5. На основе наблюдений составьте предложения по созданию необходимых условии жизни для личинки ручейника в аквариуме.
Конечно, в результате одноразовых наблюдений невозможно составить полный перечень особенностей среды, но все-таки на основе наблюдений учащиеся могут предположить, что личинки ручейников - мирные животные (никаких средств нападения у них нет) и нельзя их поселять с хищными, что, по всей вероятности, они растительноядны и что на случай достройки чехлика в аквариуме нужно снабдить личинок соответствующим строительным материалом.
Если предполагается экскурсия с большим числом учащихся и учитель не рассчитывает на то, что сумеет всем дать детальные разъяснения, к заданиям могут быть приложены краткие справки об особенностях того или иного объекта.
Задания для наблюдения за водяным скорпионом.
Справка. Водяной скорпион обитает преимущественно в водоемах со стоячей водой. Это очень медлительное животное. В процессе эволюции у водяного скорпиона выработались приспособления, связанные с малоподвижным образом жизни: коготки на 2-й и 3-й паре конечностей позволяют ему крепко цепляться за растения; саблевидный хватательный аппарат (видоизмененные передние конечности) молниеносно выбрасывается вперед; дышит атмосферным воздухом, выставляя при этом над поверхностью воды дыхательную трубку, расположенную на конце тела.
Пища - мелкие обитатели водоема. При помощи хоботка, как и все клопы, высасывает свою жертву. При наблюдении будьте осторожны - хоботок может проколоть человеческую кожу и нанести болезненный укол.
Задания.
1. Внимательно рассмотреть то место, где был найден водяной скорпион. Какая здесь глубина? Какие растения? Есть ли опавшие в воду листья? Какие они по форме?
2. Рассмотрите окраску и форму тела водяного скорпиона. Подумайте, какое значение они для него имеют.
3. Рассмотрите через лупу орудия нападения скорпиона - передние конечности и хоботок.
4. Рассмотрите дыхательную трубку, измерьте ее длину.
5. На основе наблюдений составьте предложения по созданию необходимых условий жизни для водяного скорпиона в аквариуме.
Желательно, чтобы учащиеся самостоятельно определили, что содержать водяных скорпионов нужно в невысоком аквариуме, засаженном растениями, стебли которых могут выдержать этих животных. Растения должны доходить до поверхности воды.
В аквариуме со скорпионами нужны мелкие животные в качестве объектов питания.
Задания раздают учащимся или заранее, или по прибытии на место, где проводится экскурсия. Вначале вся группа осматривает водоем, уточняет его характер (озеро, пруд, река), размеры, особенности берегов. Поверхность водоема осматривают, выясняют состав животных на ней. Учитель поясняет, что различные виды водных членистоногих приспособлены к жизни в различных слоях толщи воды. Учитель или ассистенты показывают, как пользоваться сачком: ребром сачка скользят по подводным зарослям, после чего сачок резко поднимают вверх и выносят на берег. Материал отлова сначала рассматривают в сачке, потом в банках с водой. Таких животных, как водяной ослик, личинки стрекоз, рассматривают на блюдце или в кювете. Всех животных, случайно попавших в сачок и не запланированных для комнатного аквариума (рыб, моллюсков), возвращают в водоем. После наблюдений выпускают и водных членистоногих, если они не нужны в аквариуме. Наблюдают животных в банке, куда пускают по одному представителю каждого вида животных. Учащимся необходимо напомнить об охране животных. Ловить животных следует не более 30 мин, иначе некоторые школьники начинают отвлекаться от работы и азартно охотятся за водными обитателями. Во время выполнения заданий учитель поочередно консультирует учащихся, помогает, старается держать в поле зрения каждого. После выполнения заданий учитель собирает учащихся, подводит краткие итоги экскурсии. Более подробно разговор о наблюдениях продолжается на заседании юннатского кружка.
После такой экскурсии можно создать аквариумы для заселения водными членистоногими. С экскурсии привозят необходимый материал - грунт, растения, воду - и самых неприхотливых обитателей, которые какое-то время живут в банке, например водяных осликов. За другими обитателями придется отправиться на экскурсию еще раз, когда в школе будет все готово для их приема.
Чем конкретнее по тематике экскурсия, тем легче организовать и провести ее и тем легче осуществить работу по использованию ее результатов. Большое количество объектов, многочисленность наблюдений могут привести к задержке разбора, обработки и использования каких-то объектов и к их гибели. Лучше "мало, но хорошо", т. е. количество наблюдений на одной экскурсии не должно быть большим. Важно осмыслить их, полнее использовать для последующей работы в аквариумном уголке, собрать немного объектов, но хорошо устроить их в аквариуме.
