Cá thể
Vô sinh Hữu sinh Con người
Các cấp độ tổ chức
sống
QT QX
Môi trường Các nhân tố sinh thái
Sinh quyển
Đánh giá về cấu trúc, nội dung phần Sinh thái bậc Trung học phổ thông
- Bố cục: Chương trình soạn thảo theo hướng đồng tâm mở rộng, đi từ cấp độ tổ chức nhỏ đến cấp độ tổ chức lớn, mang tính hệ thống.
- Nội dung chính của chương trình Sinh thái học là các khái niệm các quy luật về các mối quan hệ tương tác giữa các yếu tố cấu trúc trong từng cấp độ tổ chức sống như mối quan hệ giữa các cấp độ tổ chức sống với nhau và với môi trường, qua đó giúp HS hiểu rõ hơn về thiên nhiên, vai trò của thiên nhiên với sự phát triển và tồn tại của sự sống, hiểu và biết vận dụng quy luật sinh thái vào thực tiễn.
- Nội dung mang tính tích hợp giáo dục mơi trường cao vì thế đây là nội dung có nhiều thuận lợi nhất trong việc giáo dục mơi trường.
- Nội dung có tính khoa học và cập nhật cao.
Tuy nhiên, hệ thống các hoạt động trong sách giáo khoa phần Sinh thái học chủ yếu là các hoạt động minh họa, chứng minh kiến thức, số lượng các hoạt động chưa nhiều, các hoạt động để tổ chức HS tìm tịi, khám phá cịn ít, một số kiến thức về cơ chế, quá trình hình ảnh tĩnh trong sách giáo khoa khơng thể hiện được. Điều đó gây khó khăn cho GV trong việc tổ chức hoạt động học tập của HS theo các phương pháp sư phạm khác nhau trong khi phần kiến thức Sinh thái có nhiều thuận lợi tạo ra các tình huống sư phạm đa dạn
2.3. Vận dụng kiến thức đã có về tiến hóa để tổ chức học sinh lĩnh hội kiến thức sinh thái học. thức sinh thái học.
2.3.1. Các mục tiêu vận dụng quan điểm tiến hóa.
Tiến hố là nền tảng của sinh học hiện đại, là chủ đề bao trùm toàn bộ sinh học, nó kết hợp tất cả các lĩnh vực sinh học dưới một phạm trù lí thuyết chung. Sinh thái học được xem là tích hợp các khoa học sinh học, là vấn đề tổng hợp phức tạp. Nếu như sinh thái học nghiên cứu mối quan hệ giữa những tổ chức sống với môi trường, thì thuyết tiến hóa nghiên cứu về quy luật hình thành, vận động phát triển của các mối quan hệ đó. Sinh thái học nghiên cứu mối quan hệ đó ở từng cấp độ từ cơ thể, QT, QX, HST, sinh quyển, cịn tiến hóa luận nghiên cứu quá trình hình thành các cấp độ tổ chức sống đó. Như vậy, tiếp cận tiến hóa để nghiên cứu sinh thái là bằng cách phân tích q trình vận động tiến hóa thích nghi của các cấp độ tổ
chức sống. Đó chính là mục tiêu vận dụng quan điểm tiến hóa khi tổ chức dạy học sinh thái.
Dựa vào những phân tích trên, mục tiêu vận dụng quan điểm tiến hóa để tổ chức dạy học phần sinh thái học chúng tôi sẽ thiết kế các nội dung sinh thái học liên quan đến tiến hóa luận qua một số bài học như sau:
Bài 35: MÔI TRƯỜNG SỐNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI
1. Mục tiêu nội dung
- Giải thích mối quan hệ qua lại giữa sinh vật với môi trường. - Nguyên nhân dẫn đến hình thành ổ sinh thái.
- Giải thích ngun nhân, cơ chế tạo thành những đặc điểm thích nghi hình thái, sinh lí ở thực vật và động vật với mơi trường sống.
- Tìm ví dụ về những đặc điểm thích nghi của sinh vật với mơi trường sống là kết quả của qúa trình tiến hóa thích nghi.
