В одном из опытов мелкие насекомые паразиты искали и заражали

Интеграция (лат.) – восстановление, восполнение, объединение частей в целое, причем не механическое соединение, а взаимопроникновение, взаимовидение. Существует множество видов интеграции: по методам, приемам, способам, уровням, направлениям. Связующим звеном интеграции выступает целостная межпредметная ситуация, которая осмысливается учащимися на уровне обобщения и абстрагирования, и реализуется через анализ причинно-следственных связей, посредством теоретического мышления. Решением межпредметной ситуации становится индивидуальное, необычное видение учеником окружающего мира (в слове, модели, математической функции, графике, программе, схеме).

Цели образования, которые мы реализуем в нашей гимназии: воспитание человека, самостоятельно творчески мыслящего, умеющего находить и рационально решать проблемы, требуют современных средств обучения, разнообразных методических и педагогических систем и решений. Мы рассматриваем вопросы повышения качества преподавания учебных дисциплин за счет использования современных компьютерных технологий. Информационные технологии дают совершенно новые возможности для творчества, обретения и закрепления различных учебных навыков, позволяют реализовать принципиально новые формы и методы обучения с применением моделирования явлений и процессов.

В концепции структуры и содержания среднего общего образования информатика играет важнейшую роль в формировании современного научного мировоззрения школьников и их подготовке к жизни в условиях современного информационного общества. Курс информатики призван быть системообразующим, он должен подытожить и обобщить знания, направленные на формирование информационной картины мира, полученной на уроках по многим дисциплинам, так как межпредметные связи – важнейший принцип обучения в школе. Их использование способствует целостному восприятию мира и формированию научного мировоззрения учащихся, развитию умения обнаруживать скрытые зависимости и связи, устанавливать причиноследственные связи, переносить ранее усвоенный материал на новый, а также позволяет активизировать уже существующий интерес ученика к предмету или способствует развитию такого интереса.

В гимназии применение НИТ в учебном процессе является одним из приоритетных направлений. Настоящая работа посвящена вопросам интегрирования преподавания биологии и информатики. В ней предлагается ряд практических занятий для проведения уроков или отдельных фрагментов в компьютерном классе, а так же подборку задач по биологии для преподавания информатики в естественнонаучном профиле.

Необходимость внедрения информационных технологий в образовательный процесс преподавания предметов естественнонаучного цикла, сегодня ни у кого не вызывает сомнения.

Работая в классах естественнонаучного профиля, мы стараемся:

1. сделать преподавание информатики предметно-ориентированным, для чего разрабатываем практические работы, подбираем биологические задачи для использования на уроках информатики.
2. При проведении биологии используем навыки, приобретенные на уроках информатики. Например, текстовый редактор для оформления рефератов и выступлений, электронные таблицы для построения графиков и решения расчетных задач.

Все это повышает мотивацию к изучению дисциплин, повышает интерес к обоим предметам, показывает практическое применение компьютера.

Использование информационных технологий позволяет ознакомить учащихся с основами компьютерного моделирования биологических процессов и явлений. Так, при изучении темы “Работа сердца” можно моделировать процессы влияния физической нагрузки на функциональные возможности сердца (Приложение 1).

Моделирование способствует наглядному представлению изучаемого объекта и повышению интереса у учащихся к этой форме обучения, а изучение процессов в динамике – более глубокому усвоению учебного материала.

Например: При изучении темы “Компьютерное моделирование” в качестве задания мы предлагаем создание структурной модели, где средствами текстового редактора Word и знаний основ генетики учащиеся создают схему, соответствующую условиям задачи.

Задание № 1. Создайте структурную модель типов и видов изменчивости средствами текстового редактора Word.

Задание № 2. Создайте структурную модель родословной по следующему описанию. Молодожены нормально владеют правой рукой. В семье женщины было еще две сестры, нормально владеющие правой рукой, и три брата левши. Мать женщины – правша, отец – левша. У отца есть сестра и 2 брата правши. Дед по линии отца – правша, бабка – левша. У матери женщины есть два брата и сестра – все правши. Мать мужа – правша, отец – левша.

Очевидно, что при изучении биологии в профильных классах информационные технологии позволяют сделать уроки более содержательными, зрелищными и интересными, что очень важно для современного образования. Мы считаем, что в дополнение к традиционным технологиям обучения биологии, интегрированное преподавание сочетает в себе совокупность методов наглядности, доступности и скорости обработки информации.
Таким образом, применение информационных технологий позволяет сэкономить учебное время для дальнейшего изучения темы без использования персонального компьютера
Проиллюстрируем это при решении биологических задач с применением электронных таблиц, где очевидны преимущества использования компьютерных технологий т.к. они являются эффективной формой реализации синтеза знаний и умений двух наук.

