Цель:
сформировать у школьников понятие “вид” и “критерий вида”,
показать механизм репродуктивной изоляции в природе и единство материального мира на основе интеграции предметов естественно – математического цикла (биология, физика, математика),
развивать мыслительные способности учащихся в процессе решения проблемных вопросов и выполнения заданий, а также умения сравнивать, обобщать, делать выводы,
воспитывать у старшеклассников толерантность, любовь к природе и окружающему миру.
УМК: презентационная программа, фрагмент видеофильма. Для лабораторной работы по биологии: фотографии людей различных рас. Для практической работы по физике: стакан с подкрашенной водой, полоски фильтровальной бумаги и хлопчатобумажной ткани.
Сценарий урока:
Учитель биологии: Добрый день, ребята! Начинаем наш урок.
(В это время учитель математики и учитель физики у окна разговаривают, как бы между собой)
Учитель математики: Осень… Листья опадают, скоро зима…
Учитель физики: Да… А в конце прошлой зимы я заметила одну интересную особенность. Когда прилетают снегири, то питаются они семенами только одного из этих кленов, хотя и на другом семена имеются. Удивительно, ведь на первый взгляд эти деревья почти неотличимы.
Учитель математики: Да. Эти клены похожи, но все же что-то не так. Давайте поинтересуемся об этом у наших детей, ведь они лучше разбираются в биологии.
Учитель биологии: Почему птицы предпочитают семена одного клена другому? Мы попробуем ответить на этот вопрос в конце урока. А сейчас, запишите тему: “Вид. Критерии вида” (Слайд). Основная цель урока -сформулировать понятие вида и его критериев.
Вид – это одна из основных форм организации живого, наряду с клеткой, организмом, биогеоценозом. Давайте вспомним все определения вида. (Слайд) Особи, принадлежащие к одному виду, не скрещиваются с особями другого вида, характеризуются генетической общностью, морфологическим сходством и единством происхождения. Вид существует во времени: он возникает, распространяется (в период расцвета), может сохраняться неопределенно долгое время в устойчивом, почти неизменном состоянии (реликтовые виды) или непрерывно изменяться. Конечная судьба вида различна: одни из них со временем исчезают, не оставляя новых ветвей, другие дают начало новым видам. Итак, вид – основная категория биологической классификации. Виды отличаются друг от друга множеством особенностей и признаков, совокупность которых называется критериями (от греческого “kriterion” - средство для суждения).
Посмотрите, можно ли этих людей отнести к одному виду? (Слайд) А может быть, это разные виды? До первой половины ХХ века основным критерием вида был морфологический, представляющий совокупность внешних и внутренних признаков. Цвет кожи, глаз, форма носа у этих людей разная, но ведь это еще не все внешние признаки. А вы знаете, есть одно математическое соотношение – пропорции тела, которые у всех людей одинаковы.
Учитель математики: Да, давайте порассуждаем как математики и вспомним о делении отрезка в среднем и крайнем отношении. В истории такое деление отрезка утвердилось как “золотая” пропорция или “золотое” сечение. Сравните пропорции темнокожего человек и светлокожего. (Учащиеся проводят вычисления и приходят к выводу, что пропорции равны знаменитому золотому числу)
темнокожий |
светлокожий |
|
АС |
172 |
181 |
АВ |
106 |
113 |
ВС |
66 |
68 |
АС\АВ |
1,6 |
1,6 |
АВ\ВС |
1,6 |
1,6 |
Учитель биологии: Это уже математика и от нее никуда не денешься! Учитель физики: Говорят, что человек произошел от обезьяны, значит, мы и, например, шимпанзе относимся к одному виду?
Учитель математики: Проверим, сохраняется ли “золотая” пропорция для шимпанзе. (Учащиеся, получив вычисления пропорции тела обезьяны, увидели, что “золотая” пропорция не верна). Таким образом, с точки зрения математика темнокожие и светлокожие люди относятся к одному виду, а обезьяна – к другому!