Предлагаем темы экскурсий: "Нитчатые водоросли", "Высшие споровые растения наших водоемов", "Цветковые водные растения", "Простейшие, гидры и планарии", "Моллюски", "Водные членистоногие". Подобные экскурсии по рыбам проводить не стоит в связи с ограниченным числом природных видов, которые можно содержать в аквариуме. Для аквариума используют случайно отловленных живых и здоровых мелких рыб, которых приносят школьники или их отцы-рыбаки. Полезно провести экскурсию в рыбоводное хозяйство (колхозный рыбопитомник, государственный рыборазводный завод).
ОПЫТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ
Опыты и наблюдения за обитателями аквариума проводят члены юннатского кружка. Некоторые наблюдения могут быть предназначены для всех учащихся во внеурочное время, например наблюдения за проявлением различных жизненных отправлений у простейших (питание, фототаксис, хемотаксис и т. д.). Для организации внеурочных наблюдений учащиеся разделяются на группы по 5 - 7 человек. Они в назначенное время поочередно приходят в утолок живой природы.
В школьной практике чаще работают с зоологическими объектами аквариума. И в связи с этим хочется обратить внимание учителей на то, что аквариумные растения не менее ценный материал для внеклассной работы. В результате могут быть получены выводы, имеющие существенное значение при изучении определенных вопросов курса биологии. В уголке живой природы можно поставить опыт по адаптации водяного мха к наземным условиям жизни. На основе этого опыта учащиеся приходят к выводу, что эти изменения сопровождаются уплотнением листьев, укорачиванием стебля, увеличивающейся механической плотностью растения. Сообщение об этом и использование соответствующих экземпляров мха на уроке в VI классе при изучении темы "Развитие растительного мира на Земле" поможет учащимся глубже осмыслить учебный материал. Знакомясь с результатами опыта, учащиеся с помощью учителя осмысливают адаптивные изменения водяного мха как своеобразную модель тех изменений, которые происходили в эволюции растительного мира при переходе от водного к наземному образу жизни.
Эти же выводы и соответствующий натуральный материал можно еще раз использовать при изучении ароморфозов в курсе общей биологии в IX классе на уроке "Главные направления органической эволюции", когда рассматривается вопрос о возникновении у водных растений приспособлений к жизни на суше.
Интересны опыты с другим споровым растением аквариума - цератоптерисом василистниковидным. Целью этих опытов является подтверждение того, что разные формы этого цератоптериса относятся к одному виду. Опыты проводят в нескольких вариантах с соблюдением одинаковых условий содержания различных форм цератоптериса (температура, освещение, степень жесткости воды и т. д.). Вариативность заключается только в различных способах расположения растений. В одном аквариуме все три формы посажены в грунт и погружены в воду; в другом посажены в грунт, но содержатся в небольшом количестве воды, чтобы листья имели связь с воздушной средой; в третьем варианте папоротники не укореняются в грунте и плавают свободно. В результате растения каждого аквариума, если они действительно относятся к одному виду, представят собой прекрасный пример модификационной изменчивости, не связанной с изменением генотипа. Учащиеся на результатах опыта могут убедиться в том, что наследуется не признак организма, а способность его при взаимодействии с условиями развития давать определенный фенотип.
Данные этих опытов используют как конкретный и наглядный материал на уроках по темам курса общей биологии IX и X классов. Результаты наблюдений и опытов с цветковыми растениями также обогащают уроки биологии конкретным наглядным материалом и углубляют знания учащихся.
Обычно в аквариумных уголках чаще других проводят опыты по вегетативному размножению растений. Остановимся на более интересных из них, результаты которых с успехом можно использовать при изучении тем "Вегетативное размножение цветковых растений" (V класс), "Размножение и индивидуальное развитие организмов" и "Основы экологии" (X класс).
Одинаковые отрезки элодеи зубчатой (одинаковая длина и количество мутовок) помещают в различные
условия (прохладная и теплая вода, слабое и сильное освещение, сочетание - прохладная вода при сильном и слабом освещении и теплая вода при этих же условиях). В ходе эксперимента учащиеся должны выяснить, какие факторы влияют на скорость роста растения. Можно также провести наблюдения за размножением отрезка и ростом молодых растений при оптимальных условиях в аквариуме и в дистиллированной воде, сравнить результаты (через месяц) и определить причины различного развития растений (отсутствие необходимых для питания растений солей во втором случае). В результате этих опытов учащиеся устанавливают, какие условия нужны растениям для успешной вегетации.