В результате самоизреживания елей в густых посадках число деревьев на 1 га составляло: в 20-летних насаждениях – 6720, в 40-летних – 2380, в 60-летних – 1170, в 80-летних – 755, в столетних – 555, а в 120-летних – 465. Начертить график уменьшения стволов елей в лесу, при увеличении возраста.

В одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200 и 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно 18, 32, 48, 54, 62. Начертить график зависимости числа зараженных пупариев, приходящихся на одного паразита, при увеличении численности жертв.

Существует мнение, что примеров использования биологии в преподавании информатики очень ограничено. Однако мы можем доказать, что в большинстве тем по информатике возможно применение интегрированного компонента. Предлагаем проследить это на примерах:

I. Программирование. Решение задач.

Задача по теме: “Линейная структура”.

Чтобы прокормить мальчика в течение года необходимо некоторое количество телят, для телят нужно люцерны определенной массы. В этой массе содержится 14,9 млн. калорий, в телятах – 1,19 млн. калорий, а в мальчике остается из этого количества 8300(т.к. мальчик ест мясо, но не кости, шкуру или шерсть, которые также содержат связанную энергию). Рассчитать КПД при передаче энергии в каждом звене пищевой цепи.

Ri ЛюцернаCLS
E1 = 14.9 * 10 ^ 6 'энергия люцерны
E2 = 1.19 * 10 ^ 6 'энергия телят
E3 = 8300 'энергия мальчика
KPD1 = (E2 * 100) / E1 'КПД люцерны
KPD2 = (E3 * 100) / E2 'КПД телят
PRINT "КПД передачи энергии люцерны телятам равен: "; KPD1; "%"
PRINT "КПД передачи энергии телят мальчику равен: "; KPD2; "%"
END

Задача по теме “Структура ветвления”.

Рассчитать смертность во время спячки в двух популяциях малого суслика. В первой из них плотность популяции перед впадением в спячку составляла 160 зверьков на 1 га, выжило 80, во второй – соответственно 90 и 56. На каком участке смертность оказалась выше?

Ri Суслик
CLS
begin1 = 160 'количество зверьков до спячки
begin2 = 90
end1 = 80 'количество зверьков после спячки
end2 = 56
depth1 = (end1 * 100) / begin1 'смертность зверьков во время спячки
depth2 = (end2 * 100) / begin2
PRINT "Смертность в первой популяции: "; depth1; "%"
PRINT "Смертность во второй популяции:"; depth2; "%"
IF depth1 > depth2 THEN
PRINT "В первой популяции смертность больше, чем во второй"
ELSE
PRINT "Во второй популяции смертность больше, чем в первой"
END IF

Задача на тему: “Подпрограммы”.

Два вида полевок различаются по плодовитости. Самки стадной полевки приносят в среднем за 1 помет по 8 детенышей. У каждой самки за жизнь бывает 4 помета. У пашенной полевки число пометов достигает 7 в среднем по 6 детенышей. Какое число потомков от 1-ой самки каждого вида может быть получено в 3 поколении? Каким будет соотношение видов по численности и по массе, если вес стадной полевки составляет для самцов 50 г, для самок – около 34, а пашенной полевки 44 и 32 г соответственно?

DECLARE SUB Polevka (pomet!, child!, male!, fiale!, children!, m!)
Ri Полевка
CLS
pomet1 = 4 'число пометов в жизни одной самки
pomet2 = 7
child1 = 8 'количество детенышей за один помет
child2 = 6
male1 = 50 'вес самцов
male2 = 44
fiale1 = 34 'вес самок
fiale2 = 32
CALL Polevka(pomet1, child1, male1, fiale1, children1, m1)
CALL Polevka(pomet2, child2, male2, fiale2, children2, m2)
PRINT "Соотношение видов по численности: ";
IF children1 11.02.2005

§ 9. Законы и следствия пищевых отношений

Пищевые отношения не только обеспечивают энергетические потребности организмов. Они играют в природе и другую важную роль — удерживают виды в сообществах, регулируют их численность и влияют на ход эволюции. Пищевые связи чрезвычайно разнообразны.

Типичные хищники тратят много сил на то, чтобы выследить добычу, догнать ее и поймать (рис. 40). У них развито специальное охотничье поведение.

Рис. 40.Гепард в погоне за добычей

Им надо много жертв в течение жизни. Обычно это сильные и активные животные.

Паразиты всю жизнь проводят в одном или двух, реже — трех хозяевах. Они живут в условиях избытка пищи, которую не надо активно добывать, и используют хозяев как среду своего обитания. У них упрощено строение и ослаблены связи с внешним миром.

Животные-собиратели тратят энергию на поиск семян или насекомых, т. е. мелкой добычи. Овладение найденным кормом для них не представляет труда. У них развита поисковая активность, но нет охотничьего поведения.

Пасущиеся виды не тратят много сил на поиск корма, обычно его достаточно много вокруг, и основное время у них уходит на поглощение и переваривание пищи.

