Технологическая карта урок открытия новых знаний «Пищевые связи, поток вещества и энергии в экосистемах»

Сеть питания – сложные взаимоотношения в экологической системе, при которых разные компоненты потребляют разные объекты и сами служат пищей различным членам экосистемы; множество коротких рядов, в которых организмы передают друг другу вещество и энергию, сконцентрированные зелеными растениями.

Цепь питания – ряд, в котором каждый предыдущий вид служит пищей последующему.

Цепи выедания начинаются с поедания живых фотосинтезирующих растений, цепи разложения начинаются с мертвого растительного опада или помета животных.

Трофические уровни – отдельные звенья цепи питания.

Поток вещества – перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам (через консументы или без них) и далее через химические реакции, происходящие без участия живых организмов, вновь к продуцентам.

Поток энергии – переход энергии в форме химических связей органических соединений (пищи) по цепям питания от организмов одного трофического уровня к другому.

Стрелками в цепи питания обозначены потоки сосредоточенной в пище химической энергии, проходящие через различные трофические уровни. Большая часть химической энергии переходит в рассеянное тепло в соответствии со вторым началом термодинамики.

Правило десяти процентов – на каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи теряется примерно 90% и только около одной десятой доли переходит к очередному потребителю.

Биологическая продукция – органическое вещество, создаваемое в экосистемах в единицу времени.

Первичная продукция – продукция, создаваемая продуцентами в единицу времени.

Валовая первичная продукция – общая масса валового органического вещества, создаваемая растением в единицу времени при данной скорости фотосинтеза, включая траты растения на дыхание – от 40 до 70% от валовой продукции.

Чистая первичная продукция – часть валовой продукции, которая не израсходована «на дыхание», представляет собой величину прироста растений, потребляется консументами и редуцентами.

Вторичная продукция – прирост за единицу времени массы консументов.

Биомасса – масса тела живых организмов.

Экологическая пирамида – графическое изображение трофической структуры экосистемы.

Правило экологической пирамиды – в любой экосистеме биомасса каждого следующего трофического уровня в 10 раз меньше предыдущего.

Пирамида чисел отражает число особей на каждом уровне пищевой цепи, уменьшение численности организмов от продуцентов к редуцентам. Имеет форму прямоугольника.

Пирамида биомасс – указывает на количество всего живого вещества на данном трофическом уровне, отражает изменение биомасс на каждом следующем трофическом уровне. В наземных экосистемах суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников. Имеет форму треугольника.

Пирамида энергии (продукции) – отражает уменьшение количества энергии, содержащейся в продукции, создаваемой на каждом следующем трофическом уровне. Имеет форму треугольника с вершиной, обращенной вверх.

Этапы урока

Содержание учебного материала.

Деятельность преподавателя

Деятельность обучающихся

Личностные результаты. Формирование УУД

1. Мотивация к учебной деятельности

Цель: включение в учебную деятельность на личностно значимом уровне на основе механизма «надо» - «хочу» - «могу»

Организует актуализацию требований к обучающемуся со стороны учебной деятельности («надо»).

Предлагает послушать отрывок из рассказа: «Все в мире имеет свою цикличность. Вот дерево, на нем лист, вот к листу приближается гусеница, а над гусеницей нависла малая птица. А вдруг над малой той птицей нависло крыло большой птицы. А вот я гляжу на большую ту птицу, а на неё прямо глядит лисица и цап ту птицу и нет той птицы» и задает вопрос: «Как вы думаете, о чем речь в этом отрывке?»

Предлагает объяснить смысл народной мудрости: «Что мне золото, светило бы солнышко» и ответить на вопрос: «Почему эта пословица будет относиться к нашему уроку?»

Организует деятельность обучающихся по установке тематических рамок («могу»).

Проводит фронтальную беседу:

- Что вы изучали на предыдущем уроке?

- Сформулируйте известные вам из курса физики законы термодинамики.

