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).
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/12020103.gif)
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:
-
Закрепление знаний о межвидовых (межпопуляционных) взаимодействиях в сообществах.
-
Исследование изменения численности растений по модели «Растение – травоядное животное (Капуста и кролики)».
-
Исследование межпопуляционной динамики по модели «Растение – травоядное животное (Капуста и кролики)».
-
Исследование модели «Кролики и волки».
-
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
|
|
|
|
|
-
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?
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/01a.jpg)
-
Исследование модели «Растение – травоядное животное». Работа с интерактивной моделью. Инструкция по исследованию модели и формам отчетности:
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/01.jpg)
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?
-
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.
-
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
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image016.png)
Рисунок 12.2.2.5. Слева: рыба-клоун и актиния.
|
|
|
|
|
|
+
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image017.png)
Рисунок 12.2.2.4. Справа: муравьи, тля.
|
|
|
|
|
+
|
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image018.png)
Рисунок 12.2.2.1. Волки загоняют лося.
|
|
+
|
|
|
|
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image019.png)
Рисунок 12.2.3.3. (нижние 2/3)
|
+
|
|
|
|
|
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image020.jpg)
Рисунок 1.1.3.2. Вирус СПИДа
|
|
|
+
|
|
|
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image021.png)
Рисунок 12.2.2.6. слева (лианы)
|
|
|
+
|
|
|
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image022.png)
Рисунок 3.2.4.4. Олений мох.
|
|
|
|
+
|
|
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image023.png)
Рисунок 12.2.2.6. справа (вошь)
|
|
|
+
|
|
|
|
![](../../../../../images/pedagogam/predmets/biologia/image024.png)
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).