В водной среде широко распространен такой способ овладения пищей, какфильтрация, на дне — заглатывание и пропускание через кишечник грунта вместе с пищевыми частицами.

Последствия пищевых связей наиболее ярко проявляются в отношениях хищник — жертва (рис. 41).

Если хищник питается крупными, активными жертвами, которые могут убегать, сопротивляться, прятаться, то в живых остаются те из них, кто делает это лучше других, т. е. имеет более зоркие глаза, чуткие уши, развитую нервную систему, мускульную силу. Таким образом, хищник ведет отбор на совершенствование жертв, уничтожая больных и слабых. В свою очередь, и среди хищников тоже идет отбор на силу, ловкость и выносливость. Эволюционное следствие этих отношений — прогрессивное развитие обоих взаимодействующих видов: и хищника, и жертвы.

Если же хищники питаются малоактивными либо мелкими, не способными сопротивляться им видами, это приводит к другому эволюционному результату. Погибают те особи, которых хищник успевает заметить. Выигрывают менее заметные или чем-то неудобные для захвата жертвы. Так осуществляется естественный отбор на покровительственную окраску, твердые раковины, защитные шипы и иглы и другие орудия спасения от врагов. Эволюция видов идет в сторону специализации по этим признакам.

Самый существенный результат трофических взаимосвязей — сдерживание роста численности видов. Существование пищевых отношений в природе противостоит геометрической прогрессии размножения.

Для каждой пары видов хищника и жертвы результат их взаимодействия зависит прежде всего от их количественных соотношений. Если хищники ловят и уничтожают своих жертв примерно с той же скоростью, с какой эти жертвы размножаются, то они могут сдерживать рост их численности. Именно такие результаты этих взаимосвязей чаще всего характерны для устойчивых природных сообществ. Если скорость размножения жертв выше, чем скорость поедания их хищниками, происходит вспышка численности вида. Хищники уже не могут сдерживать его численность. Это тоже временами встречается в природе. Обратный результат — полное уничтожение жертвы хищником — в природе очень редок, а в экспериментах и в нарушенных человеком условиях встречается чаще. Связано это с тем, что с падением численности какого-либо вида жертв в природе хищники переключаются на другую, более доступную добычу. Охота только за редким видом отнимает слишком много энергии и становится невыгодной.

В первой трети нашего века было открыто, что отношения хищник — жертва могут быть причиной регулярных периодических колебаний численности каждого из взаимодействующих видов. Это мнение особенно окрепло после результатов исследований русского ученого Г. Ф. Гаузе. В своих экспериментах Г. Ф. Гаузе изучал, как изменяется в пробирках численность двух видов инфузорий, связанных отношениями хищник — жертва (рис. 42). Жертвой был один из видов инфузорий-туфелек, питающийся бактериями, а хищником — инфузория-дидиниум, поедающая туфелек.

Вначале численность туфельки росла быстрее, чем численность хищника, который вскоре получил хорошую кормовую базу и тоже стал быстро размножаться. Когда скорость поедания туфелек сравнялась со скоростью их размножения, рост численности вида прекратился. А так как дидиниумы продолжали ловить туфелек и размножаться, скоро выедание жертв намного превысило их пополнение, количество туфелек в пробирках начало резко снижаться. Спустя некоторое время, подорвав свою кормовую базу, прекратили деление и начали погибать дидиниумы. При некоторых модификациях опыта цикл повторился сначала. Беспрепятственное размножение оставшихся в живых туфелек вновь увеличило их обилие, а вслед за ними пошла вверх и кривая численности дидиниумов. На графике кривая численности хищника следует за кривой жертвы со сдвигом вправо, так что изменения их обилия оказываются несинхронны.

Таким образом было доказано, что взаимодействия хищника и жертвы могут при известных условиях приводить к регулярным циклическим колебаниям численности обоих видов. Ход этих циклов можно рассчитать и предсказать, зная некоторые исходные количественные характеристики видов. Количественные законы взаимодействия видов в их пищевых связях очень важны для практики. В рыболовстве, добыче морских беспозвоночных, пушном промысле, спортивной охоте, сборе декоративных и лекарственных растений — везде, где человек уменьшает в природе численность нужных ему видов, он с экологической точки зрения выступает по отношению к этим видам в роли хищника. Поэтому важно уметь предвидеть последствия своей деятельности и организовать ее так, чтобы не подорвать природные запасы.

Г.Ф. Гаузе (1910 -1986) 'российский ученый

В рыболовстве и промысле необходимо, чтобы при снижении численности видов нормы промысла также уменьшались, как это бывает в природе, когда хищники переключаются на более легко доступную добычу (рис. 43).

Если же, наоборот, стремиться всеми силами добывать сокращающийся вид, он может не восстановить свою численность и прекратить свое существование. Таким образом, в результате перепромысла, по вине людей уже исчез с лица Земли ряд видов, бывших когда-то очень многочисленными: американские бизоны, европейские туры, странствующие голуби и другие.