Создает условия для возникновения у обучающегося внутренней потребности включения в учебную деятельность («хочу»).

Демонстрирует иллюстрацию «Круговорот углерода» и формулирует проблемный вопрос: ««Каковы закономерности потока вещества и энергии в экосистемах?»

Информирует обучающихся: «Сегодня у нас урок открытия нового знания. Вы узнаете что-то новое» и задает вопрос: «Как вы будете действовать на уроке?»

Внимательно слушают отрывок из рассказа и отвечают на вопрос.

Объясняют смыл пословицы.

Отвечают на вопрос.

Вспоминают, что на предыдущем уроке изучили законы организации экосистем, познакомились с компонентами экосистемы, раскрыли их роль, отметили, что основной принцип устойчивости экосистем – круговорот вещества, поддерживаемый потоком энергии.

Формулируют законы термодинамики, согласно которым энергия может переходить из одной формы (например, энергии света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), но она никогда не создается вновь и не исчезает. Не существует ни одного процесса превращения энергии без потери какой - то её части. 

Определенное количество энергии рассеивается в виде тепла и, следовательно, теряется.

Знакомятся с иллюстрацией, пытаются ответить на проблемный вопрос.

Отвечают на вопрос:

«Во-первых, определю, что я не знаю, во-вторых, сам найду способ добыть знания».

Личностные результаты: самоопределение, действие смыслообразования.

Регулятивные УУД: волевая саморегуляция.

Коммуникативные УУД: планирование учебного сотрудничества с преподавателем и сверстниками.

2. Актуализация знаний и фиксация затруднения в пробном учебном действии

Цель: готовность мышления и осознание потребности к построению нового знания

Организует актуализацию знаний, достаточных для построения нового знания, фиксацию актуализированных знаний в речи и знаках.

Предлагает рассмотреть модель экосистемы и, используя предложенные термины (растительность; животные; микроорганизмы; атмосфера, свет, влага; почвогрунт), выяснить, какие компоненты экосистемы обозначены цифрами 1-5.

Проводит фронтальную беседу по вопросам:

1. Дайте определение понятий «биоценоз», «экотоп», «экосистема», «автотрофы», «гетеротрофы», «продуценты», «консументы», «редуценты».

2. Чем биоценоз отличается от экосистемы?

3. Какова роль продуцентов, консументов и редуцентов в экосистеме?

4. Какие виды экосистем можно выделить по отношению к деятельности человека?

5. Каким образом связаны между собой живые организмы экосистемы?

6. Какова основная функция экосистемы?

Организует обобщение актуализированных знаний, подводя обучающихся к выводу.

Организует самостоятельное выполнение обучающимися задания на пробное учебное действие.

Задает вопрос: «С какой целью я вам предлагаю выполнить пробное учебное действие?»

Задание.

Рассчитайте, сколько нужно травы, чтобы вырос один орел весом 5 кг (цепь питания: трава – заяц - орел). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.

Организует фиксацию индивидуальных затруднений в выполнении обучающимися пробного учебного действия или в его обосновании.

Просит поднять руки обучающихся, выполнивших задание.

Задает вопрос: «С какими трудностями при выполнении задания вы столкнулись?»

Самостоятельно выполняют задание.

Отвечают на вопросы.

Формулируют вывод:

в развитых экосистемах существуют пищевые взаимодействия между автотрофными и гетеротрофными организмами. Живые организмы в экосистемах тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. В экосистеме в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах, т.е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии, необходимой всем организмам для их жизнедеятельности и самовоспроизведения. Живые организмы фактически не используют тепло как источник энергии для совершения работы - они используют свет и химическую энергию.

Отвечают на вопрос:

«Чтобы мы поняли, что пока не знаем».

Выполняют задание на пробное учебное действие.

Фиксируют затруднения:

1. «Я пока не могу выполнить задание».

2. «Я пока не могу обосновать, правильно ли я думаю».

Познавательные УУД: анализ, синтез, сравнение, обобщение, использование знаково-символических средств, умение структурировать знания, осознано и произвольно строить речевое высказывание в устной форме, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.

