Урок №2
Тема. Властивості складних систем. Біосфера, основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу. Еволюція уявлень про роль і місце природи в житті суспільства.
Мета: сформувати поняття про властивості складних систем, поглибити знання учнів про
біосферу як оболонку Землі; розглянути роль живої природи в організації біосфери та визначити місце природи в житті суспільства; розвивати логічне мислення,пізнавальний інтерес, уміння аналізувати й робити висновки; виховувати почуття відповідальності перед майбутніми поколіннями за свої дії.
Очікувані результати: після цього уроку учні зможуть дати визначення поняттям: складна система, біосфера; назвати та схарактеризувати основні властивості складних систем;наводити приклади складних систем; сформулювати основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу; пояснювати роль живої природи в організації біосфери; визначати місце і роль природи в житті суспільства.
Обладнання та матеріали: таблиця «Біосфера та її межі», схеми, малюнки, портрет В. І. Вер-
надського.
V. Вивчення нового матеріалу
1. Властивості складних систем
Складна система — система, що складається з безлічі взаємодіючих складових, унаслідок чого вона набуває нових властивостей, які відсутні на попередньому рівні.
Завдання для учнів
Наведіть приклади штучних і природних складних систем.
Які властивості можуть бути характерні для складних систем?
(Вчитель слухає всі можливі відповіді учнів, коригує їх і пропонує прочитати текст «Властивості складних систем».)
Які властивості складної системи ви не вказали?
«Шпаргалка для учнів»
Властивості складних систем
1. Загальність — коли організми, явища природи, різні процеси розглядаються як система.
2. Множинність — одна і та сама сукупність складових може бути множиною різних систем (одинакові представники тваринного і рослинного світу можуть стати компонентами різних екосистем).
3. Цілісність — система функціонує як єдине ціле (всі компоненти взаємопов’язані).
4. Емерджентність — виникнення нових властивостей, які характеризують систему, за рахунок взаємодії її окремих складових. Окремі лісові дерева, кущі, трави, гриби, птахи, комахи, звірі мають свої якісні характеристики, але всі разом вони створюють якісно новий об’єкт — ліс.
5. Еквіпотенційність — система є підсистемою вищого рівня і в той самий час вона є системою зі своїми складовими і зв’язками (наприклад,терміт є системою зі своїми складовими і зв’язками, але разом з іншими термітами утворює систему вищого рівня — термітник).
6. Синергізм — ефективність функціонування системи вища, ніж загальна ефективність окремого функціонування її складових.
Завдання для учнів
Використовуючи властивості складних систем, доведіть, що біосфера — це складна система.
2. П оняття про біосферу. Основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу
Розповідь учителя
Людина завжди стикалася з оточуючим її світом живої природи, з величезною різноманітністю рослин і тварин. Із часом було з’ясовано, що організми існують у найрізноманітніших умовах
і життя є і на поверхні материків, і в товщі океанів та морів, і навіть в атмосфері. Ця цілком очевидна істина привернула увагу українського мінералога-геохіміка В. І. Вернадського. Базуючись
на масштабних дослідженнях і розрахунках, він уперше показав глобальне значення всієї сукупності організмів нашої планети.Виявилося, що живі організми є могутнім фактором, що перетворює Землю. Товща гірських порід, вод і атмосфери, що змінилися під впливом живих організмів, і була названа біосферою.
Тепер це слово зустрічається на шпальтах газет, звучить у виступах політичних та суспільних діячів, стає зрозумілим не лише вченим,але й усім людям. Останнім часом усе частіше і тривожніше ви-
никає обґрунтована стурбованість долею довкілля, особливого значення набувають проблеми охорони та раціонального використання природних ресурсів. Це вимагає високого рівня наших знань про біосферу.
Біосфера — оболонка Землі, що включає всю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що перебуває в безупинному обміні із цими організмами. Термін «біосфера» вперше
ввів у науку в 1875 р. австрійський учений Едуард Зюсс (1831–1914 рр.). Проте цілісне вчення про біосферу створив наш видатний співвітчизник В. І. Вернадський.
Доповідь учня
Життєвий шлях та наукова діяльність В. І. Вернадського.(Випереджувальне завдання.)