Простое, но очень показательное наблюдение за размножением рясок рекомендовал С. В. Герд. Суть наблюдения - в выявлении быстроты вегетативного размножения ряски. Всего одну пластинку ее помещают в стакан с водой, выставляют на светлое место и ежедневно наблюдают, как на краю пластинки образуются выступы, разрастающиеся в новые пластинки. Учет новых пластинок удобнее вести с помощью круга бумаги, вырезанного по диаметру стакана, и врисовывать в него вновь появившиеся пластинки ряски, помечая их соответствующими номерами.
В результате этих наблюдений учащиеся убеждаются в том, что энергия вегетативного размножения у рясок огромна. Они при благоприятных условиях удваивают массу своего тела не более чем за 5 суток.
Интересны для учащихся наблюдения за вегетативным размножением валлиснерии, которое очень быстро осуществляется при содержании растения в благоприятных условиях.
В уголке живой природы можно поставить с валлиснерией различные опыты. Например, опыт по выяснению влияния света на скорость вегетативного размножения (используют 2 - 3 аквариума при различном освещении). Для опыта отбирают одинаковые по размерам и количеству листьев растения. Аналогично проводят опыт по выяснению влияния температурных условий на скорость вегетативного размножения. Лист гигрофилы, только что снятый с растения, мелко шинкуют острым ножом. Получившуюся кашицу помещают в банку с водой, а банку ставят под яркий электрический свет (можно подвесить банку около поверхности воды в освещенном лампами аквариуме). Через 2 - 3 месяца в банке появятся миниатюрные растения. Сначала от жилки, имеющейся на кусочке листа, появляется белый корешок, затем становится видна крохотная зеленая почка при основании корешка, из нее растет стебелек. Ученики регистрируют этапы развития растения, рисуют фазы развития растения. Хорошо иллюстрируют на уроках общей биологии приспособление организмов к среде, опыты и наблюдения за аквариумными растениями, например водокрасом и лимнобиумом с хорошей плавучестью листьев. У лимнобиума лист толще, чем у водокраса, так как имеет больше аэрокамер, заполненных воздухом. Они придают плавучесть растению. Лимнобиум достают из аквариума и помещают в сосуд с уровнем воды в 1 - 2 см и слоем песка в 1 - 2 см на дне. Освещение и температура должны быть в сосуде и аквариуме одинаковыми. Через 2 месяца сравнивают листья. С помощью лупы хорошо видны аэрокамеры. У растения, укоренившегося на мелководье, листья будут тоньше, аэрокамеры в таком положении исчезают.
Отдельные растения с развитой розеткой листьев помещают в банку вверх корнями, перевернутой розеткой к поверхности воды, т. е. имитируют такое положение, которое может занять растение в естественном водоеме при сильном ветре и волнах или при резких передвижениях животных. Банку закрывают стеклом, чтобы корни не высохли. В ходе наблюдения учащиеся устанавливают, как удается растению перевернуться (изменяется ли направление роста листьев, изгибаются ли корни и т. д.).
Уровень воды в аквариуме, где растут лимнобиумы, постепенно снижают, а когда растения укореняются в грунте, воду понемногу убирают совсем, сохраняя высокую влажность. У лимнобиумов развивается мощная разветвленная корневая система, тонкие гибкие корешки превращаются в толстые, упругие; рыхлый, наполненный аэрокамерами лист заменяется на тонкий, плотный. Внимание учащихся нужно обратить на то, что листья "сухопутного" лимнобиума располагаются вертикально, что способствует уменьшению испарения. Воду в осушенных местах растение расходует экономно.
Аналогичный опыт ставят с гигрофилой, но предварительно учащиеся должны зафиксировать наблюдения за ростом гигрофил в обычных аквариумных условиях. Стебли гигрофил растут хорошо, а корневая система развивается слабо (корни приходится прижимать камешками).
Погруженные растения питаются всей поверхностью. Для опыта два пучка стеблей гигрофил помещают в 2 одинаково освещенных аквариума. Когда они начнут расти, в одном аквариуме резко снижают уровень воды до верхушки наивысшего стебля. Аквариум прикрывают стеклом для получения парникового эффекта.
В дальнейшем гигрофила начинает бурно развивать мощную корневую систему. Почему? Снижение уровня воды означает приближение так называемого сухого сезона в тропиках. В такой период вода спадает и гигрофилы переходят из водной среды в сухопутную среду на воздух. Так как это растение обитает во влажных тропических лесах, гигрофила нормально развивается в "парниковой", влажной атмосфере. При этом появление корневой системы обеспечивает устойчивость куста без воды, которая раньше поддерживала гибкие стебли. Кроме того, корни глубоко уходят во влажную почву и снабжают растение питательными веществами. Стебли, поднимаясь над водой, становятся более мощными, жесткими, прямостоящими и свободно несут листья. Листья становятся толще, плотнее, на их поверхности появляются устьица (у подводных листьев их нет). Устьица обильно испаряют воду, а вместе с этим процессом в стеблях начинается восходящий ток соков. Гигрофила может быть растением погруженным или растением на грани двух сред: стебли в воде, а их верхушки на воздухе, может расти и без воды во влажной тепличке.
