Тип урока: обобщающий, коллоквиум.
Задачи урока:
Образовательные задачи. Закрепление основных экологических понятий (экосистема, биогеоценоз, загрязнение окружающей среды), частных экологических понятий (экологические факторы: абиотические, биотические, антропогенные, лимитирующие факторы, законы оптимума и минимума, толерантность, адаптации, популяции, виды, лишайники – пример симбиотических взаимоотношений, первичная сукцессия, влияние загрязнений на живые организмы, загрязнители, биоиндикаторы), необходимых опорных знаний (элементы метода лихеноиндикации, признаки живого организма, газовые выбросы транспорта); продолжить формирование общеучебных умений (работа с учебником, определителем, фотокамерой, ПК, интерактивной доской); специальных умений и навыков (наблюдать, исследовать живые объекты, сравнивать, анализировать, делать выводы).
Воспитательные задачи. Привлечь внимание учащихся к проблеме охраны природы (экологическое воспитание), помочь ощутить красоту и гармонию природных объектов в городе (эстетическое воспитание), в целях профилактики утомления учащихся, помочь применить различные виды деятельности при подготовке к уроку и проведении его (физическое воспитание, применение здоровье сберегающих технологий).
Развивающие задачи. Формировать умения: наблюдательность, точность в выполнении задания, выделять главное в изучаемом материале, проводить элементарные аналитические действия, делать выводы, рецензировать выводы своих товарищей.
Цели урока: обобщить полученные знания в ходе изучения темы «Основы экологии», активизировать внимание школьников к экологическому состоянию улиц города; обобщить и углубить их знания о влиянии загрязнения окружающей среды на биогеоценоз, здоровье человека; сформировать умения и навыки, необходимые для изучения и оценки экологического состояния окружающей среды, по биоиндикаторам (лишайникам); продолжить воспитание ответственного отношения к природе и здоровью человека.
Оборудование: интерактивная доска, фото исследуемых объектов, определитель лишайников
Подготовка к уроку.
Для исследований чистоты воздуха исключаются окраины города, поселки, прилегающая территория к Ленинградскому шоссе. В центральной части г. Клина (в разных микрорайонах) выбираются 4 равноценных, по транспортной загруженности улиц. Они равноудалены от промышленных предприятий и крупных транспортных артерий. По своему статусу они относятся к «спальным улицам» - улицам продвижения по жилым зонам. В старой, исторической части города, это Красная улица; в центральном микрорайоне – улица Менделеева; в 5 микрорайоне – улица 60 лет Комсомола; в 3 микрорайоне – улица Карла Маркса.
Класс разделен на четыре «исследовательских» группы по четыре человека, группу «экспертов» - шесть человек и группу «технической поддержки» - два человека. Каждый из учащихся класса получил несколько заданий: общая часть- повторить параграфы темы; индивидуальная часть: исследователи – групповые задания (исследовать древесные лишайники выделенного района улицы в количественном отношении и разнообразии, определить виды двух, наиболее распространенных, сфотографировать их); эксперты – индивидуальные задания: особенности лишайников, действие лимитирующих экологических факторов, особенности транспортного загрязнения в городе, толерантность и адаптации организмов, понятие о методе лихеноиндикации. Необязательная часть домашнего задания: приветствуются «прогулки» по маршрутам всех групп.
Ход урока:
Вступительное слово учителя.
Наш город, Клин, считался с советских времен городом химиков. На территории его работали многочисленные промышленные предприятия, такие как: Химволокно, Термометр, Медстекло, Химлаборприбор, Стройдеталь, Сельстройкомбинат, Комбинат Промышленных Предприятий, Стройиндустрия и другие, которые негативно влияли на чистоту воздуха. Прошло время, многие предприятия закрыты, многие работают не в полную силу, можно было бы ожидать улучшения чистоты воздуха. Однако, этого не происходит. За последнее время, резко возросло количество автомобилей у населения, что привело к ряду проблем: отсутствию парковочных мест, заторам на улицах и шоссе, и, как следствие этого, загазованности городского воздуха. Особенно, это ощущается на городских, прилегающих к Ленинградскому шоссе, участках.