Розповідь учителя
В. І. Вернадський розглядав біосферу як простір життя, а її основою вважав взаємодію живої та неживої речовини. Учений обґрунтовано стверджував, що біосфера — це організована оболонка
Землі, провідна роль у формуванні і підтримці якої належить живим організмам.
В. І. Вернадський виділяв такі ознаки біосфери:
1. Біосфера — загальнопланетна оболонка.
2. Склад і будова біосфери зумовлені сучасною і минулою життєдіяльністю всієї сукупності живих організмів.
3. Біосфера є наслідком взаємодії живих і неживих компонентів, акумуляції та перерозподілу в ній величезної кількості енергії.
4. Біосфера є термодинамічно відкритою, самоорганізованою,саморегульованою динамічно зрівноваженою, стійкою системою.
5. Межі біосфери: верхня межа — променева — зумовлена наявністю жорсткого короткохвильового ультрафіолетового випромінювання. Від нього життя захищається озоновим шаром. Нижня межа — термічна. У певних температурних режимах життя існувати не може.
Висновок:
Біосфера — це своєрідна оболонка Землі, що охоплює всю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, яка перебуває в безперервному обміні з цими організмами. Жива природа є основною рисою вияву біосфери, цим вона різко вирізняється серед інших земних оболонок.
Запитання до учнів
Яка роль живої природи в організації біосфери? (Обговорення з учнями і формування положень.)
Роль живої природи в організації біосфери:
- акумулює сонячну енергію, трансформує її в енергію земних процесів (хімічну, механічну, теплову, електричну). Наприклад, 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);
-організми накопичують хімічні елементи в тканинах свого тіла: Fe, Cu, Mn, N, S, P тощо, а також у середовищі життя:рослини збагачують атмосферу і воду киснем, накопичують азот у ґрунті;
-більшість хімічних елементів здійснюють колообіг через біосферу;
-саме жива речовина породила склад атмосфери, гідросфери,ґрунту;
-живі організми змінили рельєф земної поверхні, посиливши процеси осадонакопичення, вивітрювання та ерозії;
-впливає на мікроклімат та геофізичні умови свого існування.
Завдання для учнів
1. Екологічна вправа «Цінності»
Пояснення вчителя: Кожен із вас має записати в зошиті об’єкти і явища природи, без яких не може жити (5–6 слів). Наприклад, повітря, ґрунт, тварини, рослини, вода тощо. Зі свого списку по черзі викреслюйте компоненти, починаючи з останнього.Уявіть, яким буде ваше життя без зниклої складової.Чи завжди ви ставитеся бережливо до природи?Виникає суперечність: ми не завжди бережемо те, що є для нас цінністю. Те, що маємо,— не плекаємо, а як втратимо, то плачемо!
Які причини такої поведінки?
2. Е кологічна вправа «Інтерв’ю»
Пояснення вчителя: З перелічених об’єктів: бездомний собака, жаба, бджола, калина, бліда поганка, муха, змія, блекота,будяк — виберіть 2–3 об’єкти, уявіть себе на їх місці і дайте відповіді на запитання (запитання записані на дошці).
Запитання і завдання для тих, хто буде виконувати роль об’єктів природи:
1. Яка ваша роль у природі? Опишіть себе так, щоб сподобатись іншим. Розкажіть, чи заважає вам сусідство з людьми? Чому? Чи влаштовує вас сусідство з людьми? Чому? Яку користь ви приносите людям?
Примітка: Якщо учень відмовляється виконувати роль об’єкта природи, то йому ставлять інші запитання:
1. Чи усі об’єкти природи вам подобаються?
2. Чи є серед об’єктів природи такі, до яких ви ставитеся з огидою?
3. Чи є необхідність змінити ваше ставлення? Як цього досягти?