Регулятивные УУД: волевая саморегуляция в ситуации затруднения, контроль, коррекция.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

3. Выявление места и причины затруднения

Цель: выявление и фиксация места и причины затруднения

Организует выявление и фиксацию места и причины затруднения.

Задает вопрос: «Какова причина вашего затруднения при выполнении пробного задания?»

Проговаривают вслух, фиксируют недостаточность знаний, какого знания им не хватает:

1. «Я пока не могу объяснить, почему живые организмы расположены в цепи питания в определенной последовательности».

2. «Я пока не знаю, что представляет собой трофический уровень».

3. «Я пока не понимаю, какие закономерности отражены в цепях питания».

4. «У меня нет эталона знаний, по которому можно правильно произвести расчет».

Познавательные УУД: умение структурировать знания, постановка и формулирование проблемы, умение осознано и произвольно строить речевое высказывание в устной форме.

Регулятивные УУД: волевая саморегуляция в ситуации затруднения.

4. Построение проекта выхода из затруднения

Цель: постановка цели учебной деятельности, выбор способа и средств ее реализации

Организует построение проекта выхода из затруднения.

Задает вопрос: «Какова цель вашей деятельности?»

Просит обучающихся назвать тему урока.

Фиксирует тему урока на доске.

Задает вопрос: «По какому плану будете работать?»

Задает вопрос: «Какие средства мы для этого будем использовать?»

Ставят цель учебной деятельности: узнать, что представляют собой цепи питания, выяснить, какие закономерности в них отражены, научиться правильно записывать цепи питания и решать задачи, используя знания о пищевых связях и потоках вещества и энергии в экосистемах.

Уточняют и согласовывают тему урока.

Формулируют шаги, которые необходимо сделать для реализации поставленной цели:

1. Узнать, что представляют собой цепи питания, научить правильно записывать цепи питания.

2. Выяснить, какие закономерности отражены в цепях питания.

3. Научиться решать задачи, используя знания о пищевых связях и потоках вещества и энергии в экосистемах.

4. Найти дополнительную информацию.

Отвечают: оборудование, учебник, математические расчеты.

Личностные результаты: действие смыслообразования.

Познавательные УУД: самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели, выбор наиболее эффективных способов решения задач.

Регулятивные УУД: целеполагание как постановка учебной задачи, планирование, прогнозирование.

Коммуникативные УУД: планирование учебного сотрудничества с преподавателем и сверстниками.

5. Реализация построенного проекта

Цель: построение и фиксация нового знания

Организует реализацию построенного проекта в соответствии с планом, фиксацию нового знания в речи и знаково (с помощью эталона).

С целью ознакомления обучающихся с понятием «цепи питания», используя рисунки учебника «Общая схема пищевой цепи», «Примеры наземных цепей питания»,

• начинает беседу по вопросам:

- В природе все живые существа связаны между собой в цепи питания. Чем питается заяц?

- Кто может поймать и съесть зайца?

- Какую можно составить цепь питания по нашему примеру?

- Какой можно сформулировать вывод?

• предлагает выполнить в паре задания:

1. Составьте цепь питания из предложенных организмов: кузнечик, цапля, лягушка, трава, уж.

2. Составьте цепь питания из организмов, обитающих в аквариуме: водоросли, инфузории, моллюски, рыбы, бактерии, плесневые грибы, дафнии.

• продолжает беседу по вопросам:

- Какие цепи питания вы составили? С чего начинается каждая из них?

- Что такое пищевая цепь?

- Объясните, почему исключение из цепи питания моллюсков и инфузорий приведет к резкому нарушению ее равновесия.

- Почему даже в хорошем аквариуме рыб приходится кормить животным кормом, тогда как в небольшом пруду они живут и без дополнительной подкормки?

• предлагает выполнить задание по вариантам:

I вариант

Составьте цепь питания из организмов: скворцы, коровий помет, ястребы, личинки мух.