Все эти опыты показывают, насколько совершенна система адаптации бывших сухопутных растений к водной среде, как растения приспособлены к борьбе с возможными неожиданными изменениями среды (падение уровня рек в тропиках в сухой период года).
На примере пузырчатки и альдрованды можно рассмотреть приспособленность растений к питанию животными. Сначала наблюдают за охотой пузырчатки. Пузырчатку с пузырьками на стебле помещают в неглубокий сосуд (чашку Петри, блюдце) и осторожно заливают водой с мелкими рачками или коловратками. За процессом проникновения животного в ловчую камеру наблюдают через лупу. Далее с пузырчаткой можно провести интересный опыт. Выбирают две одинаковые банки и два примерно одинаковых экземпляра растений. Банки ставят рядом при одинаковом освещении. Одно растение помещают в обычную воду с мелкими животными (инфузории, коловратки, дафнии, циклопы); второе - в воду без животных, но с необходимым набором солей для питания растений. В ходе эксперимента второе растение обгоняет в развитии первое, а пузырьки редуцируются как ненужные, заменяются листьями.
В результате этого опыта учащиеся приходят к выводу, что пузырьки - это видоизмененные листья. Они приспособились дополнительно поглощать животный белок, содержащий необходимый для растения азот.
Головкой тончайшей металлической булавки дотроньтесь до чувствительных щетинок альдрованды. Клапан-ловушка должен захлопнуться и захватить головку. Альдрованда некоторое время плавает с булавкой, и можно за кончик булавки извлечь растение из воды, показав этим силу смыкания створок. Поскольку от булавки проку мало, соков не поступает и через некоторое время возбуждение щетинок падает, растение выбрасывает булавку на дно.
С крупными экземплярами возможен более сложный опыт: на тонкой нити или волосе предлагается маленький кусочек мяса. Определяется время, в течение которого лист удерживает добычу, а также полноценность усвоения ее. Опыт позволяет показать силу смыкания створок ловчей камеры: растение можно осторожно вытянуть за леску из воды (при разложении мяса ферментами через два-три дня узел соскользнет и волос выйдет из створок).
К уроку по теме "Основные климатические факторы и их влияние на организм" (общая биология, X класс) можно поставить опыт с гигрофилой. Для опыта нужно, чтобы аквариум освещался только электролампами и находился в темном помещении или зимой вдали от окна. Утром включают свет и фиксируют положение верхушечных листьев - они сложены, стоят вертикально вверх концами. Ночью возможно охлаждение воды и растение тесно смыкает листья, чем защищает легко повреждаемую точку роста. Затем фиксируют положение листьев через час после включения света: листья раскрылись, растение поглощает свет. Через 8 - 10 ч свет выключают и через час фиксируют положение листьев: они снова сомкнулись, закрывая точку роста.
Второй опыт как более сложный выполняют в качестве домашнего задания один-два ученика, у которых дома есть аквариумы. Сначала свет включают, как и в предыдущем случае, утром. Фиксируют положение листьев в момент включения и через час. Затем вновь свет включают в середине дня в один из выходных дней или на каникулах. При этом листья у растения раскрываются. Почему? У растений вырабатывается определенный ежедневный ритм жизни: если свет включают утром, вскоре начинается световой период фотосинтеза - листья раскрываются. Задержка с включением освещения не влияет на растение - оно уже давно "ждет" его.
Включение освещения проводят как и в первом случае, через час фиксируют положение листьев. А теперь вариант с выключением: оставляют лампы гореть до позднего вечера. Оказывается, что растения "закрываются" именно в то время, когда они закрывались при обычном выключении освещения.
Бесспорно, что здесь тоже проявляется природная ритмика растения. Однако наблюдается и другое: световой период фотосинтеза на сегодня завершен, растению нужна темнота, оно более не воспринимает свет, не нуждается в нем. Как доказать, что при искусственном освещении начинается темновая фаза фотосинтеза? Надо предложить учащимся разыскать людей, которые держат аквариумы при искусственном освещении 12 - 16 ч. Если в таких аквариумах растут гигрофилы и кабомбы, легко наблюдать за поведением этих растений в вечернее время. Независимо от яркого света растения складывают листья через 10 - 12 ч светового периода фотосинтеза (колебания зависят от интенсивности источников света, а продолжительность этого периода примерно равна продолжительности тропического светового дня). За пределами этого "дня", как бы ярко ни горели лампы, растение уже не нуждается в свете (наступает темновая фаза фотосинтеза), оно смыкает листья и "засыпает".