При случайном или намеренном уничтожении хищников какого- либо вида сначала возникают вспышки численности его жертв. Это тоже приводит к экологической катастрофе либо в результате подрыва видом собственной кормовой базы, либо — распространения инфекционных заболеваний, которые часто бывают гораздо более губительны, чем деятельность хищников. Возникает явление экологического бумеранга, когда результаты оказываются прямо противоположными начальному направлению воздействия. Поэтому грамотное использование природных экологических законов — основной путь взаимодействия человека с природой.

• Примеры и дополнительная информация

2. Мировой промысел трески происходил в значительной мере стихийно и не был обоснован биологическими характеристиками. Общая добыча достигала 1,4 млн т в год. Это оказалось значительно больше, чем могло быть воспроизведено, поэтому и численность трески, и ее добыча упали в 7—10 раз. Когда в Баренцевом море стадо трески пришло в упадок (70—80-е гг.), резко возросла численность мойвы — главной жертвы трески. Рыбаки переключились на эту рыбку, вылавливая примерно две трети ее общей массы. В результате перевылова численность мойвы также упала. Треска, как и все хищные рыбы, питается всеми мелкими рыбами, включая собственных мальков. При малочисленности мойвы она стала выедать свою молодь, поэтому стадо потеряло возможность восстановиться.

3. В ходе эволюции у жертв вырабатываются самые различные приспособления к защите от хищников. Например, у мельчайших водных коловраток в присутствии других, хищных коловраток вырастают длинные шипы панциря.

Эти шипы сильно мешают хищникам заглатывать жертвы, так как буквально встают у них поперек глотки. Такая же защита возникает у мирных рачков дафний — против других хищных рачков. Хищник, захватив дафнию, перебирает ее своими ножками и переворачивает, чтобы выесть с мягкой брюшной стороны. Шипы мешают ему, и добыча часто теряется. Выяснилось, что у жертв шипы вырастают в ответ на присутствие в воде продуктов обмена веществ хищников. Если врагов в водоеме нет, шипы у жертв не появляются.

4. Один из первых примеров успешного применения хищника для подавления численности вредителя — использование божьей коровки родолии в борьбе с австралийским желобчатым червецом (рис. 44, 45).

Этот червец— малоподвижное насекомое, сосущее цитрусы, в 1872 г. случайно был занесен в Калифорнию, где у него не было природных врагов. Он быстро размножился и стал опасным вредителем, из-за которого садоводы терпели огромные убытки. Для борьбы с червецом из Австралии ввезли его естественного врага — мелкую божью коровку родолию. В 1889 г. около 10 тыс. жуков были расселены по сотням садов на юге Калифорнии. Уже через несколько месяцев зараженность деревьев червецом резко упала. Коровка прижилась в Калифорнии, и массового размножения червецов больше не наблюдалось. Этот успех повторился в пятидесяти странах мира, вАзде, где родолию выпускали против желобчатого червеца. Родолия более чувствительна к ядохимикатам, чем червец! Поэтому там, где цитрусовые обрабатывались ядами против других вредителей, численность червеца вскоре достигала гигантских масштабов.

5. Рыжие лесные муравьи питаются многими видами беспозвоночных животных, но основу их добычи всегда составляют наиболее массовые виды. В период вспышки численности вредителей леса муравьи питаются преимущественно ими. Подсчитано, что в сибирских лесах обитатели одного крупного муравейника уничтожают задень до 100 тыс. личинок малого елового пилильщика, 10— 12 тыс. бабочек серой лиственничной листовертки. Это значит, что при наличии 5—8 крупных муравейников на гектар можно не беспокоиться о поражении деревьев этими вредителями, муравьи сдержат рост их численности.

1. Всегда ли птицы, привлеченные в древесные насаждения искусственными дуплянками, могут снизить численность вредных насекомых?

2. Создавая математическую модель изменения численности хищника и жертвы, А. Лотка и В. Вольтерра допустили, что количество хищников зависит только от двух причин: числа жертв (чем больше кормовая база, тем интенсивнее размножение) и скорости естественной гибели хищников. При этом они понимали, что сильно упростили отношения, имеющиеся в природе. Укажите, в чем заключается это упрощение.

3. Лось — самый крупный современный олень. Живет в лесных районах, питается порослью лиственных деревьев и высокотравьем. В начале XX столетия численность его в Европе сильно сократилась. Однако начиная с 20-х гг. и особенно в 40-е гг. она начала восстанавливаться в результате охраны лося, омоложения лесов и сокращения числа волков. Укажите, какие именно пищевые связи сыграли роль в восстановлении вида. Почему в настоящее время разрешена умеренная охота на лося?

1. В одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200 и 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно 18, 32, 48, 54, 62. Начертите график числа зараженных пупариев, приходящихся на одного паразита, при увеличении численности жертв. Рассчитайте, какую долю куколок мух заражают паразиты при разной численности жертв. В каком из вариантов опыта они наиболее эффективно влияли на численность куколок?