Человек, как существо не только биологическое, но и социальное, обладает исключительной экологической выносливостью. Он может жить и в пустыне, и на Крайнем Севере, и даже в космосе. В экстремальных условиях (в зоне физиологического угнетения, стресса, а порой и в безжизненной зоне) человек сам создает себе необходимые условия. Нужный микроклимат более или менее научились воспроизводить, благодаря одежде, жилищу. Сейчас, у людей в домах на многих улицах города возникла необходимость с помощью современных стелопакетов защитить себя от уличного шума и загазованности воздуха. Поддерживать чистоту воздуха на улицах города можно только сохраняя и высаживая зеленые насаждения. Но возможности такого рода, в условиях городской инфраструктуры, не безграничны. В связи с тем, что многократно увеличился автомобильный поток, проходящий через центр города, нагрузка на обитателей городской экосистемы изменилась.
Весь класс перед уроком был разделен на 4 исследовательских группы, и каждой группе было дано свое задание по обследованию определенной территории – части улицы, которая является наиболее типичной для нашего города.
<Рисунок1>
На этих улицах мы все с вами живем. Сегодня на уроке мы подведем итоги, полученным результатам работ и выберем наиболее благополучную по чистоте воздуха улицу города. Разложим своеобразный «экологический пасьянс», посмотрим, что из этого получится. У одного любителя пасьянсов, всем вам известного, Д. И. Менделеева, получился Периодический закон.
Предоставим слово группе экспертов.
Первый эксперт:
Экологическими факторами являются любые влияющие на организмы свойства или компоненты внешней среды, действие которых поддается измерению. Факторы делят на абиотические и биотические. К абиотическим относят физико-химические факторы: свет, температуру, влажность, силу ветра или течения, состав солей в растворе и их концентрацию, давление, радиоактивное излучение, электромагнитные поля и загрязнение воздуха. Влияние разных форм человеческой деятельности на живую природу относят к антропогенным факторам ( производство, транспорт и другое). Загрязнение воздуха транспортом, как антропогенный абиотический фактор действует на протяжении длительного периода времени, по нарастающей.
«Данный фактор влияет на организмы как: 1) ограничитель, т.е. определяет невозможность существования организмов в определенных условиях; 2) раздражитель, вызывающий соответствующие приспособительные изменения биохимических и физиологических реакций; 3) модификатор, влияющий на морфологию и анатомию; 4) сигнал, подготавливающий к наступающим изменениям других факторов среды». [6]
Живые существа отвечают на изменение действия экологических факторов адаптивными реакциями. Адаптациями называют любые изменения в строении и функционировании организмов, которые повышают их шансы на выживание. Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов и обеспечивают жизнь их представителей в определенных пределах изменения среды.
Второй эксперт:
Основная закономерность влияния экологических факторов на организмы получила название закона оптимума. Результаты действия переменного фактора зависят прежде всего от силы его проявления, или дозировки. Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно. Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности. Отклонения от оптимума определяют зоны пессимума. В них организмы испытывают угнетение. Минимально и максимально переносимые значения фактора — это
критические точки, за которыми организм гибнет.
Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий. Закон оптимума свидетельствует, что в жизни любого вида нет целиком положительных или отрицательных факторов, все зависит от силы их проявления. [6] Смотрим рисунок 120 на странице 296 учебника «Общая биология».