3. Еволюція уявлень про роль і місце природи в житті людини
Розповідь учителя
В історії людської культури багато сказано про гармонію в природі. Творець учення про біосферу В. І. Вернадський уважав,що в біосфері все враховується й усе пристосовується з таким самим підпорядкуванням мірі й гармонії, яку ми бачимо в струнких рухах небесних світил і починаємо бачити в системах атомів речовини й атомів енергії. Збільшення людської господарської діяльності гостро порушує питання про гармонію взаємодії людини і природи.Первісна людина і людина античності не протиставляла себе природі, більше того, вона усвідомлювала свій нерозривний зв’язок із природою, ототожнювала себе з нею, обожнювала її.Становлення й розвиток людського суспільства супроводжувалися локальними й регіональними екологічними кризами. Протиріччя між людиною і природою наростало головним чином у сільськогосподарській сфері.
Усього чверть століття тому слово «екологія» було відоме дуже вузькому колу людей. Відносини між суспільством і природою цікавили лише окремих філософів і представників географічних наук.
На межі 60–70-х рр. людство довідалося, що все більше забруднення повітря і водних джерел, міські шуми, які оглушають,незліченні смітники, що пригнічують, збіднені природні ландшафти — аж ніяк не локальні явища. Під загрозою перебувають практично всі природні оболонки (сфери) нашої планети, багато фундаментальних рівноваг у біосфері Землі й навіть за її межами.
Підрив цих рівноваг призведе до необоротних наслідків для життя на планеті.
Протиріччя в системі «людина — суспільство — природа»набули планетарного характеру. Породивши небачені в минулому загрози й небезпеки, вони наклали помітний відбиток і на без того
складну картину сучасного світу.
Упродовж усієї історії людства вплив суспільства на природу розвивався не як простий лінійний процес. Напружена, а в ряді випадків критична екологічна ситуація, що склалася в другій половині ХХ ст.,— це сигнал про настання нової фази у взаємодії суспільства і природного середовища.
Робота з підручником (або додатковим матеріалом)
(Учні об’єднуються в групи і самостійно обговорюють питання.)
Теми для самостійного опрацювання:
1 група. Місце природи в епоху збиральництва і мисливства.
2 група. Місце природи в епоху аграрної культури.
3 група. Місце природи в епоху індустріального виробництва.
4 група. Місце природи в епоху постіндустріального суспільства.
Під час роботи з текстом учні використовують метод «Позначки». На полях біля тексту вони ставлять олівцем позначки:
«+» — це я знав;
«–» — це я не знав, але зрозумів;
«?» — це я не зрозумів.
Після самостійного опрацювання — обговорення питань.
VI. У загальнення та систематизація знань
Завдання для учнів 1. Складання сенкану на тему «біосфера», «система»
Методична скринька.
«Сенкан» (або сенкен) — це вірш, який складається з п’яти рядків.Під час складання сенканів необхідно дотримуватися таких правил:
1. Перший рядок має містити слово, яке позначає тему (один іменник).
2. Другий рядок — це опис теми, який складається з двох слів (два прикметники).
3. Третій рядок називає дію, пов’язану з темою, і складається з трьох слів (три дієслова).
4. Четвертий рядок є фразою, яка складається з чотирьох слів і висловлює ставлення
до теми, почуття з приводу обговорюваного.
5. Останній рядок складається з одного слова — синоніма до першого слова, у ньому
висловлюється сутність теми, ніби підбивається підсумок.
Наприклад:
1. Іменник: Біосфера.
2. Прикметники: Цілісна, стабільна.
3. Дієслова: Розвивається, відновлюється, забруднюється.
4. Речення з 4-х слів: Це єдина планетарна система.
5. Синонім до іменника: Оболонка.
2. Екологічна вправа «Дарунки природи»
На дошці записані (або спроектовані на екран) незакінчені речення. Учні мають закінчити їх (вправа може виконуватися в зошиті або усно).
• Природа дає нам сировину:... (продукти харчування, деревину та будівельні матеріали,
продукти лісу, їжу для свійських тварин, ліки, барвники тощо).
• Природа дає нам... (середовище існування).
• Природа забезпечує...(біологічний контроль захворюваності та шкідників).
• Природа переробляє...(натуральні відходи, пом’якшує вплив забруднення, відновлює
та зберігає ґрунти).
• Природа регулює...(цикл поживних та органічних речовин).
• Природа регулює...(атмосферні процеси, колообіг речовин).
