Образовательная программа по экологии с исрользованием исследовательского метода

СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 1 год обучения I. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ СОВРЕМЕННОЙ  ЭКОЛОГИИ Всего : 10 часов Теория  8 часов, практика 1 час  Цель : Способствовать формированию представления об экологии как  комплексной         науки, основных методах, истории становления, основных  объектах изучения экологии. теоретических знаний по актуальным пробле­ мам экологии ;  умений и навыков исследовательской деятельности. Задачи : Образовательные : ­ способствовать формированию знаний о структуре экологии; уровнях организации живой  материи; истории становления науки экология;  выдающихся   ученых и исследователях; ­ познакомить с  основными методами изучения экологии  : наблюдение, описание,  эксперимент и т.д.; Развивающие: ­ продолжить формирование познавательного интереса к природе; ­ способствовать формированию научного мировоззрения; ­  развитие мышления, творческих умений; ­ развитие умений и навыков исследовательской деятельности. Воспитательные: ­ способствовать формированию бережного отношения к природе; Теоретические сведения  Структура современной экологии. Связь с другими науками . История становления.  Ученые, исследователи. Задачи экологии. Методы изучения – наблюдение, опыт,  эксперимент, моделирование. Уровни организации живой природы. Понятие о живой и не  живой материи. Практические работы 1.Наблюдение за экосистемой аквариума. Ведение дневника наблюдения. Форма контроля:  семинар, взаимопроверка II. ЭКОЛОГИЯ ОСОБИ Всего : 36 часов Теория  24 часа, практика 6 часов, экскурсии 1  Цель : Способствовать формированию представления о свойствах живых  организмов.Изучение основных закономерностей взаимодействия организмов и среды обитания,  Задачи : Образовательные :  ­ формирование знаний о свойствах живых организмов; основных путях воздействия  факторов окружающей среды на живые организмы; ­ дать представление о абиотических и биотических факторах ; ­ расширить знания о средах обитания живых организмов; ­ Развивающие: ­ продолжить формирование познавательного интереса к природе; ­ способствовать формированию научного мировоззрения; ­  развитие мышления, творческих умений Воспитательные: ­ способствовать формированию бережного отношения к природе; Теоретические сведения:  Понятии об абиотических и биотических факторах среды. Диапазон условий  (температуры, влажности, солевого состава и др.), в пределах которого возможно  существование и размножение организмов. Кривая толерантности. Многомерная модель  экологической ниши. Взаимодействие факторов. Переживание неблагоприятных условий  Типы и уровни адаптации живых организмов. Гомеостаз. Экологическая валентность.  Автотрофы, гетеротрофы. . Заменимые и незаменимые ресурсы. Лимитирующая  концентрация необходимого ресурса. Рацион, ассимиляция, траты на обмен, рост и  размножение.   Жизненные циклы.  Конкуренция за ресурсы между разными функциями. Представление о  r­ и К­отборе.  Практические работы 1.Наблюдение за живыми организмами. Выявление основных свойств живого организма.  (семинар) 2. Изучение влияния микроклимата на  развитие растений 3.Изучение приспособленности живых организмов к экологическим факторам среды. 4. Построение модели экологической ниши организмов по имеющимся условиям. 5. Сравнение жизненных циклов разных организмов 6.  Сравнительный анализ  r­ и К­ стратегий выживания организмов Экскурсии 1.Экскурсия в осенний лес. Влияние климатических факторов на растительный и  животный мир. Форма контроля : тестирование, зачет, защита проекта, открытое занятие  III. ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ         Всего : 42 часов Теория  31 час, практика 6 часов, экскурсии 1  Цель : Показать важную роль популяции как основного элемента экосистемы и единицы эволюционного процесса. Познакомиться с основными методами  оценки важных характеристик популяции. Задачи : Образовательные : ­ способствовать формированию знаний о популяции; основных характеристиках ­ познакомить с  основными методами изучения популяции; ­ дать представление о редких и изчезающих растениях и животных;  мерах их охраны Развивающие: ­ продолжить формирование представления о функционировании природных  сообществ; ­ способствовать формированию научного мировоззрения; ­ научиться решать экологические задачи; ­ научиться применять статистические методы обработки результатов, Воспитательные: ­ способствовать формированию бережного отношения к растениям, животным ; ­ показать необходимость существования любого вида в природе Теоретические сведения:  Определение популяции в экологии. Статические характеристики популяции: общая  численность, плотность, структура (размерная, возрастная, половая). Территориальное  поведение. Динамические характеристики популяции: скорость роста численности, рождаемость,  смертность. Основные типы кривых выживания организмов. Демографические таблицы. Экспоненциальный рост популяции.   Динамика численности популяций. Проблема охраны редких и исчезающих видов. Красные  книги.  Практические работы 1.Методы оценки размеров популяции 2.Построение моделей роста численности, рождаемости, смертности в популяциях. 3.Модель Лотки­ Вольтерры для популяции жертвы и хищника.  4.Построение динамических и статических таблиц выживания 5.Построение кривых выживания и расчета продолжительности жизни 6. Расчет скорости экспоненциального роста по демографическим таблицам Экскурсии 1. Экскурсия в природный парк «Дубовая роща» и « Березовая роща» ­  особоохраняемые природные территории г.Димитровграда Форма контроля : тестирование  IV. . ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОПУЛЯЦИЙ Всего : 38 часов Теория : 27 часов, практика 5 часов  Цель : Показать многообразие и целесообразность взаимодействия организмов  в  природе. Дать представление о биологическом многообразии как условии  устойчивости экосистем. Задачи : Образовательные : ­ способствовать формированию знаний о биологическом многообразии; ­ познакомить с  основными типами взаимоотношений в природе : конкуренции, симбиозе,  паразитизме, хищничестве и т.д.; ­ дать представление о исчерпаемости ресурсов среды обитания Развивающие: ­ продолжить формирование представления о нарушении равновесии природного  сообщества ­  развитие мышления, умения строить элементарные экологические модели, решать задачи, применять статистичестие методы; ­ умение работать с ПК, создание презентаций Воспитательные: ­ способствовать формированию бережного отношения к природе; ­ умение работать в группе Теоретические сведения  Разные типы взаимодействий популяций и способы их выявления. Хищничество. Колебания "хищник ­ жертва". Модель Лотки ­ Вольтерры. Роль миграции хищника и жертвы в  поддержании их сосуществования. Взаимоотношения "хищник ­ жертва" в природе.  Коэволюция хищника и жертвы. . Взаимодействия растительноядных животных и растений. Паразитизм. Экто и эндопаразиты. Приспособления паразитов. Меры защиты от паразитов. Конкуренция. Эксплуатация и интерференция. Соотношение внутривидовой и межвидовой  конкуренции. Теоретический подход к изучению конкуренции. Модель Вольтерры ­ Лотки  ­ Гаузе . Лабораторные опыты по конкуренции. Модели взаимодействия видов через  потребление общих ресурсов. "Пороговая концентрация" ресурса и конкурентное  преимущество. Конкуренция за два ресурса: графическая модель Д.Тилмана.  Степень допустимого перекрывания экологических ниш.   Симбиоз. Мутуализм. Примеры мутуализма среди животных, а также животных с  растениями. Опылители. Микориза ­ мутуализм высших растений и грибов. Лишайники.  Практические работы 1.Модель Лотки­ Вольтерры для популяции жертвы и хищника. Создание математической  модели системы «хищник – жертва». 2.Изучение внутривидовой конкуренции за пищевые ресурсы. 3. Конкуренция за два ресурса: графическая модель Д.Тилмана 4. Изучение конкуренции. Принцип  конкурентного исключения Гаузе. Построение  графиков. 5. Изучение лишайников как пример тесного симбиоза.    Форма контроля ; анкетирование, защита проекта, зачет V. СООБЩЕСТВА Всего : 18 часов Теория : 16 часов, практика 1, экскурсии 2  Цель : Способствовать формированию системных знаний о закономерностях  функционирования природных сообществ.  