Третий эксперт:
Жизнь организмов подчиняется также закону (правилу) ограничивающих, или лимитирующих, факторов. Оно позволяет понять, какие из многочисленных и одновременно действующих факторов наиболее важны в данный момент, определяя выживание, рост и развитие организмов. Таким ограничивающим фактором может стать любой из них, если его значение сильно отклоняется от оптимума и приближается к критическим точкам. Поскольку факторы переменчивы, жизнь организмов в разные отрезки времени может определяться различными условиями среды. Засуха, заморозки, ливни, град, нехватка элементов питания могут попеременно ограничивать развитие растений, и человек старается свести к минимуму их отрицательные воздействия. Если хотя бы один из факторов среды при оптимальном сочетании остальных приближается к критическим точкам, организмам грозит гибель.
Лимитирующие факторы определяют и распространение видов, их ареалы. На границах ареалов условия существования, как правило, далеки от оптимума.
«Закон оптимума и другие общие законы влияния экологических факторов на организмы пронизывают и всю нашу жизнь. В быту они проявляются в необходимости соблюдения меры в потреблении тех или иных веществ: пищи и отдельных ее компонентов, лекарственных препаратов, чистящих и дезинфицирующих химикатов, средств защиты от вредителей и т.п. Эти простые законы часто грубо нарушаются в хозяйственной деятельности, что приводит к загрязнению среды и экологическим катастрофам». [6]
Четвертый эксперт:
В мире — несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, особенно в крупных городах. В «России суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта составил более 35% от общей суммы выбросов. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений: бензапирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (из этилированного бензина). Ежегодно мировой парк автотранспорта выбрасывает в атмосферу свыше 0,4 млн. т свинца. Крайне отрицательно на жизнедеятельности растений сказываются автомобильные выхлопные газы, содержащие 60% всех вредных веществ в городском воздухе». [10]
Пятый эксперт:
Лишайники - это симбиотические организмы, образованные в результате сожительства особых видов грибов и некоторых родов зеленых водорослей или цианобактерий. Гриб получает от водоросли углеводы и вместе с тем снабжает водоросль водой, минеральными солями, обеспечивает ей защиту от высыхания. Лишайники могут выживать в условиях среды, неблагоприятных для любой другой формы жизни и распространены чрезвычайно широко в природе, по всему миру: от пустынь до Арктики. Значит, лишайники – уникальный эволюционный материал, очень «пластичен» для адаптаций. Обычное дело для них, пребывание в обезвоженном состоянии, когда влажность их составляет от 2 до 10 % сухой массы. При высыхании фотосинтез прекращается; погрузившись в такой «анабиоз», некоторые виды могут выдерживать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и жесткие холода. Влажный лишайник разрушается ярким светом и экстремальными температурами, не влияющими на него в сухом виде. Смачиваясь дождем, лишайники очень быстро поглощают воду (в 3- 35 раз больше собственной массы), оживая. Фотосинтез идет наиболее интенсивно при влажности 65-90% предельной влагоемкости.
«Все вещества (минеральные и органические) проникают в слоевище лишайников через поверхность, поэтому самыми чувствительными к воздействию загрязнителей являются лишайники кустистых видов, имеющие наибольшую поверхность соприкосновения с окружающей средой. Далее идут листоватые виды, и наиболее устойчивыми являются накипные лишайники, слоевище которых зачастую погружено в субстрат или имеет вид слабой корочки. Среди разнообразия видов, наиболее чувствительными к изменению содержания в воздухе химических веществ являются эпифиты, обитающие на коре деревьев и кустарников». [7] Вредные примеси проникают в слоевища лишайников из атмосферы вместе с осадками и пылью. Более того, осадки насыщаются загрязняющими веществами, проходя через кроны деревьев и стекая по стволам и ветвям. «На лишайники губительно действуют, прежде всего, вещества, увеличивающие кислотность среды и ускоряющие окислительные процессы, такие соединения, как диоксид серы (SO2), оксиды азота (NO, NO2), фторо - (HF) и хлороводород (HCl), озон (O3). Наиболее восприимчивы они к действию SO2 – одному из самых распространенных загрязняющих веществ, продукту сгорания любого серосодержащего топлива». [10] Однако, относительно безвредны для них токсичные для других растительных организмов тяжелые металлы, способные накапливаться в слоевищах в значительных количествах. Значит, лимитирующим фактором, для лишайников является газовая составляющая автомобильных выбросов.
