урок з теми біосфера

Тема. Властивості складних систем. Біосфера. Основні положення вчення В.І. Вернадського про біосферу. Еволюція уявлень про роль і місце природи у житті суспільства.

Природа мудра.

                     Все створила мовчки.

Росинку, поту втерла

                    на брові...

                          Ліна Костенко

Мета: поглибити знання учнів про системи; розглянути властивості складних систем; розкрити основні положення вчення В.Вернадського про біо­сферу; сформувати знання про роль живої природи в організації біосфери, місце природи в житті суспільства;    розвивати   компетентності, критичне мислення; виховувати екологічну культуру.

Основні поняття: система, складна система, довкілля, біо­сфера, жива речовина біосфери, функції живої речовини, ноосфе­ра, атмосфера, гідросфера, літо­сфера, озонова діра, кислотні дощі.

Обладнання: таблиці з теми «Біосфера», портрет В.Вернад­ського, фотоілюстрації до теми, відеофрагменти, слайди тощо.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

План-схема уроку

Етап уроку	Час (хв.)	Форми і методи діяльності вчителя	Результат
І. Розминка	2	Вправа «Вільне письмо» (на базі епіграфа до уроку)	Зв'язок із поезією, роздуми над темою, розвиток екологічного та критичного мислення
ІІ. Актуалізація опорних знань	5	Міні-лекція з елементами бесіди, складання схеми, вправа «Читання з зупинками»	Розвиток критичного мислення, поглиблення знань учнів про властивості складних систем, біосферу як складну систему
ІІІ. Мотивація навчальної діяльності	2	Поетична хвилинка (зачитування віршованих рядків Ліни Костенко)	Мотивація навчальної діяльності через поезію, виховання естетичної та екологічної культури
IV. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу	20	Повідомлення учнів, читання тексту з використанням позначок, розповідь учителя	Ефективне сприйняття і засвоєння нового матеріалу, розвиток соціальних, інформаційних та комунікаційних компетентностей, критичного мислення
V. Осмислення об’єктивних зв’язків	9	Робота в творчих групах	Знаходження взаємозв’язків у вивченому матеріалі, розвиток полікультурних, соціальних та інформаційних компетентностей
VІ. Узагальнення і систематизація знань	4	Вправа «Визнач функцію»	Закріплення вивченого на уроці матеріалу
VІІ. Підбиття підсумків уроку	2	Обговорення вислову	Розвиток комунікативних компетентностей, критичного та екологічного мислення
VІІІ. Домашнє завдання	1	Творчі групові завдання, опрацювання матеріалу уроку та наступних тем	Ефективне засвоєння матеріалу, розвиток уміння створювати колективні творчі проекти

 

ХІД УРОКУ

І. Розминка

Вправа «Вільне письмо»

Учитель. Прочитайте початок вірша Ліни Костенко, що є епі­графом до нашого уроку. Продовжте думку поетеси у віршова­ній формі чи прозою.

II. Актуалізація опорних знань

1) Міні-лекція з елементами бесіди

— Пригадайте визначення по­няття «система» з курсу природо­знавства.

(Відповідь. Система — це зако­номірне поєднання предметів, об'єктів, явищ чи частин у єдине ціле для забезпечення цілісності й виконання певних функцій.)

Система — сукупність взаємо­пов'язаних елементів, які вплива­ють один на одного так, що зміна одного спричиняє зміну інших або всієї системи.

Основні ознаки будь-якої сис­теми:

• структурованість (наявність складових частин);
• наявність зв'язків між її еле­ментами;
• вплив кожного елемента на систему.

Простими називають стабіль­ні системи, на які майже не вли­вають фактори середовища і все­редині яких підтримується дина­мічно стабільний (стаціонарний) стан. Вони є відносно закритими.

Складними називаються від­криті системи, які постійно пере­бувають у стані внутрішньої змі­ни, відчуваючи при цьому вплив зовнішнього середовища і трансформуючись унаслідок впливу внутрішніх (системних) і зовніш­ніх (позасистемних) факторів. Відповідно до цього виділяють такі стани:

• стаціонарний — стан дина­мічної рівноваги системи, впливи середовища мінімальні;
• коливаючий — перехід від динамічної рівноваги до невизна­ченості, порушення зв'язків між елементами;
• хаотичний — повна руйна­ція зв'язків, втрата єдності систе­ми, неконтрольованість.

Існування кількох станів систе­ми об'єктивно зумовлює можли­вість переходів із одного в інший.

2) Складання схеми

Учитель на дошці, а учні у ро­бочих зошитах відтворюють мож­ливі переходи між станами систе­ми у вигляді схеми.