Задачи : Образовательные : ­ дать представление о природных сообществах как взаимосвязанных структур биосферы ­ показать структуру сообщества(видовую, трофическую, топическую и т.д.); ­ показать сложные взаимосвязи в сообществе; ­ дать представление о пищевых цепях и передаче вещества и энергии:; ­ дать представление о динамике природных экосистем  Развивающие: ­ продолжить формирование представления о нарушении равновесии природного  сообщества; ­ способствовать формированию научного мировоззрения; ­ умение работать с ПК, создание презентаций ­ умение анализировать, сравнивать Воспитательные: ­ способствовать формированию бережного отношения к природе; ­ умение работать в группе Теоретические сведения  Определение сообщества. Структура сообществ. Видовое разнообразие.Островные  сообщества.Расхождение экологических ниш в сообществе. Основные типы эколого­ ценотических стратегий по Л.Г.Раменскому и Ф.Грайму: виоленты (компетиторы),  патиенты (стресс­толеранты) и эксплеренты (рудералы).  Динамика сообществ во времени. Первичные и вторичные сукцессии. Климаксные  сообщества. Изменения видового разнообразия в ходе сукцессии. Связь между  продуктивностью и разнообразием. Устойчивость сообществ. Локальная и общая  устойчивость. Нарушение структуры сообществ под влиянием антропогенных воздействий. Разработка мер по охране биоразнообразия. Практические работы: 1.Изучение сукцессии в лесном биогеоценозе Экскурсии 1.Экскурсия в лесной биогеоценоз дубовая роща. Видовая структура сообщества 2. Экскурсия на пресноводный водоем. Сукцессия – зарастание водоема. Форма контроля : зачет, создание презентаций  СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2 год обучения I. ЭКОСИСТЕМЫ, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ Всего : 32 Теория  25 часов, практика 4 часа, экскурсии 1  Цель : Изучение закономерностей организации экосистем и их динамики Задачи : Образовательные : ­ дать представление о природных экосистемах как сложных биологических системах Зе ­ показать структуру экосистем; ­ показать сложные взаимосвязи в экосистемах ; ­ дать представление о функциональных группах организмов в экосистеме; ­ дать представление о динамике природных экосистем  Развивающие: ­ способствовать формированию научного мировоззрения; ­ умение работать с ПК, создание презентаций;  ­ умение и навыки исследовательской деятельности ­ умение анализировать, сравнивать Воспитательные: ­ способствовать формированию ответственного отношения к природе; ­ умение работать в группе; ­воспитание культуры исследовательской деятельности. Теоретические сведения  Экосистема как функциональная и структурная единица биосферы. Круговорот биогенных  элементов.   Основные функциональные группы организмов в экосистеме. Продуценты, консументы и  редуценты. Условность границы между консументами и редуцентами. Биотрофы и  сапротрофы. Биомасса и продукция. Лимитирование первичной продукции различными  факторами  Утилизация первичной продукции в трофических цепях. Пастбищная и  детритная пищевые цепи. Трофическая сеть и трофические уровни. Пирамида продукций.   Динамика экосистем. Сукцессия.  Практические работы: 1. Определение функциональных групп организмов в экосистеме 2. Составление трофических пастбищних и детритных цепей сообщества. 3. Пирамиды массы, пирамиды продуктивности. Эффективность. 4. Расчет потерь энергии при переходе с последующего трофического уровня. Правило  Линдемана. Экскурсии 1. Изучение сукцессии пресноводного водоема. Форма контроля : зачет,  защита результатов практической работы, создание  презентаций II. МНОГООБРАЗИЕ ЭКОСИСТЕМ ЗЕМЛИ Всего : 54 Теория  40 часов  , практика  4 часа, экскурсии  6.  Цель : Изучение многообразия экосистем Земли, зоогеографической зональности  земного шара. Особенностей растительного и животного мира разных областей.  Особенности экосистем Ульяновской области. Задачи : Образовательные : ­ дать представление о  многообразии природных экосистем; ­ расширить представления учащихся о растительном и животном населении Земли; ­ углубить знания о экологических системах Ульяновской области и г.