Шестой эксперт:
Лихеноиндикация- это часть более широкого понятия «биоиндикация»- определение степени загрязнения окружающей среды с помощью живых организмов, биоиндикаторов (в данном случае, лишайников). Выбор лишайников в качестве биоиндикаторов обусловлен тем, что они не слишком чувствительны и не слишком устойчивы к загрязнению; у них достаточно продолжительный жизненный цикл; они широко распространены по планете, каждый вид приурочен к определенному местообитанию. Они реагируют на загрязнение иначе, чем высшие растения. Долговременное воздействие низких концентраций загрязняющих веществ вызывает у лишайников такие повреждения, которые не исчезают вплоть до гибели их слоевищ. Это, видимо, связано с тем, что лишайники возобновляют свои клетки очень медленно, в то время как у высших растений поврежденные ткани заменяются новыми достаточно быстро.
«Известны три метода лихеноиндикации:
Первый метод позволяет изучать изменения, которые происходят в строении и жизненных функциях лишайников под воздействием загрязнения.
Второй метод базируется на описании видов лишайников, обитающих в районах с различной степенью загрязнения атмосферы.
Третий метод включает методы изучения целых лишайниковых сообществ в загрязненных районах и составление специальных карт». [9]
Предоставим слово группам исследователей по очереди:
Каждая группа работает с интерактивной доской, ставя название улиц, принесенные фотографии лишайников на соответствующие места.
<Рисунок2>
Далее защита исследований команды проводится по плану.
План защиты выводов группы:
- Название улицы.
- Название видов лишайников, максимально распространенных на участке.
- Характеристика сравнительной площади покрытия максимально распространенных лишайников.
- Присутствие других видов лишайников
Из выступлений 1 группы:
Мы исследовали часть улицы Красная. Лишайники видов: Пармелия бороздчатая и Фисция серая заметно преобладают над другими видами, образуя сплошные «ковровые покрытия» на большинстве деревьев. Другие виды встречаются редко, вкраплениями, на отдельных деревьях. Хотя по размерам этих включений, нельзя сказать о сильном угнетенном состоянии этих лишайников. Исходя из того, что преобладающие виды представлены накипными формами, наиболее адаптированными к неблагоприятным воздействиям, чистоту воздуха на нашей улице можно считать средней и присудить 2 - 3 место.
Из выступлений 2 группы:
Мы исследовали часть улицы Менделеева. Лишайники видов: Пармелия бороздчатая и Фисция серая – это все, что мы могли найти и определить. Лишайники расположены на некоторых деревьях «островками», на многих деревьях заметили отсутствие вообще каких либо лишайников. Из наших наблюдений, мы ставим экологическое благополучие нашей улицы, по критерию -чистота воздуха, на последнее 4 место.
Из выступлений 3 группы:
Мы исследовали часть улицы 60 лет Комсомола, прилегающей к Гимназии № 2. Увиденное нас удивило и обрадовало: поразило многообразие лишайников по видам, окраске. Листоватые формы заметно преобладали над накипными, кустистых – мы не встретили. Самыми – распространенными считаем виды: Ксантория постенная (стенная золотнянка), Гаспарриния обманчивая. В разных местах улицы наблюдаются другие «победители» распространенности, но мы, по правилам, даем только результат со своего участка. Исходя из того, что мы увидели и о чем рассказали, делаем вывод: 1 место принадлежит нашей улице.