 

3) Вправа «Читання з зупинками»

Біосфера з Космосу У грудні 1990 р. американ­ським ученим видалася чудова можливість подивитися на нашу планету з Космосу так, як би це могли зробити розумні іноплане­тяни, наближаючись до невідомої планети. Безпілотний апарат «Галілео» наблизився до Землі на 1000 км. І вчені апробували при­лади для аналізу Землі, наче-вони вивчають невідому планету і не знають її особливостей.

Картина, що відкривалася, була дивовижна і захоплива: ма­ленька блакитна кулька, оповита ніжним серпанком атмосфери, сяяла і вигравала, мов коштов­ний діамант, а прилади видали такі скупі результати:

1. Планета містить на своїй поверхні велику кількість води у вигляді пари, рідини, снігу, льо­ду. Якщо тут є життя, то воно пов'язане з водою. (Це так чи ні? Поміркуйте.)
2. В атмосфері планети при­сутній кисень у кількості значно більшій, ніж може утворюватися в Космосі звичним шляхом, отже, утворюється кисень на цій пла­неті (Землі) розщепленням моле­кул пари чи води під дією ультра­фіолету. Не виключений якийсь специфічний процес. (Що це за процес, під час якого утворюється кисень? Що є джерелом кисню?)

3. На поверхні досліджуваної планети, особливо на ділянках, не покритих водою, є багато піг­менту, що поглинає світло черво­ної ділянки спектра. (Що це за пігмент рослин? Де він міститься?)
4. В атмосфері планети міс­титься метан, і хоча його небага­то, ця кількість у мільйони разів перевищує ту, що є на інших пла­нетах. Отже, він утворюється у процесі життя живих істот. (Які це процеси?)
5. Розглядаючи знімки з по­верхні Землі з різних сторін, вче­ні не знайшли доріг, міст, будин­ків чи інших витворів рук люди­ни. Єдине, що вказувало на при­сутність розумних істот, — радіо­хвилі, які надходили з поверхні планети. (Які інші сигнали можуть бути ознакою життя?)

Висновки

• Біосфера — складна біоло­гічна система.
• Прості системи можуть бути керованими і входити до склад­ них систем.
•   Положення кібернетики: розвиток будь-якої системи може відбуватися лише під керівницт­вом іншої системи. При цьому діє правило Ешбі: керована сис­тема ніколи не може бути склад­нішою від керуючої, вона завжди простіша. Тому системою, що ке­рує самою біосферою, є генетич­ний код живих організмів (Що вам відомо про генетичний код?)

ІІІ. Мотивація навчальної діяль­ності

Поетична хвилинка

Учитель зачитує продовження вірша Ліни Костенко.

Природа мудра. Все створила мовчки.

Росинку поту втерла на брові.

На буреломах сходять мухоморчики —

Театр ляльковий просто на траві.

Один великий, в брилику — озерце.

Оранжеві, червоні ковпачки.

Здається, вийде гномик в камізельці,

Застебнутий на срібні гаплички.

 І вклониться. Задзвонить бубонцями.

Драбиночку приставить до гриба.

І краснолюдки підуть з куманцями

Повз гриб, що зветься Жаб'яча

Губа. Ідуть, ідуть, ідуть та спотикаються.

А на грибку, під криласом пташок,

З великим пензлем, у зелених капцях

Фарбує гном оранжевий дашок.

Йому злізати високо і круто.

Він пензель той тримає обома. Як гарно все! І все — така отрута.

І сіє дощ... І гномиків нема...

На перший погляд може здава­тися незрозумілим і непотрібним якийсь організм, але насправді кожна жива істота є складовою частиною складної упорядкованої системи — біосфери.

(Оголошення теми й завдань уроку.)

IV. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу

1. Біографія В.Вернадського.
Повідомлення  учнів   (випере­джальне завдання)

2.Основні положення вчення В.Вернадського про біосферу.

Читання тексту з викорис­танням позначок (методична сис­тема «Поміч»)

Умовні позначки:

«V» — я це знаю;

«+» — нова інформація для мене;

«—» — суперечить тому, що я знав;

«?» — дивує мене.

Людина завжди стикалася з оточуючим її світом живої при­роди, з величезною різноманіт­ністю рослин і тварин, здавна вивчила зовнішню і внутрішню будову живих організмів, дослі­дила особливості їх анатомії, фізіології, закономірності розвитку, взаємозв'язок із навколишнім середовищем. Було з'ясовано, що організми існують у найрізнома­нітніших умовах, і що життя є на поверхні материків, у товщі океа­нів та морів і навіть в атмосфері. Ця цілком очевидна істина при­вернула увагу українського мінеролога-геохіміка В.Вернадського. Базуючись на масштабних дослі­дженнях і розрахунках, він упер­ше показав глобальне значення сукупності організмів нашої пла­нети.