2. В одном из лесных хозяйств учитывали гусениц хвойной листовертки — вредителя хвойных пород, а среди них — число здоровых и зараженных паразитами. По полученным данным начертите графики изменения общей численности гусениц и числа зараженных. Сравните и объясните ход кривых. Как зависит доля зараженных гусениц от общей численности хозяина листовертки? Могут ли паразиты сдерживать рост численности листовертки?

Темы для дискуссий.

1. Хотя расчеты и опыты свидетельствуют, что в природе между каждой парой видов хищник — жертва могут возникать колебательные циклы, в природе такие циклы наблюдаются редко. Почему?

2. В дальневосточных лесах ведут интенсивный промысел ценного лекарственного растения — женьшеня Вид находится на грани исчезновения. Какие меры вы приняли бы для его сохранения? Какое отношение к этим мероприятиям имеет понимание связей хищник — жертва?

3. Долгое время у нас в стране поощрялась охота на волков и за каждого убитого зверя выдавали премию. Затем охоту на волка полностью запретили. В настоящее время в ряде районов этот запрет вновь снят и часть волков разрешают отстреливать. Как вы думаете, чем можно объяснить такую непоследовательность в распоряжениях природоохранительных органов?

4. В природе отношения хищник — жертва между конкретными видами существуют миллионы лет. Современный человек, вступая в такие же отношения с видами дикой природы (охота, рыбная ловля, сбор лекарственных и пищевых растений, цветов и т. п.), быстро подрывает их численность. Почему так происходит? Может ли изменить эти результаты знание и применение экологических правил?

5. Предположим, что вы должны установить норму вылова ценного вида рыб. Какими сведениями об этом виде вы должны располагать, чтобы рассчитать эту норму? Что произойдет в случае завышения нормы вылова? ее занижения?

Чернова Н. М., Основы экологии: Учеб. дня 10 (11) кл. общеобразоват. учеб. заведений/ Н. М. Чернова, В. М. Галушин, В. М. Константинов; Под ред. Н. М. Черновой. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2002. — 304 с.

_{Учебники и книги по всему предметам, домашняя работа, онлайн библиотеки книжек, планы конспектов уроков по экологии, рефераты и конспекты уроков по экологии для 10 класса скачать}

_{Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.}

_{Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.}

Презентация на тему: " МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. Модель – любой образ, аналог какого-либо объекта, процесса или явления. Виды моделей Виды моделей Натуральные (материальные)" — Транскрипт:

1 МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2 Модель – любой образ, аналог какого-либо объекта, процесса или явления. Виды моделей Виды моделей Натуральные (материальные) Информационные

3 Информационная модель – набор величин, содержащий всю необходимую информацию об исследуемых объектах и процессах (описание объекта или процесса моделирования). Формы информационных моделей: вербальная; вербальная; математическая; математическая; табличная; табличная; графическая. графическая.

4 Этапы моделирования: I. Предметная постановка задачи (например: биологическая); II. Математическая постановка задачи (вывод формул); III. Определение констант уравнения (задание начальных условий); IV. Решение задачи (уравнения); V. Анализ полученных решений.

6 Пример 2. Создание структурная модель типов и видов изменчивости средствами текстового редактора Word. Изменчивость Наследственная Ненаследственная (модификационная) Цитоплазматическая Генотипическая Мутационная Комбинативная Геномные Хромосомные Генные Независимое расхождение хромосом Случайная встреча гамет Рекомбина ция генов

7 Пример 3. Моделирование как метод изучения биологии, на примере расчета численности особей в популяции Модель Мальтуса Модель Мальтуса Где:Δt - время (в месяцах) U - численность особей в популяции (шт.) U 0 - первоначальная численность особей в популяции (шт.) α -коэффициент рождаемости β -коэффициент смертности ε -разность коэффициентов рождаемости и смертности

9 Пример 4. Задача: в результате самоизреживания елей в густых посадках число деревьев на 1 га составляло: в 20-летних насаждениях – 6720, в 40-летних – 2380, в 60-летних – 1170, в 80-летних – 755, в столетних – 555, а в 120-летних – 465. Начертить график уменьшения стволов елей в лесу, при увеличении возраста. Решение:

10 Пример 5. Задача: в одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200 и 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно 18, 32, 48, 54, 62. Начертить график зависимости числа зараженных пупариев, приходящихся на одного паразита, при увеличении численности жертв. Задача: в одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200 и 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно 18, 32, 48, 54, 62. Начертить график зависимости числа зараженных пупариев, приходящихся на одного паразита, при увеличении численности жертв. Решение:

11 Программирование Задача по теме: Линейная структура. Чтобы прокормить мальчика в течение года необходимо некоторое количество телят, для телят нужно люцерны определенной массы. В этой массе содержится 14,9 млн. калорий, в телятах – 1,19 млн. калорий, а в мальчике остается из этого количества 8300 (т.к. мальчик ест мясо, но не кости, шкуру или шерсть, которые также содержат связанную энергию). Рассчитать КПД при передаче энергии в каждом звене пищевой цепи. Чтобы прокормить мальчика в течение года необходимо некоторое количество телят, для телят нужно люцерны определенной массы. В этой массе содержится 14,9 млн. калорий, в телятах – 1,19 млн. калорий, а в мальчике остается из этого количества 8300 (т.к. мальчик ест мясо, но не кости, шкуру или шерсть, которые также содержат связанную энергию). Рассчитать КПД при передаче энергии в каждом звене пищевой цепи. Ri Люцерна CLS E1 = 14.9 * 10 ^ 6 'энергия люцерны E2 = 1.19 * 10 ^ 6 'энергия телят E3 = 8300 'энергия мальчика KPD1 = (E2 * 100) / E1 'КПД люцерны KPD2 = (E3 * 100) / E2 'КПД телят PRINT "КПД передачи энергии люцерны телятам равен: "; KPD1; "%" PRINT "КПД передачи энергии телят мальчику равен: "; KPD2; "%" END

Данное дидактическое пособие входит в комплект прикладного курса "Основы общей экологии". Предназначено для самостоятельной работы обучающихся. Содержит задачи экологического содержания. Имеет тематическую разбивку согласно программе курса. Может быть использовано также при изучении раздела "Экология" в типовой программе и во внеурочной и внеклассной работе при проведении различных мероприятий экологической направленности.

Сборник задач к прикладному курсу по общей экологии

Баталинская средняя школа, 2006г. – 10с.

Стеценко Н.Н. – учитель первой категории Баталинской средней школы Денисовского района.

Валяева Е. А. – кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии факультета естественных наук Костанайского государственного педагогического института.

Сборник содержит задания, для которых потребуются умение делать расчеты, проводить наблюдения или простые эксперименты.

Рекомендовано для учителей биологии и учащихся школ.

Организм и среда. Потенциальные возможности размножения организмов.

Общие законы зависимости организмов от факторов среды.

Приспособительные ритмы жизни.

Сообщества и популяции. Типы взаимодействия организмов.

Законы и следствия пищевых отношений.

Демографическая структура популяций.

Рост численности и плотности популяций

Численность популяций и ее регуляция в природе

Биоценоз и его устойчивость

Экосистемы. Законы организации экосистем

Законы биологической продуктивности.

Агроценозы и агроэкосистемы

Потенциальные возможности размножения организмов.

2. Два вида полевок (мелкие мышевидные грызуны) несколько отличаются по плодовитости. Самки стадной полевки приносят в один помет по 8 детенышей. У каждой самки за жизнь бывает 4 помета. У пашенной полевки число пометов достигает 7, в среднем каждый по 6 детенышей. Какое число потомков могло быть получено от одной самки каждого вида в третьем поколении? Каким будет соотношение видов по численности и по массе, если вес стадной полевки составляет для самцов 50 грамм, а для самок – около 34 грамм, а пашенной полевки - 44 и 32 грамма соответственно.

3. Одно растение василька голубого производит в среднем 1500 семян. Семена сохраняют всхожесть до 10 лет. Определите запасы семян этого сорняка в почве после 3 лет засорения им посевов на одном поле со средней численностью 3 растения на 1м 3 .

Общие законы зависимости организмов от факторов среды.

4. Начертите график областей выживания и оптимума бабочки яблоневой плодожорки, которая является опасным вредителем садов. На горизонтальной оси графика отложите значение влажности воздуха в процентах, на вертикальной – температуры в градусах. Используйте приведенные ниже показатели.

Полная гибель куколок бабочки яблоневой плодожорки наступает при сочетаниях 10 0 С и 100%, 4 0 С и 80%, 15 0 С и 40%, 28 0 С и 15%, 36 0 С и 55%, 37 0 С и 100%. Гибель менее 10% при сочетаниях 20 0 С и 85%, 22 0 С и 55%, 26 0 С и 55%, 22 0 С и 70% (первая цифра – температура, вторая – влажность)

Соедините замкнутой кривой точки для каждого уровня выживания. Рассмотрите полученный график.

Подумайте, велика ли опасность размножения этого вредителя в районах с летними температурами 18 0 С-25 0 С и влажностью 70%-90%, и с летними температурами 20 0 С-35 0 С и влажностью 20%-35% .

5. Микроскопические мучные клещи могут в огромных количествах размножатся в зернохранилищах и приводить зерно в полную негодность. При оптимальной температуре +20 0 С-22 0 С развитие яйца длится 3-4 дня, при 10 0 С – растягивается до полутора месяцев. Температур выше 45 0 С-50 0 С клещи не переносят. Они погибают при влажности зерна 10%-12%, из-за сухости и выше70% - из-за развития плесневых грибков. Предложите способ, как избавится от клещей и сохранить зерно, не прибегая к ядохимикатам.