II вариант

Составьте цепь питания из организмов: землеройки, растительный опад, горностаи, дождевые черви.

и ответить на вопрос: «Чем данная цепь питания отличается от ранее составленных?»

• вводит понятия «цепи выедания» и «цепи разложения» и продолжает беседу по вопросам:

- Какова роль цепей выедания и разложения в экосистеме?

- Всегда ли пищевая цепь начинается с продуцентов? 

• предлагает обучающимся решить открытую задачу: «Как-то крестьяне обратились к великому Чарльзу Дарвину с просьбой, чтобы он подсказал им, как увеличить урожай семян клевера, который стал катастрофически падать. «Заведите кошек», – ответил учёный. Крестьяне подумали, что он шутит. Но Дарвин знал то, чего не знали крестьяне. Чего не знали крестьяне?» (Клевер опылялся шмелями, гнёзда которых стали разорять расплодившиеся мыши. Вот ещё один пример пищевой цепи: клевер – шмели – мыши – кошки).

С целью ознакомления обучающихся с понятием «сети питания» организует беседу по вопросам:

- Что такое сеть питания?

- Что произойдёт, если в лесу исчезнут все деревья, которыми питается заяц?

- Что произойдёт с пищевой цепочкой, если не будет зайцев?

- Какой вывод можно сделать?

Вовлекает обучающихся в ролевую игру «Сети питания» с целью раскрыть роль растений в экосистеме и найти ответ на вопросы: «В чем отличие сети питания от цепи питания?», «Почему пищевые цепи связаны между собой в единую пищевую сеть?»

Организует самостоятельную работу обучающихся в малых группах по составлению цепей (сетей) питания, характерных для разных природных зон:

Задание 1. Составьте пищевую сеть, имеющую место в лиственном лесу: береза, дождевой червь, личинка майского жука, имаго майского жука, большая синица, подберезовик, бабочка березовая пяденица, сова, слизень, летучая мышь. Сколько пищевых цепей может содержать данная трофическая сеть? Какое количество трофических уровней включает каждая цепочка?

Задание 2. Составьте пищевую сеть, имеющую место в смешанном лесу: сосна, глухарь, белка, куница, сосновый пилильщик, дуб, кабан, галловый комарик, дождевой червь, масленок, дятел, большая синица, зяблик. Сколько пищевых цепей может содержать данная трофическая сеть? Какое количество трофических уровней включает каждая цепочка?

Организует фронтальное обсуждение результатов самостоятельной работы.

Вовлекает обучающихся в дискуссию с целью перехода к рассмотрению правила десяти процентов, используя вопросы:

- Цепь питания - цепь, по которой от одного организма к другому передаются вещества и энергия. Как вы это понимаете?

- Как вы думаете, почему пищевые цепи состоят не более чем из 5-6 звеньев?

- На какие нужды тратится энергия, передаваемая по цепям питания?

Организует самостоятельную работу обучающихся с учебником с целью усвоения понятий «биологическая продукция», «биомасса», «экологическая пирамида»; фронтальное обсуждение результатов самостоятельной работы.

С целью формулировки правила экологической пирамиды предлагает обучающимся внимательно рассмотреть рисунок «Экологическая пирамида (пирамида биомасс)» в учебнике и обсудить в паре вопрос: ««Какую закономерность в природе он иллюстрирует?», раскрыть сущность этой закономерности на данном примере.

Организует диалог с целью ознакомления обучающихся с основными типами экологических пирамид, используя таблицы «Пирамида численности», «Пирамида биомассы», рисунок учебника «Пирамида продукции и поток энергии в наземных и водных экосистемах».

Предлагает обучающимся оценить продукцию разных трофических уровней в лесной экосистеме и в океане, проанализировать пирамиды продукции для составленных пищевых цепей; организует фронтальное обсуждение.

Предлагает обучающимся выполнить индивидуально задание: рассмотрите изображенных на рисунке обитателей леса, назовите их, составьте одну цепь питания. Масса каких организмов в этой цепи должна быть наибольшая? Выскажите свои предположения. В тетради изобразите схематично экологическую пирамиду массы. Какие организмы составят основание пирамиды, а какие ее верхушку и почему? Масса каких организмов будет наименьшая?

Организует фронтальное обсуждение результатов самостоятельной работы, выработку алгоритма решения задания на пробное учебное действие.

Организует фиксацию преодоления затруднения обучающимися, возвращаясь к ранее выполненному ими заданию на пробное учебное действие.

Уточняет общий характер нового знания и возможность применения нового способа действий для решения всех подобных заданий.

Организует самостоятельную работу обучающихся с дополнительной информацией с целью рассмотрения примеров продуктивности различных экосистем и констатации факта, что первичная биологическая продукция находится под воздействием ограничивающих факторов: в пустынях (недостаток воды), в глубоководных зонах океана (освещенность и количество питательных веществ). 

Отвечают на вопросы. Составляют цепь питания.

Формулируют вывод.

Самостоятельно работают в паре, составляют цепи питания.

Отвечают на вопросы.

Фиксируют новое знание.

Самостоятельно работают по вариантам, составляют и сравнивают цепи питания.

Отвечают на вопросы.

Фиксируют новое знание.

Решают открытую задачу.

Высказывают предположения и обосновывают их.

Отвечают на вопросы.

Формулируют вывод.

Участвуют в игре, формулируют вывод.

Фиксируют новое знание.

Работают в малых группах, выполняют задания.

Участвуют в обсуждении результатов самостоятельной работы.

Участвуют в дискуссии.

Фиксируют новое знание.

Самостоятельно работают с учебником.

Участвуют в обсуждении результатов самостоятельной работы.

Фиксируют новое знание.

Самостоятельно работают с учебником, рассматривают рисунок, обсуждают в паре вопрос, раскрывают сущность закономерности.

Фиксируют новое знание.

Участвуют в диалоге.

Фиксируют новое знание.

Выполняют задание в паре.

Выполняют индивидуально задание.

Участвуют в обсуждении результатов самостоятельной работы.

Фиксируют новое знание.

Легко выполняют задание на пробное учебное действие и объясняют свои действия.

Самостоятельно работают с дополнительной информацией.

Личностные результаты: действие смыслообразования, осознание ответственности за общее дело.

Познавательные УУД: анализ, синтез, сравнение, обобщение, подведение под понятие, использование знаково-символических средств, умение осознано и произвольно строить речевое высказывание в устной форме, поиск и выделение необходимой информации из текста, выдвижение гипотез и их обоснование, установление причинно-следственных связей, построение логической цепочки рассуждений, самостоятельное создание способов решения проблем поискового характера.

Регулятивные УУД: познавательная инициатива.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли, аргументация своего мнения, достижение договоренности и согласования общего решения.

6. Первичное закрепление во внешней речи

Цель: применение нового знания в типовых заданиях

Организует усвоение обучающимися нового знания и новых способов действий при выполнении заданий в группах с их проговариванием во внешней речи (фронтальное обсуждение):

Группа I

1. Чем цепи питания отличаются от сетей питания?

2. Если в лесу на площади 1 га взвесить отдельно всех насекомых, все растения и всех хищных позвоночных, то представители какой группы суммарно будут самыми тяжелыми? самыми легкими? Объясните почему.

Группа II

1. Чем биологическая продукция отличается от биомассы?

2. Продолжите фразу: длинные пищевые цепи редки в природе, потому что …………………………

Группа III

1. Чем первичная продукция отличается от вторичной?

2. Известно, что на каждый последующий трофический уровень переходит примерно 10% энергии, заключенной в организме. Объясните, на что расходуются остальные 90%.

Группа IV

1. Чем валовая первичная продукция отличается от чистой первичной продукции?

2. Белый медведь живет только там, где имеются три условия: холодная вода, пища, дрейфующие льды. Какова будет пищевая цепь с его участием?