Учитель биологии: Но, хотя математика и царица всех наук, можно попробовать найти и другие критерии, по которым можно определить. Что люди разных рас относятся к одному виду. (Слайд) У человека имеется набор из 23 пар хромосом, у обезьяны и 48. Этот критерий вида называют генетическим. Существуют в природе виды, внешне абсолютно схожие. Но их набор хромосом различен. (Слайд) В результате различий в хромосомных наборах особей разных видов нарушаются процессы митоза и эмбрионального развития. Вследствие этого неполноценные и нежизнеспособные гаметы, зиготы, эмбрионы, потомки. В редких случаях межвидовые гибриды существуют, но они бесплодны (например, мул), т.к. основной признак вида – внутривидовые скрещивания особей, способность давать плодовитое потомство – генетический критерий признается основным (главным). Вернемся к объектам нашего первого исследования. (Слайд) Возможны ли браки между людьми разных рас? Да! А основные процессы жизнедеятельности у людей разных рас протекают по - разному? Нет! Например, пульс у этих людей 72 удара в минуту. Это будет относиться к следующему критерию – физиологическому. (Слайд)
Вид, состоящий из особей, объединенных в единое целое с помощью полового процесса, более устойчив к изменениям среды. Чем клан, потомство одной особи, полученное посредством бесполого размножения.
Физиологический критерий тоже подходит к людям разных рас.
А сейчас мы посмотрим небольшой фрагмент видеофильма. Попробуйте ответить на вопрос: “ О каком критерии идет речь?” (Видеофрагмент) Ответ: этологический критерий. (Слайд)
Учитель физики: Извините, можно задать вопрос? Все вышесказанное относится только к человеку и животным? Или к растениям тоже?
Учитель биологии: Да, конечно. (Слайд) Посмотрите, перед вами степь и болото. Что можно сказать о видах растительности? Они разные! Почему? Растительность зависит от температуры среды, от освещенности, от влажности и от почвы. Эти факторы формируют следующий критерий – экологический.
Учитель физики: Кстати, вопрос влажности почвы может быть рассмотрен и с точки зрения физики. Влажность почвы обеспечивается не только осадками и грунтовыми водами, но и структурой почвы. В слежавшейся почве образуются тончайшие трубочки – капилляры, по которым, благодаря взаимодействию между молекулами жидкости и молекулами стенок, вода поднимается на поверхность и испаряется. Чем тоньше капилляр, тем выше поднимается по нему жидкость. Мы можем вычислить размеры капилляра по формуле:
D= 
,
где 
=7,3•10-2
Н/м коэффициент поверхностного натяжения воды, 
= 1000 кг/м3
плотность воды.
(Слайд) В качестве экспериментальных образцов возьмем не почву, а полоски хлопчатобумажной ткани и фильтровальной бумаги. (Учащиеся выполняют работу, измеряя диаметр капилляра).
Учитель биологии: Следующий критерий – географический. Каждый вид занимает определенный ареал. (Ученики выступают с сообщениями).
Учитель математики: Человека мы рассмотрели подробно, растения тоже, а как же животные?
Учитель биологии: Пожалуйста! (Слайд) Я предлагаю выполнить лабораторную работу “Морфологический критерий вида” на примере животных. Вам предстоит сравнить предложенные объекты между собой и описать черты сходства и различия. Далее вам необходимо сделать вывод: относятся ли данные организмы к одному виду? Ответ обоснуйте.
(Учащиеся выполняют работу).
Учитель математики: Как же так, на первый взгляд животные одинаковые, значит, их можно отнести к одному виду? (Учащиеся замечают, что у баранов разная форма рогов: спиралевидные у одного и винтообразные у другого). А что такое математическая спираль? Какие спирали известны в математике и какие из них чаще всего встречаются в живых организмах, в объектах природы? (Старшеклассники рассказывают о спиралях Архимеда, Ферма, гиперболической и логарифмической спиралях… И более подробно характеризуют логарифмическую спираль, вид которой имеют многие объекты природы).
Учитель биологии: Подведем итоги:
- Видовые критерии, по которым один вид отличается от другого, в совокупности обеспечивают генетическую изоляцию видов, обеспечивая самостоятельность каждого вида и разнообразие их в природе.
- Нет ни одного критерия, который можно признать абсолютным и универсальным.
- К способам изоляции, препятствующим скрещиванию разных видов относятся:
- различие ареалов, места обитания, т.е. невозможность встречи;
- разные сроки размножения;
- разное строение половых органов;
- нежизнеспособность или стерильность потомства;
- разные “ритуалы” ухаживания в период размножения.
- Вид представляет собой генетически изолированную систему, что доказывает реальность существования вида в природе.
Учитель математики: Вернемся к началу урока. Вспомните вопрос и постарайтесь дат на него ответ. (Учащиеся приходят к выводу, что клены относятся к разным видам).
Учитель биологии: запишите задание на дом, §8. Докажите, что ворон - это не “муж вороны”, а самостоятельный вид.
Учитель математики: Мы надеемся, что наши старшеклассники сегодня еще раз убедились, что все науки находятся во взаимосвязи.
Учитель физики: И что наш мир – единое целое!