Биология. Биотические факторы. Межпопуляционные взаимодействия

Тема. «Биотические факторы. Межпопуляционные взаимодействия»

Автор: Козленко А.Г.

Тип урока. Урок – компьютерная лабораторная работа с актуализацией и закреплением знаний, решением проблемных вопросов и познавательных задач; компьютерный класс и мультимедийный проектор. Рекомендуется для проведения в профильных классах – содержит достаточно сложные задания по исследованию достоверности модели.

Цели урока.

• Познакомить с биотическими отношениями в природных популяциях, их типами и особенностями.

• Продолжить формирование целостной естественнонаучной картины мира при ознакомлении с методами математического моделирования природных процессов.

• Продолжить формирование навыков эффективной работы с компьютерным курсом «Открытая Биология 2.6», закрепить навыки его использования в решении поставленных задач.

Основные понятия. Нейтрализм. Конкуренция. Хищничество. Паразитизм. Мутуализм. Протокооперация.

Мировоззренческий и развивающий аспекты урока.

• Актуализировать знания о математическом моделировании природных процессов (кривые роста популяций).

• Продолжить формирование навыков обобщения знаний в виде таблиц, схем.

• Развивать навыки работы с интерактивными моделями как виртуальным отображением реальных процессов и явлений.

• Отработать навыки внутригруппового взаимодействия и адекватной оценки вклада отдельного участника в общий результат.

Использование новых информационных технологий. Компьютерный класс, имеющий рабочие места перед компьютерами и обычные столы для лекционной работы (или мобильный компьютерный класс). Интерактивный учебник «Открытая Биология 2.6», модели (11.3. Кролики и капуста, 11.2. Кролики и волки).

План урока.

Этапы урока	Время, мин.	Приемы и методы
I. Организационный момент	3-4	Беседа учителя
II. Актуализация опорных знаний	5-7	Беседа с элементами оценивания
III. Изложение нового материала	7-10	Школьная лекция с демонстрацией объектов с помощью мультимедийного проектора
IV. Выполнение лабораторной работы	20-25	Групповая работа с компьютерами по распечатанным инструктивным карточкам и бланкам заданий
V. Итоги урока. Домашнее задание	2-3	Рекомендации учителя

 

Рекомендуется групповое выполнение работы с оформлением одного общего отчета от группы (при желании можно ввести расчет Коэффициента индивидуального участия в общей работе).

I. Организационный момент.

Ознакомление учащихся со структурой и задачами урока, их действиями на разных этапах урока.

II. Актуализация знаний.

Беседа по материалу предыдущего урока, актуализация информации о внутрипопуляционных процессах и математических моделях динамики популяций. Целесообразно использовать при беседе материал раздела 12.2.1. Динамика популяций курса «Открытая биология 2.6» (разворачивая изображения по клику мыши).

Рисунок 12.2.1.3. K- и r-стратегии популяций.

III. Изучение нового материала.

Рассказ учителя с использованием раздела курса 12.2.2. Отношения между популяциями.

Учащиеся заполняют таблицу о формах межвидовых (межпопуляционных) взаимодействий.

Тип взаимоотношений	Виды		Описание взаимоотношений	Примеры
	1	2
1. Нейтрализм	0	0	Два вида не влияют друг на друга
2. Конкуренция	–	–	Виды имеют близкие экологические потребности и конкурируют друг с другом за ресурсы (абиотические: свет, минеральное питание; биотические: кормовая база)
3. Эксплуатация (паразитизм, хищничество)	+	–	Один вид существует за счет другого (-их). Примеры: «хищник-жертва» (обычно хищники генерализованные, питаются разными видами жертв; частный случай – «растение - травоядное животное»), «паразит - хозяин» (паразиты обычно специализированные, бывают облигатными и факультативными)
4. «Симбиоз»: протокооперация	+	+	Взаимовыгодные отношения, при которых виды могут существовать и независимо друг от друга
5. «Симбиоз»: мутуализм	+	+	Обязательные, неразрывные взаимовыгодные отношения между видами
6. Комменсализм	+	0	Нахлебничество, надомничество и др.
7. Аменсализм	–	0

IV. Выполнение лабораторной работы.

Ученики переходят к компьютерам для выполнения групповой работы.

Лабораторная работа «Исследование межвидовых (межпопуляционных) взаимодействий»

Цель: Закрепить знания о межвидовых (межпопуляционных) взаимодействиях в сообществах, исследовать математические модели динамики численности взаимозависимых видов.