Работают в группах, выполняют задания.

Участвуют в фронтальном обсуждении.

Личностные результаты:

осознание ответственности за общее дело.

Познавательные УУД: анализ, сравнение, подведение под понятие, умение осознано и произвольно строить речевое высказывание в устной форме.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

7. Самостоятельная работа с самопроверкой по эталону

Цель: самопроверка умения применять новое знание в типовых условиях

Организует самостоятельное индивидуальное выполнение обучающимися типовых заданий на новые знания и способ действий с самопроверкой по эталону:

I. Составьте цепь питания из следующих организмов: паук, синица, нектар цветов, ястреб, муха.

II. Рассчитайте, сколько понадобиться фитопланктона, чтобы вырос один медведь весом 300 кг (цепь питания: фитопланктон – зоопланктон – мелкие рыбы – лосось – медведь). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.

Самостоятельно индивидуально выполняют задания.

Осуществляют самопроверку по образцу, представленному на слайде.

Познавательные УУД: выполнение действий по алгоритму, анализ, умение осознано и произвольно строить речевое высказывание в устной форме.

Регулятивные УУД: контроль в форме сличения способа действия и его результата с заданным эталоном, коррекция, оценка – оценивание качества и уровня усвоения.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

8. Включение в систему знаний и повторение

Цель: включение нового знания в систему знаний, повторение и закрепление ранее изученного

Организует выявление типов заданий, где используется новый способ действия.

С целью повторения учебного содержания, необходимого для обеспечения содержательной непрерывности предлагает выполнить задания, связанные с практическими вопросами жизни людей:

1. Как вы думаете, почему в прудовых хозяйствах выгоднее выращивать толстолобиков, а не щук?

2. Многие люди увлекаются вегетарианством. Необходим ли такой путь для всего человечества, если учесть рост населения на Земле? В чем преимущества и недостатки ограничения рациона людей только растительной пищей?

3. Объясните смысл пословиц: «Свинка – крестьянская копилка», «Благодарнее свинки нет скотинки – съест что попало, а отдает сало».

Выполняют задания.

Познавательные УУД: анализ, установление причинно-следственных связей, умение осознано и произвольно строить речевое высказывание в устной форме.

Регулятивные УУД: контроль, коррекция, оценка, прогнозирование.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли, аргументация своего мнения.

9. Рефлексия учебной деятельности

Цель: соотнесение цели урока и его результатов, самооценка работы на роке, осознание метода построения нового знания

Организует фиксацию нового содержания, изученного на уроке, рефлексивный анализ учебной деятельности с точки зрения выполнения требований, известных обучающимся, оценивание обучающимися собственной деятельности на уроке, фиксацию неразрешенных затруднений как направлений будущей учебной деятельности, обсуждение и запись домашнего задания.

Предлагает обучающимся ответить на вопросы:

- Что нового вы узнали?

- Какую цель вы ставили на уроке?

- Достигли вы цели? Обоснуйте.

и проанализировать свою работу, заполнить карточки с высказываниями:

1. При работе на уроке у меня не возникало затруднений (да/нет)_________

2. В самостоятельной работе у меня не было затруднений (да/нет)_______

3. При работе на уроке у меня возникали затруднения (перечислить какие)______

4. В самостоятельной работе у меня возникали затруднения (перечислить какие)______

5.Мне необходимо поработать над______

Отвечают на вопросы.

Анализирует свою работу, заполняют

карточки с высказываниями, которые дополняют.

Записывают домашнее задание

1. Выучите конспект.

2. Приведите примеры организмов, обладающих сходным питанием и относящихся к одному трофическому уровню.

3. Составьте цепь питания, используя организмы, обитающие на территории нашей области.

Личностные результаты:

адекватное понимание причин успеха/неуспеха в учебной деятельности.

Познавательные УУД: оценка процесса и результатов деятельности.

Регулятивные УУД: волевая саморегуляция.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.