Термін «біосфера» з'явився у науковій літературі у 1875 р. Його автором був Едуард Зюсс (із яким В.Вернадський був знайомий особисто), де вчений у межах земної кулі виділив кілька струк­турних частин — оболонок, які назвав геосферами. Одну з гео­сфер назвали біосфера.

Струнке вчення про біосферу розробив у 1926 р. В.Вернадський і цим же роком датована його книга «Біосфера», де він дав таке визначення біосфери: «Оболонка Землі, склад, структура й енерге­тика якої значною мірою обумов­лені життєдіяльністю живих ор­ганізмів». За теорією В.Вернад­ського, біосфера — це глобальна єдина система Землі, де існує або колись існувало життя і весь основний хід геохімічних та енергетичних перетворень визна­чається життям.

В.Вернадський показав зна­чення біосфери в геохімічних процесах Землі. У його працях визначено місце і роль біосфери відносно геосфер, виявлено її якісні особливості. Біосфера зай­має особливе місце щодо геосфер. Біосфера — це своєрідна оболон­ка Землі, або ділянка поширення життя. Від геосфер вона відрізня­ється ще й тим, що в її межах проявляється геологічна діяль­ність живих істот: рослин, тва­рин, мікроорганізмів і людини.

Існує кілька визначень біосфе­ри. Більшість сучасних екологів (Ю.Одум, В.Федоров, Т.Пльманов, М.Реймерс, К.Ситник) розу­міють біосферу як об'єднання всіх живих організмів, що перебу­вають у взаємозв'язку з фізичним середовищем Землі. З цього по­гляду біосфера є сукупністю еко­систем нашої планети.

Принципові положення теорії В.Вернадського

В.Вернадський виділяв рівні (основні структурні компоненти) речовин біосфери. Кожна з цих складових характеризується спе­цифічною, динамічною структу­рою та організацією.

1. Жива речовина (сукупність організмів різних видів).

«Я називатиму живою речови­ною сукупність живих організ­мів, виражену в вазі, хімічному складі, у мірах енергії та характе­рі простору» (В.Вернадський).

Жива речовина характеризу­ється також різноманітністю видів і їх чисельністю, а також тен­денцією зростання їх кількості в процесі еволюції живої природи. Форми життя дуже різноманітні. Налічується майже 500 тис. видів рослин і 1,5 млн видів тварин. При всій різноманітності видів, маса живої речовини на Землі відносно невелика: 105—106 км³. Якщо цю величину прийняти за 1, то маса атмосфери — 10, гідро­сфери — 10 тис, літосфери —100 тис, а маса всієї Землі — 100 млн.

У колообігу речовин жива ре­човина біосфери виконує низку біогенних функцій.

Газова функція здійснюється зеленими рослинами у процесі фотосинтезу (при цьому атмо­сфера поповнюється киснем), а також рослинами й тваринами, які виділяють вуглекислий газ у процесі дихання. Відбувається також колообіг азоту, тісно пов'язаний із життєдіяльністю мікроорганізмів.

Концентраційна функція про­являється у здатності живих ор­ганізмів акумулювати різнома­нітні хімічні елементи, зокрема й мікроелементи, із зовнішнього середовища (грунт, вода, атмо­сфера). Так, морські водорості концентрують йод, діатомові во­дорості й злаки — кремній, мо­люски та ракоподібні — мідь тощо.

Окислювально-відновна функ­ція виражається у хімічних пере­твореннях речовин у процесі жит­тєдіяльності організмів. У ґрунті, водному та повітряному середовищах утворюються солі, оксиди, різноманітні нові речовини як результат окислювально-віднов­них реакцій. Із діяльністю мік­роорганізмів пов'язане форму­вання залізних та марганцевих руд, вапняків тощо.

Біогеохімічна функція здійс­нюється у процесі обміну речо­вин у живих організмах (живлен­ня, дихання, виділення), розкла­ду відмерлих організмів і про­дуктів їх життєдіяльності до простих вихідних речовин.

2.  Біогенна речовина: органо-мінеральні та органічні продук­ти, створені організмами (всі форми детриту, кам'яне вугілля, нафта, газ тощо).
3.  Нежива (косна, кістякова речовина): неживі неорганічні сполуки, речовини, в утворенні яких живі організми участі не брали (гірські вивержені породи, мінерали, опади).
4.  Біокосна (біокістякова) ре­човина: неорганічні продукти, що утворюються внаслідок взає­модії живої й кістякової речо­вин (кисень, створений зелени­ми рослинами; основним видом біокістякової речовини є вода, а основним біокістяковим ті­лом — ґрунт; до суміші біоген­них речовин із мінеральними породами небіогенного похо­дження належать мул, природні води, газо- та нафтоносні слан­ці, частина осадових карбона­тів, ландшафти); сама біосфера є біокістяковою (біокосною) системою.
5.                   Радіоактивні речовини.
6.                   Розсіяні атоми.
7.                   Речовини космічного похо­дження (метеорити).

I. Енергія Сонця — космічне джерело енергії в біосфері. Речо­вина біосфери приймає косміч­ну енергію й стає активною. Ор­ганізми трансформують проме­нисту енергію Сонця в хімічну згідно із законами термодинамі­ки. Залежно від джерела енергії, В.Вернадський говорив про живу речовину І і II порядків.

II. «Тиск життя». В.Вернад­ський відзначав здатність живої
речовини постійно зростати, роз­рахував швидкість можливого заселення поверхні Землі деяки­ми організмами за умов безпере­шкодного існування. Так, для
деяких бактерій достатньо 1,3—1,8 доби для заселення поверхні
планети.

Ще одним виявом активності живих організмів є інтенсивність розмноження. За ідеальних умов (теоретично) вона може сягати швидкості звуку. Так, одноклітин­на водорість діатомея теоретично здатна за 8 днів утворити масу ре­човини, що дорівнює масі Землі, а наступного дня подвоїти її.

III. Роль живих організмів. В.Вернадський уперше відзначив
геологічну роль живих організ­мів. Саме завдяки їх діяльності відновний характер давньої ат­мосфери, в якій переважали NH₃, СН₄, CO, С0₂, змінився на окис­ний із переважанням N₂, О₂ та незначним вмістом С0₂.

Значення живих організмів:

• акумулюють сонячну енер­гію, трансформують її в енергію земних процесів (хімічну, меха­нічну, теплову, електричну). По­клади кам'яного вугілля — це со­нячна енергія, накопичена зеле­ними рослинами минулих геоло­гічних епох;
• багато мінералів і гірських порід мають біогенне походжен­ня (осадові родовища сірки, за­ліза, мангану та інших металів); осадові породи вапняків;
• накопичують хімічні еле­менти у тканинах свого тіла: Fe, Cu, Mn, N, S, P тощо, а також у середовищі життя (рослини зба­гачують атмосферу і воду киснем, накопичують азот у грунті);
• більшість хімічних елемен­тів здійснюють колообіг через біосферу;
• у кінцевому рахунку жива речовина породила склад атмо­сфери, гідросфери, грунту;
• живі організми змінили ре­льєф земної поверхні, посилив­ши процеси осадонакопичення, вивітрювання та ерозії;
• впливають на мікроклімат та геофізичні умови свого існу­вання.

IV. «Плівки життя». В.Вернад­ський підкреслював повсюдність життя, яке в біосфері поширене в трьох основних середовищах: лі­тосфері, гідросфері та атмосфері.

Одна з основних особливос­тей живої речовини — неймовір­но різноманітний розподіл у різ­них частинах біосфери. Життя слабко розвинене у пустелях, тундрі, на глибині океану, високо у горах, тоді як в інших ділянках біосфери дуже щільне і різнома­нітне. Найвища концентрація живої речовини перебуває на межах розподілу головних середо­вищ: у грунті як граничному шарі між атмосферою та літосфе­рою; у поверхневих шарах океа­ну, на дні водойм і особливо у лиманах, на літоралі, де всі три середовища — грунт, вода та по­вітря — перебувають поруч.

Місця найбільшої концентра­ції організмів називають «плів­ками життя».

V. «Ноосфера». В.Вернадський передбачав перехід біосфери в новий стан, так звану сферу ро­зуму — «ноосферу» (noos — з грец. розум, дух), у якій людина стане основною геологічною си­лою.

Ноосфера — це етап розвитку біосфери, на якому людина, сві­домо використовуючи свої знан­ня, підтримуватиме існування біосфери та сприятиме її роз­витку.

3. Еволюція уявлень про роль і місце природи в житті суспіль­ства.

Розповідь учителя

Учені виділяють такі етапи у співіснуванні людського суспіль­ства й природи:

1) первісний — від появи пер­вісної людини (2—3 млн років тому) до появи Людини розумної (40 тис. років тому). У цей період біосфера не знала жодного впли­ву з боку людини;

2) етап становлення — 40 тис. років тому до середини XX ст.

• примітивний, коли людина займалася рибальством та полю­ванням й істотно не впливала на стан біосфери;
• агрокультурний, коли лю­дина перейшла до землеробства й скотарства, з появою яких ви­никли давні цивілізації. Вплив на біосферу був незначним, вод­ночас з'явилися перші пустелі;
• машинно-індустріальний — характеризується розвитком про­мисловості, що призвів до полі­тики грабіжницького викорис­тання природи. Почалися пору­шення в екосистемах та колообігах речовин;

3) сучасний етап розпочався після Другої світової війни і три­ває досі. Втручання людини у біосферний колообіг речовин значне.

4. Екологічні закономірності сучасного етапу.

Розповідь учителя

Американський еколог Баррі Коммонер у 1974 р. вдало уза­гальнив екологічні закони, під­кресливши закономірності при­роди і циклічність у природі. Він проаналізував усі екологічні за­кони, вплив природи на життя людини, на людське суспільство і вивів 4 правила (закони).

Правила Коммонера

1) «Усе пов'язане з усім» — за­кон про екосистему та біосферу.

Чого хвилюються народи

         І люди замишляють зло?

Хто їм сказав: «Вінець природи»

         Хіба для них її чоло?

                                     Ліна Костенко

2) «Усе повинно кудись діва­тися» — закон про господарську діяльність людини.

Земля — природи мати і могила —

В собі хоронить все, що породила.

                                       В.Шекспір

3) «Природа знає краще» — закон про співпрацю, а не підко­рення природи.

«Природа — такий же унікум, як картина Рафаеля. Знищити її легко, а відновити неможливо» (І.Бородін).

«Природа не храм, а майстер­ня, і людина в ній — працівник» (І.Тургенєв).

4) «Ніщо не дається задарма», або «За все потрібно платити» —
загальний закон раціонального природокористування.

В озонову дірку подивився Янгол: «Господи, скажи їм, щоб вони схаменулись!» (Ліна Кос­тенко).

V. Осмислення об'єктивних зв'язків і взаємозалежності у ви­вченому матеріалі

Робота в творчих групах

Учні об'єднуються в 4 групи, кожна працює над одним із пра­вил  Коммонера,  ілюструє  його прикладами і пояснює.

Так, правило «усе пов'язане з усім» можна пояснити на прик­ладі зв'язків в екосистемах між абіотичною та біотичною складо­вими та між живими організма­ми екосистем. Наприклад, заве­зення в Австралію плацентарних ссавців — кролів, коней, собак і кішок — порушило зв'язки в еко­системах і призвело до витіснен­ня сумчастих тварин з їх природ­них екологічних ніш. Ці еколо­гічні ніші зайняли плацентарні ссавці: кролі витіснили карлико­вих кенгуру й погіршили існу­вання багатьох інших травоїд­них, ставши справжнім ненажер­ливим лихом для австралійських фермерів; собаки призвели до вимирання сумчастого вовка тощо.

VI. Узагальнення й система­тизація знань

Вправа «Визнач функцію» Учитель наводить приклади, а учні визначають функції живої речовини біосфери.

1. На початку фанерозою (600 млн років тому) відбулися важливі зміни в складі морської фауни, багато тварин набули хребет із кальцію, кремнезему
   або іншої речовини. (Концент­раційна.)
2. Хвойні ліси Карпат фото-синтезують цілий рік, забезпечу­ючи надходження кисню в ат­мосферу. (Газова.)
3. Сульфатредукуючі бактерії відновлюють сірку до сірковод­ню. (Окисно-відновна.)
4. Талом бурої водорості ламі­нарії містить багато йоду. (Кон­центраційна.)
5. Виведення сечовини з орга­нізму собаки відбувається в про­цесі метаболізму. (Біохімічна.)
6. Малий та великий колообіги води в біосфері забезпечують підтримання кількості опадів, во­логості повітря, випаровування, поповнення й сталість водного балансу в природі. (Біогеохімічна.)

VII. Підбиття підсумків уроку

Вправа «Поясни вислів» «Природа — такий же унікум, як картина Рафаеля. Знищити її легко,  а відновити неможливо» (І.Бородін).

VIII. Домашнє завдання

1. Опрацювати матеріал уроку та параграфи 4 - 6.
2. Створити групові творчі проекти на теми:

«Сучасний антропогенний вплив на природу»;

«Ноосфера, її характерис­тика»;

«Небезпеки людської діяль­ності в Україні за останнє деся­тиліття»;

«Екологічні проблеми сього­дення».