Димитровграда; ­ показать сложные взаимосвязи в экосистемах; Развивающие: ­ способствовать формированию представления о природе своего края; ­ способствовать расширению кругозора; ­ умение работать с ПК, создание презентаций ­ умение анализировать, сравнивать; ­ умение и навыки исследовательской деятельности Воспитательные: ­ способствовать формированию патриотического отношения к своему краю; ­ умение работать в группе Теоретические сведения Водные экосистемы. Жизнь в толще воды и на дне. Планктон, нектон, бентос. Пелагиаль и  литораль. Основные группы продуцентов: фитопланктон и макрофиты. Первичная  продукция фитопланктона и методы её определения. Факторы, ограничивающие  продукцию фитопланктона. Основные группы консументов и редуцентов в водной среде.  Зоопланктон и его роль в минерализации органического вещества.  Детрит. Схема потоков  вещества и энергии в пелагической экосистеме. Океанические экосистемы. Высокая продуктивность прибрежных зон и районов подъема  глубинных вод. Низкая продуктивность большей части мирового океана и её возможные  причины. Фиксация атмосферного азота.  Континентальные водоемы. Озеро как экосистема. Термический и кислородный режим  озера. Стратификация водной толщи. Разные типы озер (олиготрофное, мезотрофное,  евтрофное). Роль фосфора в лимитировании первичной продукции.  Особенности речных экосистем.Загрязнение рек и меры его предотвращения.  Искусственное зарегулирование стока рек и его экологические последствия.  Наземные экосистемы. Особенности их организации, отличия от экосистем водных.  Определяющая роль высших растений. Важность детритных пищевых цепей. Почва и  происходящие в ней процессы трансформации вещества. Основные типы растительных  формаций Земного шара. Первичная продукция в наземных экосистемах. Практические работы: 1. Определение видового состава и обилия водорослей пресноводного водоема 2. Гидробиологическое исследование  пресноводного водоема 3. Изучение фотосинтеза комнатных растений 4. Исследование лесной подстилки. Роль организмов детритофагов. Экскурсии 1.Экскурсия на пресноводный водоем  Черное озеро 2.Экскурсия «Эвтрофикация водоемов» 3.Экскурсия « Экосистемы р. Черемшан и р. Мелекесска». 4.Экскурсия  « Экосистема широколиственного(хвойного) леса». 5. Экскурсия «Поле – искусственная агроэкосистема. Особенности». 6.Город – антропогенная экосистема. Особенности синантропных видов. Форма контроля : зачет,  защита результатов практической работы,   отчет по  экскурсиям, создание презентаций, защита исследовательских проектов Всего : 74 Теория  61 час  , практика  6 часов, экскурсии 1. III. БИОСФЕРА  Цель:  Способствовать формированию научно обоснованных, системных знаний о  биосфере, основных  протекающих процессах , роли живых организмов в  формировании биосферы, биогенных круговоротах веществ. Задачи : Образовательные : ­ дать представление о биосфере как сфере распространения живых организмов; ­ показать роль В.И.Вернадского в развитии учения о биосфере; ­ расширить представления учащихся о преобразующей роли живых организмов в  формировании современной атмосферы и условий жизни; ­ углубить знания  учащихся о биологических круговоротах; ­ показать сложные взаимосвязи в биосфере; ­ формирование представления о ноосфере, Развивающие: ­ способствовать формированию комплексного системного подхода в изучении глобальных  процессов, протекающих в природе; ­ способствовать расширению кругозора; ­ умение работать с ПК, создание презентаций ­ умение анализировать, сравнивать; ­ умение и навыки исследовательской деятельности Воспитательные: ­ способствовать пониманию роли живых организмов в образовании биосферы; ­ способствовать умению работать в группе; ­ воспитание культуры исследовательской деятельности; ­ способствовать воспитанию экологического имперетива в сознании. Теоретические сведения Биосфера как охваченная жизнью область планеты Земля. Наличие воды и атмосферы. Их  роль в поддержании определенного температурного режима. Атмосфера Земли в сравнении с атмосферами других планет. Особая роль организмов. Биосфера как гигантская система  жизнеобеспечения. Концепция биосферы В.И.Вернадского и концепция Геи Дж.Лавлока.  Биосферный цикл углерода. Содержание углерода в разных формах в литосфере,  атмосфере, гидросфере и биоте. Увеличении концентрации диоксида углерода в атмосфере в течение последнего столетия. Парниковый эффект: механизм возникновения и  возможные последствия. Другие газы, способствующие развитию парникового эффекта.  Образование метана: роль естественных экосистем и антропогенных источников. Рост  концентрации метана в атмосфере. Опасность глобального потепления.  Биосферный цикл азота. Азотфиксация в океане и на суше. Роль различных групп  микроорганизмов. Значение азота как ресурса, лимитирующего первичную продукцию в  океане. Нитрификация и денитрификация. Азотфиксация на суше. Особая роль  азотфиксирующих симбионтов высших растений. Производство и применение азотных  удобрений.  Биосферный цикл серы. Решающая роль микроорганизмов.Загрязнение атмосферы  диоксидом серы, выбрасываемым промышленными предприятиями. Кислотные дожди и их  воздействие на озера, реки и леса.  Биосферный цикл фосфора. Ведущая роль геохимических процессов. Отсутствие в  атмосфере газообразных соединений фосфора. Лимитирование фосфором первичной  продукции в континентальных водоемах. Эвтрофирование водоемов. Фосфорные  удобрения.  Биосферный цикл кислорода и его сопряженность с циклом углерода. Свободный кислород атмосферы и его происхождение. Озоновый слой и опасность его разрушения.  Эволюция биосферы. Определяющая роль прокариот в становлении и поддержании  основных биогеохимических циклов. Начало формирования кислородной атмосферы (2  млрд. лет тому назад), распространение эукариот (1 млрд. лет назад), выход жизни на сушу  и развитие высших растений (0,4 млрд. лет назад), становление современной биосферы.  Осознание человеком своей ответственности перед остальной биосферой. Причины,  побуждающие охранять природу. Переход от антропоцентризма к биоцентризму Практические работы: 1. Изучение роли живых организмов в круговороте углерода. Составление круговорота  углерода для разных сред 2. Изучение роли живых организмов в круговороте азота. 3. Исследование симбиоза клубеньковых бактерий и растений семейства бобовых. Значение фиксации атмосферного азота. 4. Исследование роли живых организмов в круговороте серы. 5.Исследование роли водных организмов в круговороте фосфора. Особенности фиксации  фосфора. 6.Круговорот кислорода. Роль живых организмов. Составление схемы Экскурсии 1.Экскурсия «Эвтрофикация водоемов» Форма контроля : зачет,  тестирование защита результатов практической работы. IV. ЧЕЛОВЕК И БИОСФЕРА Всего : 28 часов Теория : 23 часов, практика 3 час, экскурсии 1  Цель  :   Способствовать   формированию   представления   о   роли   человека   в развитии биосферы, глобальных и локальных экологических проблемах Провести анализ   причинно­следственных   связей   современных   экологических   проблем   и определить   цели   и   задачи     деятельности   по     гармонизации   отношений   общества   и природы; Задачи : Образовательные : ­ способствовать формированию знаний о взаимосвязи человека и природной среды; ­ познакомить с  основными методами исследования состояния биосферы; ­ познакомить с особенностями человеческой популяции и основными демографическими  характеристиками; ­ показать влияние окружающей среды на состояние и здоровье человека; ­ дать представление об основных экологических проблемах современности. Развивающие: ­ способствовать формированию комплексного системного подхода в изучении глобальных  процессов, протекающих в природе ; ­способствовать воспитанию биоцентризма в изучении вопросов экологии;; ­ способствовать формированию научного мировоззрения; ­  развитие мышления, творческих умений; ­ развитие умений и навыков исследовательской деятельности; Воспитательные: ­ способствовать формированию правильной оценки роли человека в природе  и роли  ПРИРОДЫ в жизни человека); ­ способствовать формированию бережного отношения к природе; ­формирование активной жизненной позиции. Теоретические сведения  Человек в биосфере. Человек как биологический вид. Его экологическая ниша Экотипы. Гомеостаз и адаптация.Среда обитания человека, разнообразие условий.  Экологические факторы и здоровье человека Генетика человека Условия воспроизведения здорового потомства Жизнь в агро­ и урбо­экосистемах; жизнь в экстремальных условиях Демографические показатели здоровья населения.  Особенности  демографии Ульяновской области и г.Димитровграда Преднамеренное и непреднамеренное, прямое и косвенное воздействие человека на  природу. Экологический кризис. Ограниченность ресурсов и загрязнение среды как  факторы, лимитирующие развитие человечества Глобальные экологические проблемы Рост народонаселения, научно­технический прогресс и природа в современную эпоху Осознание человеком своей ответственности перед остальной биосферой. Охрана  биосферы как одна из важнейших современных задач человечества Практические работы 1. Решение генетических задач 2.Определение состояния здоровья и физической работоспособности организма. 3 Изучение демографии населения г.Димитровграда. Экскурсии 1.Изучение экологического состояния городской  территории  по разным показателям Форма контроля : тестирование, защита исследовательских проектов V. АНТРОПОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ НА БИОСФЕРУ Всего : 28 часов Теория : 19 часов, практика 3 час, экскурсии 5.  Цель  :   Изучение     современного   состояния   окружающей   среды,   причин экологических   кризисов   и   катастроф;   основных   источников   загрязнения природных ресурсов ; причин сокращения видового разнообразия; мероприятий по охране природы и рациональному природопользованию. Задачи : Образовательные : ­ способствовать формированию знаний о источниках загрязнения окружающей среды; ­ познакомить с  основными методами исследования  загрязнения природы; ­ познакомить с причинами экологических катастроф; ­ показать влияние окружающей среды на состояние и здоровье человека; ­ дать представление о концепции устойчивого развития; ­ показать основные пути решения экологических проблем. Развивающие: ­ способствовать формированию комплексного подхода в решении экологических проблем; ­способствовать воспитанию биоцентризма в изучении вопросов экологии;; ­ способствовать формированию научного мировоззрения; ­  развитие мышления, творческих умений; ­ развитие умений и навыков исследовательской деятельности; Воспитательные: ­ способствовать формированию ответственного отношения в решении общечеловеческих  проблем охраны природы; ­ способствовать формированию бережного отношения к природе; ­формирование активной жизненной позиции. Теоретические сведения  Виды и особенности антропогенных воздействий на природу. Классификация природных ресурсов. Загрязнение воздушной среды. Основные загрязнители. Меры предотвращения загрязнения. Загрязнение вод. Источники загрязнения .Очистка. Загрязнение почвенных ресурсов. Источники радиоактивного загрязнения биосферы. Меры предотвращения. Современное состояние и охрана растительного мира.Редкие и исчезающие растения  Ульяновской области.Современное состояние и охрана животного мира.Редкие и  исчезающие животные Ульяновской области Экологический мониторинг. Особоохраняемые природные территории Ульяновской  области. Энергетика биосферы и природный лимит хозяйственной деятельности человека. Причины, побуждающие охранять природу.Переход от антропоцентризма к биоцентризму.  Концепция устойчивого развития. «Экологический манифест» Н.Ф.Реймерс Практические работы 1. Оценка содержания в воздухе углекислого газа и других загрязнителей. 2.Определение органолептических характеристик воды и содержание  кислорода.  Моделирование простейшего процесса очистки сточных вод.. 3.Определение антропогенной нагрузки на территорию Экскурсии 1.Экскурсия на очистные сооружения. 2.Экскурсия в НИИАР. 3.Экскурсия в лесное сообщество с целью оценки рекреационного воздействия на  территорию. 4.Экскурсия «Животный мир пригородных лесов» 5.Экскурсия «Особоохраняемые территории г.Димитровграда» Форма контроля : тестирование, защита исследовательских проектов, зачет