Приспособительные ритмы жизни.

Время (часы суток)

7. В некоторых особо засушливых районах Австралии и Африки годовые ритмы размножения у местных видов птиц не проявляются. Они откладывают яйца через разные периоды времени сразу же после редких дождей. Объясните в чем причины такого исключения. Следует ли ожидать у этих видов проявления фотопериодизма?

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

Проявляется ли суточный ритм в частоте ваших сердечных сокращений?

Приведите примеры видов, у которых, по вашему мнению, не должно быть суточных ритмов, и объясните, почему вы так думаете.

9. На бульварах города в суровую зиму вымерзла часть тополей.

Больше всего пострадали деревья, растущие возле уличных фонарей. Почему?

IV. Типы взаимодействия организмов.

10. Начертите схему пищевых связей волка и зайца, учитывая, что каждый из них - многоядный вид и сам служит источником пищи для других. Каждый вид обозначьте кружком, каждую связь - стрелкой от жертвы к хищнику.

11. Предложите методы предупреждения заражения человека широким лентецом на основе анализа жизненного цикла паразита и его связей с другими видами.

V. Законы и следствия пищевых отношений.

12. В одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200 и 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно 18, 32, 48, 54, 62. Начертите график числа зараженных пупариев, приходящихся на одного паразита, при увеличении численности жертв. В каком из вариантов опыта они наиболее эффективно влияли на численность куколок?

13. В одном из лесных хозяйств учитывали гусениц хвойной листовертки – вредителя хвойных пород, а среди них – число здоровых и зараженных паразитами. По полученным данным начертите графики изменения общей численности гусениц и числа зараженных. Сравните и объясните ход кривых. Как зависит доля зараженных гусениц от общей численности хозяина – листовертки? Могут ли паразиты сдерживать рост численности листовертки?

14. Рассчитайте смертность во время спячки в двух популяциях малого суслика. В первой из них плотность популяции перед впадением в спячку составляла 160 зверьков на 1 га, выжило 80 , во второй – соответственно 90 и 56. На каком участке смертность оказалась выше и чем можно это объяснить, если принять во внимание, что запас кормов, приходящихся на гектар, на обоих участках был одинаков?

15. В пахотной почве число дождевых червей, обнаруженных на восьми учетных площадках размером 50х50 см каждая, составляло 80 экземпляров. После применения гербицида – химического средства борьбы с сорняками – сделали учеты на десяти таких же площадках и обнаружили в сумме 25 червей. Какая плотность популяции в расчете на квадратный метр до и после использования гербицида?

VII. Демографическая структура популяций.

16. Начертите возрастную пирамиду зяблика, используя данные, приведенные выше. Как изменится возрастная пирамида популяции после выведения птенцов, учитывая, что чаще всего в кладке у зябликов 5 яиц, а смертность птенцов до вылета по разным причинам – около 40%?

17. В одном из степных заповедников на площади в 250 га насчитывалось 370 особей сурка-байбака, распределявшихся по возрасту следующим образом: новорожденных – 118 , годовалых – 49 , двухлетних – 50 , трехлетних и старше – 153. Спустя два года на участке было 488 особей, и среди них новорожденных – 122, годовалых–83, двухгодовалых – 78, остальные – старше. Изменилась ли возрастная структура популяции? Какова смертность молодых особей за этот период?

18. В нижнем течении реки Лены самки осетра приступают к размножению в 12-14 лет при средней длине тела 70 см. Наиболее старые особи доживают до 50 лет, вес их – около 13 кг. На реке Алдан самки осетра начинают метать икру в 10-12 лет при средней длине тела 58 см. Самым старым особям не более 21 года. Промысловая мера, т. е. Минимальный размер особей, разрешенных к отлову, составляет 62 см. Что произойдет с алданской и ленской популяциями осетра, если в результате интенсивной добычи будут вылавливаться все особи, крупнее этих размеров?

19. У буков, в зависимости от условий произрастания, состояние подроста длится в течение от 2 до 30 лет, молодого неплодоносящего дерева – от 15 до 120 и плодоносящего – от 40 до 350 лет. Рассчитайте и сравните минимально-короткий и максимальный сроки прохождения деревом своего жизненного цикла.

VIII. Рост численности и плотности популяций

20. В результате самоизреживания елей в густых посадках число деревьев на 1 га составляло: В 20-летних насаждениях – 6720 , в 40-летних – 2380 , в 60-летних – 1170 , в 80-летних – 755 ,в столетних – 555 , а в 120-летних – 465 . Начертите график уменьшения стволов елей в лесу при увеличении их возраста. Рассчитайте площадь, приходящуюся на одно дерево в разном возрасте. В какой период самоизреживание деревьев происходит наиболее интенсивно? Не стоит ли заранее высаживать ели разреженно? Объясните, почему – да или почему – нет.