Ход работы:

1. Закрепление знаний о межвидовых (межпопуляционных) взаимодействиях в сообществах.

2. Исследование изменения численности растений по модели «Растение – травоядное животное (Капуста и кролики)».

3. Исследование межпопуляционной динамики по модели «Растение – травоядное животное (Капуста и кролики)».

4. Исследование модели «Кролики и волки».

1. Закрепление знаний о биотических связях в сообществах. Выполнение группами работ по карточкам. Можно выполнять параллельно с исследованием моделей. Варианты дать как отдельные бланки сделать приаттаченными текстовыми файлами MS Word2003, в теле сценария урока – только номера вариантов – ссылки на файлы.

Вариант 1.

Тип взаимоотношений	Виды		Описание взаимоотношений	Примеры
	1	2
1. Нейтрализм	0	0
2. Конкуренция	–	–
3. Эксплуатация (паразитизм, хищничество)	+	–
4. «Симбиоз»: протокооперация	+	+
5. «Симбиоз»: мутуализм	+	+
6. Комменсализм	+	0
7. Аменсализм	–	0

Вариант 2.

Тип взаимоотношений	Виды		Описание взаимоотношений	Примеры
	1	2
	0	0	Два вида не влияют друг на друга
			Взаимовыгодные отношения, при которых виды могут существовать и независимо друг от друга
			Один вид существует за счет другого (-их). Примеры: «хищник-жертва» (частный случай – «растение - травоядное животное»), «паразит - хозяин»
	+	0
			Обязательные, неразрывные взаимовыгодные отношения между видами
			Виды имеют близкие экологические потребности и конкурируют друг с другом за ресурсы (абиотические: свет, минеральное питание; биотические: кормовая база)
	–	0

Вариант 3.

Тип взаимоотношений	Виды		Описание взаимоотношений	Примеры
	1	2
Нейтрализм			Два вида не влияют друг на друга
	–	0
Конкуренция
	+	+	Обязательные, неразрывные взаимовыгодные отношения между видами
			Один вид существует за счет другого (-их). Примеры: «хищник-жертва» (частный случай – «растение - травоядное животное»), «паразит - хозяин»
Комменсализм	+	0
	+	+	Взаимовыгодные отношения, при которых виды могут существовать и независимо друг от друга

Вариант 4.

Тип взаимоотношений	Виды		Описание взаимоотношений	Примеры
	1	2
Эксплуатация (паразитизм, хищничество)
	+	0
	–	0
Нейтрализм
«Симбиоз»: мутуализм
			Виды имеют близкие экологические потребности и конкурируют друг с другом за ресурсы (абиотические: свет, минеральное питание; биотические: кормовая база)
«Симбиоз»: протокооперация

1. Исследование модели «Растение». Работа с интерактивной моделью. Инструкция по исследованию модели и формам отчетности: Для исследования заложенной в модели кривой роста популяции капусты установим значения количества кроликов и волков равными нолю. Как влияет на динамику численности популяции скорость размножения? Начальное количество особей?

1. Исследование модели «Растение – травоядное животное». Работа с интерактивной моделью. Инструкция по исследованию модели и формам отчетности:

1. Для исследования модели взаимоотношений фитофага и растения уберите из модели хищников (установите стартовое количество волков равным 0). Исследуйте изменение численности популяции кроликов, установив максимальную скорость роста капусты, и изменяя

а) только начальное количество кроликов при неизменной скорости размножения;

б) оставив неизменным начальное количество кроликов, но изменяя скорость размножения кроликов, исследуйте поведение модели с каждым из выбранных значений на протяжении 200 недель.

Что влияет на поведение модели сильнее – скорость размножения травоядных животных или их начальная численность? Как вы думаете, почему? Запишите ответ на вопросы и аргументы в тетрадь для лабораторных работ.

2. Почему при разных начальных количествах кроликов и разной скорости их размножения численность этих животных довольно быстро стабилизируется и незначительно колеблется относительно некой средней величины? Иными словами, какие факторы регулируют количество кроликов? Не забудьте записать ответ в тетрадь.

3а. Вернувшись к исходному состоянию (кнопка «Сброс»), постарайтесь решить «экстремальную задачу»: меняя исходную численность кроликов, скорость размножения кроликов и роста капусты, постарайтесь добиться вымирания одной из популяций (устанавливать значение 0 нельзя!). При каких значениях введенных показателей и на какой неделе существования популяции это произойдет? Какой вид – кролики или капуста – будет вымирать?