Из выступлений 4 группы:
Мы исследовали часть улицы Карла Марса, за магазином «Детский Мир». Как и у группы № 3, листоватые формы заметно преобладали над накипными, кустистых – мы не встретили. Самыми распространенными считаем виды: Фисция аполия, Цетрария сизая. Также встречаются и другие виды: Пармелия бороздчатая и Фисция серая, но они немного «проигрывают» первым. Особого разнообразия лишайников, отмеченного ребятами из 3 группы мы не видели. Исходя из того, что мы увидели, считаем, что наша улица должна занять заслуженное 2 место.
По результатам выступлений начинается обсуждение всеми участниками групп, включая экспертов. Вводятся на интерактивной доске необходимые корректировки и делается вывод из урока.
<Рисунок3>
Заключительное слово учителя.
<Рисунок4>
Дорогие ребята, исследователи и эксперты!
Вы сами увидели, рассказали о беде нашего города – загрязнении воздуха от транспорта. Проанализировав полученные данные всех групп, вы «расставили все по своим местам». Действительно, данная проблема локальна – она имеет городскую «регистрацию», это беда всех городов. Также она имеет «человеческое лицо» - антропогенный характер; к сожалению, постоянно увеличивающий свое воздействие. Люди в погоне за комфортностью передвижения, создают проблему не только для себя, но и для всех компонентов городской экосистемы. Если биоиндикаторам, относящимся к первичной сукцессии, неприхотливым пионерам заселения безжизненных пустынь – лишайникам, приходится непросто, что говорить о растениях, животных, птицах, человеке.
Мы с вами, горожане. Подумайте, пожалуйста, какие пути решения вы могли бы предложить, что бы исправить создавшееся положение.
Далее учащиеся предлагают способы решения проблемы чистого воздуха в городе:
- Стараться жить в экологически благополучных районах города, лучше в сельской местности.
- Участвовать в дальнейшем озеленении города, беречь ранее высаженные насаждения от несанкционированного вмешательства ( вырубок, парковок автотранспорта и другого).
- Объяснять младшим школьникам о роли зеленных насаждений.
- Больше ходить пешком, добиваться ограничений въезда автотранспорта в жилые зоны.
- Больше использовать велосипеды, в качестве транспортных средств.
- Чаще использовать существующий общественный транспорт. Поступая по принципу: «Лучше одна выхлопная труба одного общественного транспорта для десятка пассажиров, чем десять выхлопных труб десяти личных автомобилей!».
- Использовать транспорт на электрической тяге (троллейбусы) и электромобили.
Если, хотя бы несколько ваших советов претворятся в жизнь, все мы увидим заметное улучшение условий жизни как лишайников, так всего биоценоза в целом. Мне бы, как и вам, очень хотелось этого.
Тихо звучит музыка (песня Ю.М. Антонова «Есть улицы центральные…»)
Учитель оценивает вклад каждого учащегося в проведение урока.
Конец урока.
Список литературы и используемой информации.
- Гарибова Л. В., Дундин Ю. К., Коптяева Т. Ф., Филин В. Р. «Водоросли, лишайники и мохообразные СССР» Изд. «Мысль» М. 1978
- Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. «Общая биология 10 – 11 кл» Изд. «Дрофа» М. 2009
- Кузнецов В. Н. «Справочные и дополнительные материалы к урокам экологии» Изд. «Дрофа» М. 2002
- Миронов А. В. «Преподавание экологии в школе» Изд. «Владос» М. 2004
- Литвинова Л. С., Жиренко О.Е. «Нравственно – экологическое воспитание школьников» Изд. «5 за знания» М. 2005
- Чернова Н. М. «Учителю биологии об основах экологии» Изд. «Педуниверситет «Первое сентября» М. 2006
- Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. «Современная ботаника» Изд. «Мир» М. 1990
- Сухова Т. С. «Системный подход как условие развивающего обучения в курсе биологии» «Педуниверситет «Первое сентября» М. 2006
- http://www.nature-archive.ru/lichens/likhenoindikatsiya.php
- Коробкин В. И., Передельский Л. В. «Экология» Изд. «Феникс» Ростов – на- Дону 2005