• Природа — це місце...(для відпочинку та відновлення сили, а також джерело культури,
навчання та наукових відкриттів).
Запитання до учнів Що ти можеш подарувати природі?
3. Екологічна гра «Дилема»
Робота в групах
Вчитель роздає картки з описом дилеми кожній групі для обговорення. Виділяється час для обговорення в середині групи (3–5 хв). Кожна група надає свій варіант відповіді та аргументує
свою позицію. Вчитель заохочує учнів до дискусії щодо найбільш
доцільного варіанта дій.
Дилема: Уявіть, що ви — Міністр охорони навколишнього природного середовища України й бажаєте зменшити обсяги атмосферного забруднення. Ваші експерти пропонують вам кілька
способів. Який із них ви вважаєте найефективнішим?
Варіанти дій:
1. Підвищити ціни на електроенергію, щоб сприяти її більш ефективному використанню, а відтак — меншому забрудненню. (Ці витрати можна переклас ти з виробника електроенергії нспоживачів. Можливо, варто з’ясувати енергоефективність побутових приладів, що відповідають за «реальне» споживання електроенергії.)
2. Закрити старі промислові підприємства, що спричиняють значне забруднення атмосферного повітря. (Завдяки цим заходам можна припинити забруднення, особливо на місцевому рівні. Але
ці заходи можуть спричинити скорочення робочих місць та бути непопулярними.)
3. Знизити дозволені рівні атмосферного забруднення, особливо діоксиду сульфуру, оксидів нітрогену чи викидів пилу. (Чи ви замислювалися над тим, яким чином визначали прийняті рівні
викидів? Ці норми буде складно впроваджувати, оскільки вони вимагають значних інвестицій і навіть закриття заводів.)
4. Сприяти впровадженню нових технологій та обладнання для скорочення викидів. (Це передбачає надання заводам фінансової підтримки, значні інвестиції в розвиток «зелених технологій».)
Зразок картки для учнів
Дилема: Уявіть, що ви — Міністр охорони навколишнього природного середовища України й бажаєте зменшити обсяги атмосферного забруднення. Ваші експерти пропонують вам кілька
способів. Який із них ви вважаєте найефективнішим?
Варіанти дій:
1. Підвищити ціни на електроенергію, щоб сприяти її більш ефективному використанню, а відтак — меншому забрудненню.
2. Закрити старі промислові підприємства, що спричиняють значне забруднення атмосферного повітря.
3. Скоротити дозволені рівні атмосферного забруднення, особливо сульфур діоксиду, оксидів Нітрогену чи викидів пилу.
4. Сприяти впровадженню нових технологій та обладнання для скорочення викидів.
4. З аповнення таблиці (цей вид роботи можна запропонувати учням виконати вдома)
Місце природ и в житт і сусп ільства
Назва епохи Тривалість Характеристика
Епоха збиральництва і мисливства
Епоха аграрної культури
Епоха індустріального виробництва
Епоха постіндустріального суспільства
VII. Підсумки уроку
Аргументація оцінювання знань учнів.
VIII. Дом ашнє завдання
1. Прочитати відповідний параграф підручника або «Шпаргалку для учнів».
2. Робота в групах. Намалювати плакат на тему «Ми — створіння природи і маємо жити в гармонії з нею» та підготувати короткий захист до нього.
3. Підготувати повідомлення на тему: «Масштаби й наслідки антропогенного впливу на природне середовище на сучасному етапі».
Презентація учнівських проектів «Сучасний антропогенний вплив
на природу», «Небезпеки людської діяльності в Україні за останнє десятиліття», «Екологічні проблеми сьогодення».
ДОДАТКОВИЙ МАТЕРІАЛ ДЛЯ ВЧИТЕЛЯ
Біосфера та її межі
Біосфера охоплює три геологічні сфери:
1.Атмосфера є зовнішньою газовою оболонкою Землі, сягає від її поверхні в космічний простір приблизно на 3000 Верхня межа біосфери в атмосфері, на думку одних учених проходить на висоті вершин Гімалаїв (10 км над рівнем морі на думку інших — досягає нижніх шарів стратосфери (ЗО км рівнем моря), де ще трапляються в досить великій кількості спори й навіть клітини бактерій, грибів і деяких водоростей. Іноді верхньою межею біосфери вважають озоновий шар (25-30 км над поверхнею планети).