3б. Как вы думаете, можно ли наблюдать аналогичные процессы в природных сообществах? Если да, то обусловлено это только взаимодействием «+ –» между двумя видами, или играют роль и другие межвидовые взаимодействия? Если нет, то почему (в силу каких причин, в т.ч. каких межвидовых взаимодействий) этого не происходит?

1. Исследование модели «Капуста, кролики и волки».

1. Оставьте значения начального количества и скорости размножения капусты неизменными (заданными по умолчанию). Исследуйте поведение модели при разных стартовых значениях скорости размножения и начальной численности популяций хищников и жертв. Как вы думаете, что сильнее влияет на поведение системы – скорость размножения или начальная численность популяций? Почему вы так думаете (какими наблюдениями по модели можете подтвердить свою позицию)? Запишите ответ на вопрос и аргументы в тетрадь для лабораторных работ.

2. Задайте исходные (стартовые, принятые по умолчанию) значения численности животных и исследуйте влияние скорости размножения. Спланируйте проведение этого исследования (количество разных экспериментов с моделью, значения изменяемых параметров) так, чтобы выявить возможные закономерности за минимальное количество опытов; опишите свои наблюдения в таблице.

№	Скорость размножения		Поведение модели, наблюдаемые явления (например, стабильность на протяжении ряда поколений или вымирание одной из популяций, наличие всплесков численности отдельных популяций, согласованные колебания численности и др.)
	Кролики	Волки

3а. Как вы думаете, почему популяция волков в исследуемой модели является более неустойчивой, чем популяция кроликов, и часто вымирает?

3б. Какие меры по поддержанию стабильности популяции волков в модельной экосистеме вы могли бы предложить? Соответствуют ли они реальным процессам, наблюдаемым в природе? Запишите в тетрадь свои выводы.

4. Обобщите свои выводы по работе с моделью, ответив на вопрос, какие реальные процессы (события) в популяциях модель воспроизводит достаточно хорошей, а какие – иллюстрирует хуже или вообще не принимает во внимание.

Примечание. Упрощение является общим свойством всех моделей, поэтому любая модель какую-то сторону изучаемого явления моделирует, а чем-то авторы модели сознательно пренебрегают.

Модель иллюстрирует хорошо	Модель иллюстрирует хуже (вообще не показывает)

Ученики заполняют таблицу в бланке лабораторной работы.

1. Вывод. Сделайте вывод о возможностях, достоинствах и недостатках математического моделирования в экологии. Привлеките знания из других разделов экологии (возможно, и других предметов, например, новейшей истории – например, доклады Римскому клубу 70-х г.г. ХХ в., основанные на моделировании тенденций мирового развития; моделирование глобального потепления и др.).

При резерве времени в конце урока можно фронтально обсудить примеры межвидовых отношений по фотографиям, использованным в разделе 12.2.2. Отношения между популяциями. Для этого можно подготовить мини-презентацию или таблицу с отдельными объектами, и обсудить примеры межвидовых отношений совместно с учащимися.

Виды	Конкуренция (– –)	Эксплуатация (+ –)		«Симбиоз» (+ +)		Комменсализм (+ 0)
		Хищничество	Паразитизм	Мутуализм	Прото-кооперация
Рисунок 12.2.2.5. Слева: рыба-клоун и актиния.						+
Рисунок 12.2.2.4. Справа: муравьи, тля.					+
Рисунок 12.2.2.1. Волки загоняют лося.		+
Рисунок 12.2.3.3. (нижние 2/3)	+
Рисунок 1.1.3.2. Вирус СПИДа			+
Рисунок 12.2.2.6. слева (лианы)			+
Рисунок 3.2.4.4. Олений мох.				+
Рисунок 12.2.2.6. справа (вошь)			+
Рисунок 12.2.2.5. Справа: буйвол и цапли.					+

V. Итог урока, домашнее задание.

Домашнее задание по соответствующему параграфу учебника. Возможно завершение последнего этапа работы во внеурочных условиях как отдельная проектная задача. Также целесообразно организовать работу над упомянутыми в выводе лабораторной работы вопросами о применимости и успехах математического моделирования природных процессов и явлений (с отдельным занятием-конференцией по этим проектам).