б) в проточных емкостях, куда постоянно подается вода с кормом, а часть воды вместе с животными также непрерывно удаляется.

При непроточном способе получают инфузорий и коловраток 18-20 г с кубометра воды в сутки, дафний – 70. При проточном методе соответственно 20 кг и 0,5 кг. Чем объяснить столь значительную разницу в результатах при столь разных способах культивирования этих водных животных?

IX. Численность популяций и ее регуляция в природе

22. На одном из пунктов наблюдений за перелетными птицами в течение 10 лет было окольцовано следующее число ястребов-перепелятников: 73, 80, 86, 78, 57, 45, 39, 40, 50, 70. Считая, что количество окольцованных птиц пропорционально их общей численности, определите, в какой период смертность в популяции была более высокой. Выделяются ли многолетние периоды в колебаниях численности?

23. Проанализируйте изменчивость заготовок маньчжурской белки за 20 последовательных лет. Объем добычи приводится в баллах: 1, 32, 4, 27, 25, 2, 3, 37, 1, 6, 95, 21,68, 28, 1, 22, 22, 41, 26, 62. Какие закономерности можно проследить в динамике численности белки? С какой вероятностью можно планировать объем заготовок пушнины на один год вперед? На 10 лет?

X. Биоценоз и его устойчивость

24. Сравните видовой состав гнездящихся птиц на трех участках приволжской степи. Используйте формулу Жаккара.

Ковыльная степь: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, каменка-плясунья, каменка-плешанка, лунь степной, орел степной.

Посевы с лесополосами: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, желтая трясогузка, розовый скворец, перепел, лунь полевой.

Посевы без лесополос: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, каменка-плясунья, чибис, лунь полевой. На каких участках сообщества более сходны между собой по составу размножающихся птиц?

25. Выберите из приведенного ниже списка млекопитающих виды, занимающие сходные экологические ниши в евразийских и австралийских степях: кенгуру, слепыш, тушканчик, сумчатый волк, сайгак, сумчатый крот, волк, суслик, хомяк, цокор, вомбат. Какие по образу жизни млекопитающие отсутствуют в австралийских степях?

XI. Законы организации экосистем

26. Сравните ежегодный прирост зеленой массы и запасы мертвых растительных остатков (подстилки – в лесах, ветоши – в степях) в разных экосистемах. Определите, в каких экосистемах круговорот веществ более интенсивен.

Ельники средней тайги

Влажные тропические леса

XII. Законы биологической продуктивности.

27. Рассчитайте коэффициент полезного действия при передаче энергии в каждом звене пищевой цепи из примера 5. Какое количество солнечной энергии (в калориях) нужно для поддержания жизни мальчика, если учесть, что КПД продукции люцерны составляет в данном случае 0, 24%?

28. Рассчитайте эффективность (КПД) передачи энергии в основных звеньях пищевой цепи в океане, исходя из следующих цифр. На 1 кв. м. поверхности океана приходится в среднем около 3 млн. калорий солнечной энергии в сутки. Продукция диатомовых водорослей за этот же период на эту же площадь составляет 9000 калорий, зоопланктона – 4000, рыб – 5 калорий в сутки.

XIII. Агроценозы и агроэкосистемы.

29. Начертите схемы 3-4 пищевых цепей, начинающихся в агроценозе с растений пшеницы.

30. В садах одного из районов средней полосы обнаружено 146 видов паразитов тех насекомых, которые могут причинять вред плодовым деревьям. Большинство из них паразитирует и на других, дополнительных хозяевах, живущих на разных растениях. Таких дополнительных хозяев обнаружено на черемухе 16 видов, тополе – 14, дубе – 13, боярышнике – 9, липе – 8, березе – 7, и т.д. Какие предложения для повышения устойчивости садов к поражению вредителями можно внести исходя из этих исследований?

31. Пара грачей приносит птенцам за сутки 40-50 грамм насекомых, что составляет около 1000 особей разных видов. Подсчитайте, на сколько одна колония грачей в 200 гнезд за период выкармливания птенцов может снизить численность вредных саранчовых в радиусе 3 км от колонии, если начальная плотность популяции саранчи – 1 особь на 1 кв. км. Принять, что в данном районе грачи питаются преимущественно этими насекомыми.

X IV. Саморазвитие агроэкосистемы.

32. Сопоставьте списки основных видов птиц, гнездящихся на одной и той же территории в два разных периода, отстоящих на 20 лет. Что произошло в этой экосистеме? Первый период: коростель-дергач, чибис, перепел. Второй период: пеночка-весничка, серая славка, зяблик.

33. Рассмотрите карту продуктивности разных районов земного шара. Оцените приблизительно, какова доля наиболее и наименее продуктивных районов в общей территории суши и океана. В каком по продуктивности районе мира расположена наша страна?