Функції атмосфери:
1.Захисна — захищає живі організми від згубного впливу космічних випромінювань (озоновий шар) та ударів метеоритів.
2.Регулююча (кліматорегулююча) — регулює основні кліматичні параметри: температуру, вологість, тиск, швидкість і напрям вітру, забезпечує фотосинтез та обмін речовин, енергії й інформації.
3.Спричиняє ряд складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо).
4. Є середовищем життя.
Шари атмосфери (починаючи від поверхні Землі):
тропосфера (до висоти 18 км)— тут зосереджено 90 % яги повітря;
стратосфера (до 50 км) містить озоновий шар;
мезосфера (до 80 км); 4
термосфера (1000 км);
екзосфера (1900 км);
геокорона (умовно до 20 000 км);
далі атмосфера поступово переходить у міжпланетний космічний вакуум.
Домінуючі елементи хімічного складу атмосфери: N2 (78 %),O2(21 %), С02 (0,03 %).
2.Гідросфера — це водна сфера нашої планети, сукупність океанів, морів, вод континентів, льодовикових покривів. Запаси води на Землі величезні — 1,46 • 109 км3, тобто 0,025 % усієї маси Землі. Проте абсолютна більшість цієї колосальної маси — це гірко-солона морська вода, непридатна для пиття та технологічного використання. Прісна вода на планеті становить лише 2 % від її загальної кількості, причому 85 % її зосереджено в льодовикових щитах Ґренландії й Антарктиди, айсбергах і гірських льодовиках. Лише близько 1 % прісної води — це річки, прісноводні озера й деяка частина підземних вод; саме ці джерела й використовуються людством для його потреб.
Межі біосфери в гідросфері окреслені чітко: біосфера охоплює всю гідросферу, у тому числі найбільші океанічні западини до 11км., де існує значна кількість глибоководних видів.
Вода виконує дуже важливі екологічні функції:
це головна складова частина всіх живих організмів (тіло людини, наприклад, на 70 % складається з води, а такі організми, я її медуза чи огірок, містять у собі від 98 до 99 % води);
основний механізм здійснення взаємозв’язків усіх процесів у екосистемах (обмін речовин, тепла, ріст біомаси);
головний агент-переносник глобальних біоенергетичних екологічних циклів;
води Світового океану є основним кліматотвірним фактором, основним акумулятором сонячної енергії і «кухнею» погоди для всієї планети;
один із найважливіших видів мінеральної сировини, головний природний ресурс споживання людства (людство використовує її в тисячу разів більше, ніж нафти чи вугілля).
Величезну роль відіграє гідросфера у формуванні поверхня Землі, її ландшафтів, у розвитку екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, ерозії, карсту тощо), у переносі хімічних речовин — забруднювачів довкілля.
Домінуючі елементи хімічного складу гідросфери:
Літосфера — це зовнішня тверда оболонка Землі, включає всю земну кору й частину верхньої мантії Землі й складається з осадових, вулканічних і метаморфічних порід.
Деякі дослідники вважають нижньою межею біосфери в літосфері глибини, на яких температура літосфери починає перевищувати 1000 °С: близько 10 км на рівнинах і 7-8 км у горах.
Екологічне значення літосфери:
На її поверхні живе більшість рослинних і тваринних організмів, у тому числі й людина.
Верхня тонка оболонка літосфери на материках — це: ти, що забезпечують умови життя для рослин і є основною умов для отримання продуктів харчування людей.
Є джерелом отримання корисних копалин — енергетик сировини, руд металів, мінеральних добрав, будівельних матеріалів тощо.
У межах літосфери періодично відбувались і відбувають екологічні катаклізми (виверження вулканів, землетруси, зсувів селі, обвали, ерозія земної поверхні), які мають величезне значення для формування екологічної ситуації на певних ділянках планети а іноді призводять до глобальних екологічних катастроф.
Домінуючі елементи хімічного складу літосфери:
