Практикум по общей экологии

Cодержание

1. Пояснительная записка.
2. Практические занятия.
3. Литература.

Пояснительная записка

Экология - это наука о связях живых организмов с окружающей средой. Эти связи образуют единую и очень сложную систему, которую мы называем биосферой. Современное человечество, вооруженное техникой и использующее огромное количество энергии, представляет мощную силу, воздействующую на неё. Если эти воздействия не будут учитывать природные законы и связи, установившиеся за миллионы лет, могут возникнуть катастрофические последствия. Ученые уже обеспокоены тенденцией нарастания неустойчивости биосферы, вызванной деятельностью человека.

Поэтому экология в настоящее время приобретает особое значение как наука, помогающая найти пути выхода из возникающего кризиса, а экологическое образование формирует экологическую культуру и ответственность личности и общества, обеспечивая его выживание и развитие.

В зависимости от учебного плана на изучение темы “Основы экологии” отводится в 9 кл. - 10 ч., в 11 кл. - 7 или 14 ч. Таким образом, с теорией учащиеся 11 кл. знакомы. Проблема в том, чтобы выпускники могли применять знания для решения практических задач. Для этого мною составлено данное учебно-методическое пособие. В практикуме представлены практические работы, которые:

1. Обучают умению изучать и оценивать состояние окружающей среды, проводить небольшие эксперименты, наблюдения, мини исследования решать экологические задачи;

2. Воспитывают потребность соблюдения здорового образа жизни и улучшения состояния окружающей среды;

3. Развивают способности к целевому, причинному и вероятностному анализу экологических ситуаций;

4. Формируют обще-учебные навыки работы с биологической и справочной литературой, с диаграммами, графиками.

В практикуме 6 практических занятий, которые охватывают практически все вопросы темы “Общая экология” в 11 классе.

Практикум можно использовать как один из возможных вариантов практических занятий, последовательность которых, временные рамки, а также отбор содержания могут корректироваться по усмотрению учителя. Допустимо использование фрагментов практических работ при базовом уровне обучения биологии, к тому же весь практикум может быть использован как элективный учебный предмет в классах социально-гуманитарного профиля.

Тема: “Среда обитания организмов и ее факторы”

Практическое занятие № 1. “Экологические факторы среды и их взаимодействие”

Цель: изучить законы зависимости организмов от факторов среды.

Задачи.

1. Изучить экологические факторы среды и их взаимодействие;
2. Научиться работать с диаграммами;
3. Научиться строить графики зависимости.

Вводная беседа.

Экологические факторы – это условия среды.

Различают: абиотические, биотические и антропогенные факторы.

Экологические факторы чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции организмов на любой фактор среды.

Главный из них - закон оптимума, который выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении меры фактора.

Для понимания связи видов со средой не менее важен закон ограничивающего фактора. Он гласит, что наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений. Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание особей.

1. Перед вами график зависимости смертности куколок яблоневой плодожорки от двух факторов: влажности и температуры.

1) Определите, какой фактор будет ограничивающим в точке с координатами:

а) влажность — 20%; температура — 25°С

б) влажность — 80%; температура — 2°С

в) влажность — 80%; температура — 40°С

2) Назовите диапазон оптимальной для вида:

температуры

влажности

3) Назовите пределы выносливости вида:

по температуре

по влажности

2. Используя рисунок задания 1, подумайте и запишите, в каком из районов опасность размножения яблоневой плодожорки выше: в районе со средними летними температурами от 20 до 25°С и относительной влажностью 70—90% или в районе со средними летними температурами от 30 до 35°С и влажностью 30—40%:

3. Используя рисунок задания 1, постройте два графика зависимости смертности куколок яблоневой плодожорки от действия температуры при относительной влажности 80% и 30%.

Объясните, почему эти графики отличаются друг от друга:

4. Объясните, почему все графики зависимости численности (или смертности) от фактора среды будут иметь вид колоколообразной кривой:

Тема “Адаптация организмов”

Практическое занятие №2 “Изучение биоритмов”.

Цель: Изучить особенности индивидуальных биоритмов с целью оптимизации работоспособности.

Задачи:

• научиться измерять по пульсу ритм сердечных сокращений;
• научиться строить графики биоритма.

Вводная беседа:

В ходе исторического развития человек приспособился к определенному ритму жизни, обусловленному ритмическими изменениями в природной среде и энергетической динамикой обменных процессов. В настоящее время известно более 100 ритмических процессов в организме, называемых биоритмами. К ним относятся ритмы работы сердца, дыхания, биоэлектрической активности мозга.

Центральное место среди всех ритмических процессов занимают суточные ритмы, имеющие наибольшее значение для организма. Реакция организма на любое воздействие зависит от фазы суточного ритма (то есть от времени суток). Эти знания вызвали развитие новых направлений в медицине-хронодиагностики, хронотерапии, хронофармокологии.

Ход работы

1. Измерьте у себя по пульсу ритм сердечных сокращений в спокойном состоянии в разное время суток (например, в 8, 15 и 21 час). Повторите измерение в течение 3-4 дней. Сопоставьте результаты.

2. Составьте результаты и постройте графики.

3. Проявляется ли суточный ритм в частоте ваших сердечных сокращений?

4. Если бы от вас зависела организация работы в ночную смену на предприятии, что бы вы выбрали:

а) постоянную ночную работу с повышенной оплатой для тех, кто согласен на такой режим,

б) чередование дневной и ночной работы для каждого, с увеличенным отдыхом после ночи,

в) только дневную работу для одних и чередование дневных и ночных смен для других работников, какие-либо другие формы организации труда? Обоснуйте ответ.

5. Как по-вашему, лучше организовать доставку спортивной команды на всемирные соревнования из Москвы до Японии:

а) самолетом за два дня до соревнования;

б) самолетом за две недели до его начала;

в) поездом и затем на корабле за неделю до его начала? Обоснуйте решение.

Тема “Местообитание и экологические ниши”

Практическое занятие №3 “Составление экологической характеристики вида (экологическая ниша) и размещение комнатных растений в зависимости от этой характеристики.

Цель: закрепить понятие “экологическая характеристика”, убедиться в необходимости знаний об экологии растений для оптимального размещения их в классе и дома.

Вводная беседа:

Приспособленность к среде обитания комнатных растений обусловлена их морфологией, анатомией и физиологией. Для того, чтобы растение хорошо развивалось и росло, необходимо выявить его экологическую характеристику. Экологическая характеристика отражает отношение растения к свету, влажности, температуре, составу воздуха и т.д., т.е. все параметры экологической ниши.

Ход работы

1. Определите, какие комнатные растения имеются в классном помещении.

2. Выясните по паспортным данным родину каждого из этих комнатных растений.

3. Выясните по картам “Климатическая карта мира”, “Природные зоны”, какие условия существуют на родине каждого комнатного растения. Заполните таблицу:

4. Выберите 4-5 комнатных растений, чтобы предложить план размещения их в помещении в зависимости от абиотических факторов (от освещенности). Заполните таблицу:

5. Отметьте на плане помещения растения, зная их отношение к свету (растения обозначьте номерами).

6. Проверьте, правильно ли расставлены растения в классе, дома.

Тема “Конкурентные взаимодействия”

Практическое занятие №4 “Изучение межвидовой конкуренции”.

Цель: провести эксперимент, доказывающий существование в природе межвидовой борьбы за существование.

Оборудование: стеклянные банки (800 мл) с песком, кусочки черного или белого хлеба, фруктов, разбавленное варенье, ватные пробки, химические стаканы, восковой карандаш или маркеры, проволочные петли, спиртовки, фильтровальная бумага.

Вводная беседа:

Конкуренция чрезвычайно широко распространена в природе. Её подразделяют на внутривидовую и межвидовую.

Формы проявления межвидовой конкуренции могут быть весьма различными: от жестокой борьбы до почти мирного сосуществования.

Заранее подготовьте культуру плесеней, примерно за неделю до урока “Борьба за существование”.

Для этого:

1) В банку насыпьте слой влажного песка и поместите на него увлажненные кусочки хлеба (черного или белого). Банку закройте крышкой, выложенной изнутри фильтровальной бумагой. Затем поставьте в теплое место. При этом песок и фильтровальную бумагу постоянно увлажняйте. Получите, таким образом, белую плесень-мукор.

2) В точно такую же банку поместите кусочки фруктов или разбавленное варенье. Методика проращивания точно такая же, как в предыдущем опыте. Однако в данном случае вырастет сизая плесень – пеницилл.

Если в природе существует межвидовая борьба за существование, то по принципу конкурентного исключения Гаузе: лучше будет чувствовать себя тот вид плесневого гриба, для которого пищевая среда благоприятна. Развитие другого вида будет угнетено.

Ход работы 

1. Поместите в одну часть пробирок кусочки хлеба, в другую - кусочки фруктов. Все питательные среды увлажняйте водой. Почему для опыта берут два вида питательных сред?
2. Перенесите в пробирки с одинаковой средой: в одну- споры белой плесени, в другую- сизой плесени, в третью- обеих.
3. Закройте пробирки и подпишите их (восковым карандашом или маркером). Поместите пробирки на 10-12 дней в теплое место.
4. Рассмотрите пробирки. В какой из пробирок питательная среда более благоприятна, способствует плодовитости плесени? В какой из пробирок питательная среда менее благоприятна?
5. Докажите, что результаты эксперимента подтверждают существование в природе межвидовой борьбы за существование.

Тема “Экологические сообщества”

Практическое занятие №4 “Изучение видового разнообразия и цепей питания в искусственной экосистеме”.

Цель: выявить цепи питания в аквариуме, показать роль человека в поддержании равновесия в искусственной экосистеме.

Оборудование: микроскопы, пипетки, предметные и покровные стекла, вата, марлевые салфетки, аквариум с его живыми обитателями.

Вводная беседа:

В аквариумах обычно выращивают такие растения, как уруть, водокрас, водяной мох. Из животных чаще всего встречаются прудовики, катушки, шаровки, аквариумные рыбки (гуппи, меченосцы и т.д.). Из микроскопических ракообразных - дафнии, водяные ослики. Из простейших - инфузории, амебы, коловратки, сувойки. Все эти живые организмы связаны друг с другом трофическими связями.

Ход работы

1. Рассмотрите каплю воды из аквариума под микроскопом, предварительно расположив в капле несколько нитей ваты для затруднения движения простейших и ракообразных.

2. Определите, какие микроскопические организмы обитают в аквариуме.

3. Какие водные растения произрастают в аквариуме?

4. Каких представителей позвоночных вы заметили (моллюски, ракообразные и т.д.)?

5. Какие аквариумные рыбки обитают в аквариуме? Заполните таблицу по результатам наблюдений:

Растения		Животные
Водоросли	Покрыто- семенные	Простейшие	Моллюски	Ракообразные	Рыбы

6. Составьте все возможные пищевые цепи в аквариумной экосистеме.

7. Постройте пищевую сеть для этой искусственной экосистемы.

8. Какую роль выполняет человек в искусственной экосистеме?

9. Сравните аквариум с естественным водоемом. Что общего и какие различия у этих экосистем? Заполните таблицу:

Экосистема	Черты сходства	Черты различия
Пресноводный водоем
Аквариум

10. Сделайте вывод по работе.

Тема: “Структура сообществ”

Практическое занятие №5 “Структура сообщества. Пищевые цепи и экологические пирамиды”.

Цель: научиться применять знания о структуре сообществ и взаимосвязях организмов в них при изучении природных сообществ ЯНАО.

Задачи:

1) уметь выделять группы организмов в сообществе;

2) составлять пищевые цепи сообщества;

3) уметь строить пирамиды биомассы и чисел.

Вводная беседа:

В биоценозах выделяют три группы организмов:

- продуценты;

- консументы;

- редуценты.

Они теснейшим образом связаны между собой и с неживой природой. Связь эта выражается через передачу вещества и энергии, то есть цепь питания.

Графическое выражение цепи питания называется экологической пирамидой.

1. Выпишите по рисунку виды, относящиеся к:

а) продуцентам,

б) консументам I порядка,

в) консументам II или III порядка.

2. Какие организмы тундры выполняют функцию редуцентов (разрушителей)?

3. Что произойдет, если в тундре будут полностью уничтожены волки, полярные совы, песцы?

4. Составить пищевые цепи сообществ: 3 пастбищные и 2 дендритные.

II

Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около 10 %), постройте пирамиду биомассы следующей пищевой цепи:

предполагая, что животные каждого трофического уровня питаются только организмами предыдущего уровня. Биомасса растений на исследуемой территории составляет 40 тонн.

Постройте пирамиду чисел этой пищевой цепи, зная, что биомасса:

1 побега травянистого растения - 5 г (0,005 кг);

1 кузнечика - 10 г (0,01 кг);

1 лягушки - 10 г (0,01 кг);

1 ужа около 100 г (0,1 кг);

1 змееяда около 2 кг.

Рассчитанные значения впишите в таблицу:

Представители трофических уровней	Рассчитанная биомасса (кг)	Рассчитанная численность (особи)
Растения	40 000
Кузнечики
Лягушки
Ужи
Змееяд

Тема “Загрязнение окружающей среды”

Практическое занятие №6 “Расчётная оценка количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта”.

Цель: изучить влияние автотранспорта на загрязнение воздуха.

Задачи:

1. Научить высчитывать количество выбросов вредных веществ.
2. Научить обрабатывать результаты.

Оборудование: пишущие принадлежности, микрокалькулятор.

Вводная беседа:

Автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидами азота NOх (смесью оксидов азота NO и NO₂) и угарным газом, содержащихся в выхлопных газах. Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60% по СО и более 50% по NOх от общего загрязнения атмосферы этими газами. Повышенное содержание СО и NOх можно обнаружить в выхлопных газах не отрегулированного двигателя, а также двигателя в режиме прогрева.

Выбросы вредных веществ от автотранспорта характеризуются количеством основных загрязнителей воздуха, попадающих в атмосферу из выхлопных (отработанных) газов, за определённый промежуток времени.

К выбрасываемым вредным веществам относятся угарный газ (концентрация в выхлопных газах 0,3–10% об.), углеводороды- несгоревшее топливо (до 3% об.) и оксиды азота (до 0,8%), сажа.

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчёта количества выбросов являются:

- количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих по выделенному участку автотрассы в единицу времени;

- нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в таблице №1);

Таблица 1

Тип автотранспорта	Средние нормы расхода топлива (л на 100 км.)	Удельный расход топлива Yi (л на км.)
Легковой автомобиль	11-13	0,11-0,13
Грузовой автомобиль	29-33	0,29-0,33
Автобус	41-44	0,41-0,44
Дизельный грузовой автомобиль	31-34	0,31-0,34

- значения эмпирических коэффициентов, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего (приведены в таблице № 2).

Таблица 2

Вид топлива	Значение	Коэффициента (К)
	Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомашины количества топлива (также в литрах), необходимого для проезда 1 км (то есть равного удельному расходу).

Ход выполнения работы:

1. Выберите участок автотрассы вблизи школы (места жительства, отдыха) длинной 0,5-1 км., имеющий хороший обзор (из окна школы, из парка, с пришкольной территории).

2. Измерьте шагами длину участка (1 м.), предварительно определив среднюю длину своего шага.

3. Определите количество единиц автотранспорта, проходящего по участку в какой-либо период времени, например в течение, 20 минут. При этом заполняйте таблицу № 3(для примера в таблице заполнена строка “Легковые автомобили”):

Таблица 3

Тип автотранспорта	Количество, шт.	Всего за 20 минут	За 1 час, Ni, шт.	Общий путь за 1 час, L км
1	2	3	4	5
Легковые автомобили		14	42
Грузовые автомобили
Автобусы
Дизельные грузовые автомобили

4. Количество единиц автотранспорта за 1 час рассчитывают, умножая на 3 количество, полученное за 20 минут.

5. Расчитайте общий путь, пройденный выявленным количеством автомобилей каждого типа за 1 час (Lкм) по формуле: Li= Ni . I,

где Ni - количество автомобилей каждого типа за 1 час;

I - обозначение типа автотранспорта;

l - длина участка, км.

Полученный результат занесите в таблицу 3.

6. Рассчитайте количество топлива (Qi, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле: Qi= Li Yi

Значение Yi возьмите из таблицы 1.

Полученный результат занесите в таблицу 4.

Определите общее количество сожженного топлива каждого вида ({Q) и занесите результат в таблицу 4.

Таблица 4

Тип автомобиля	Ni	Qi, в том числе
		Бензин	Дизельное топливо
Легковые автомобили
Грузовые автомобили
Автобусы
Дизельные грузовые автомобили
Всего {Q

7. Рассчитайте количество выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего по таблице 5.

Таблица 5

Вид топлива	{Q,л}		Количество вредных веществ, л
			СО	Углеводороды	NO2
Бензин
Дизельное топливо
Всего (V), л

Обработка результатов и выводов.

1. Рассчитайте:

а) массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле: m= V M: 22, 4;

б) количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно-допустимых условий окружающей среды.

Результаты запишите в таблицу 6.

Таблица 6

Вид вредного вещества	Кол-во, л	Масса, г	Количество воздуха для разбавления, м3	Значение ПДК, мг/м3
СО
Углеводороды
NO2

2. Принимая во внимание близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, сделайте вывод об экологической обстановке в районе исследованного вами участка автомагистрали.

Список используемой литературы

1. Верзилин Н.М., Корсунская В.М. Общая методика преподавания биологии: Учебник для студентов пед. ин-тов по биол. спец. 4-8 изд. - М.: Просвещение, 1995-340 с.
2. Всесвятский Б.В. Системный подход к биологическому образованию в средней школе: Кн. Для учителя.- М.: Просвещение, 1995. - 143с.
3. Грин Н., Стаун У., Тейлор Д. Биология: в 3т. М.: Мир, 1990. Т.3 - 286 с.
4. Зверев И.Д., Мягкова А.Н. Общая методика преподавания биологии: Пособие для учителя. - М.: Просвещение, 1995. -191 с.
5. Комиссаров Б.Д. Методологические проблемы школьного биологического образования.- М.: Просвещение, 1996. -160 с.
6. Лернер И.Я. Система методов обучения и их практическое применение/Биология в школе.- 1998-№3 - C. 52-55.
7. Совершенствование обучения биологии: Сб.науч.тр./Ред.кол.: А.Н.Мягкова/отв.ред./и др. - Изд. 1998. -120 с.
8. Хрипкова А.Г. и др. Методика преподавания факультативных курсов по биологии . - Просвещение, 1998. -174 с.