур можуть бути морфологічними (шерсть, підшкірний жир) та фізіологічними (обмін речовин). По відношенню до температури рослини і тварини бувають теплолюбними (термофіли), холодостійкими (кріофіли).

Екологічне значення освітлюваності характеризується трьома аспектами: тривалістю, інтенсивністю і характером (довжиною хвилі світла). Інтенсивність і характер сильно залежать від місцевих факторів, а от тривалість світлового дня має в природі дуже велике значення. Фотоперіодизм – реакція живих організмів на довжину світлового дня. Ця реакція приводить до сезонних змін у житті рослин і тварин.

Відносна вологість повітря – це виражене у відсотках співвідношення фактичного вмісту водяної пари в одиниці об’єму до його можливого вмісту при даній температурі. За здатністю витримувати нестачу води рослини поділяються на: гігрофіти (потребують надлишку вологи), мезофіти (рослини середніх умов зволоження), ксерофіти (витримують нестачу вологи).

Ґрунт – це особливе природне утворення, що сформувалося внаслідок перетворення гірських порід рослинами, тваринами та мікроорганізмами. Шар ґрунту товщиною 1 см може формуватися протягом 300 років. Ґрунт характеризується родючістю. Динамічна рівновага, що встановлюється у ґрунті швидко порушується внаслідок сільськогосподарської діяльності людини. При цьому руйнується структура ґрунту, відбувається його виснаження та ерозія. Повітряний, водний режими ґрунту та його механічний склад знаходяться у тісній взаємозалежності. Внаслідок цього можна виділити деякі екологічні типи рослин: псамофіти (пісколюби), пелітофіти (люблять глинисті ґрунти), петрофіти (люблять кам’янисті ґрунти), евтотрофи (люблять багаті на поживні речовини ґрунти), оліготрофи (задовільняються бідними ґрунтами), галофіти (солончакові рослини).