2. Vận dụng quan điểm tiến hóa để giải thích những nội dung trên
- Sự tiến hóa của sinh vật dẫn đến những biến đổi của môi trường vật lý và hóa học. Sự sống bao quanh trái đất tạo nên sinh quyển. Đó là một HST khổng lồ, duy nhất, đã trải qua q trình tiến hóa hàng tỷ năm để đạt trạng thái cân bằng ổn định.
Khi sự sống chưa xuất hiện, trái đất cịn là một hành tinh chết. Bao quanh nó là khí quyển đầy nitơ, hiđrocacbon, cacbon dioxit, clo, oxit lưu huỳnh, hơi nước…. do núi lửa phun ra. Từ mặt trời, tia tử ngoại chiếu xuống bề mặt hành tinh. Nhờ đó, hơi nước được phân li, tạo ra một lượng oxy khơng đáng kể và sự tiến hóa học được khởi đầu. Nhiều chất hữu cơ phức tạp như axitamin một thành phần quan trọng để cấu tạo nên các hệ thống sống nguyên thủy, xuất hiện.
Lớp ozon hình thành tuy rất mỏng, song kết hợp với tầng nước đã dệt nên bức màn chắn tia tử ngoại rất hiệu quả, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sống đầu tiên ra đời ở vùng nước nông của đại dương cổ, cách chúng ta chừng 3 tỉ năm. Những mầm sống nguyên sơ là những thể kị khí tuơng tự như nấm men, đã tồn tại một thời gian đầy khắc nghiệt nhờ năng lượng kiếm được bằng con đường lên men. Hiệu suất của dạng hô hấp này rất thấp so với hô hấp hiếu khí nên mầm sống ngun thủy khơng thể tiến hóa xa hơn giai đoạn tồn tại của cơ thể Prokayote. Sau đó, áp lực của CLTN
do thiếu nguồn thức ăn hữu cơ đã thúc đẩy sự xuất hiện quá trình quang hợp. Nhờ vậy, lượng oxi tăng lên đạt đến 3 – 4% của mức hiện nay hay khoảng 0.6% của khí quyển. Bộ mặt hành tinh có những biến đổi lớn, từ tiến hóa hóa học sang tiến hóa sinh học, từ tiến hóa dị dưỡng dang kiểu tiến hóa tự dưỡng nhờ sự ra đời và phân bố nhanh chóng của cơ thể Eurokaryote trên bề mặt các đại dương. Tiếp theo, thực vật đã tiến lên chiếm lục địa. Hơ hấp hiếu khí và nguồn thức ăn sơ cấp ngày một phong phú, tạo khả năng cho sự ra đời và phát triển của sinh vật đa bào phức tạp. Ở kỉ Cambri, sự bùng nổ tiến hóa của các dạng sống mới xảy ra như thân lỗ, san hô, thân mềm, rong biển, tổ tiên của thực vật có hạt và động vật có dậy sống.
Trong các giai đoạn khác nhau của nguyên đại Cổ sinh (Palaeozoi), cuộc sống dưới nước và trên cạn trở nên đơng đúc. Hàm lượng khí Oxy dần đạt được mức như hiện nay ( 20% thể tích khí quyển), chế độ tự dưỡng thay thế cho chế độ dị dưỡng và trở nên thống trị trên hành tinh. Sự phát triển ồ ạt của thực vật trên cạn đủ đảm bảo cho sự xuất hiện những nhóm động vật lớn như bò sát cổ đại, chim, thú và cuối cùng, một triệu năm trước đây con người ra đời.
Sư tiến hóa của sinh vật như đã phác thảo ở trên dẫn đến những biến đổi và thúc đẩy sự tiến hóa của mơi trường vật lí và hóa học. Nhờ đó sinh quyển được khai sinh và tiến hóa
- Ngun nhân dẫn đến hình thành ổ sinh thái
Khi điều kiện sống trong khu phân bố của QT thay đổi nhiều và trở nên không đồng nhất, số cá thể mang tính trạng bị rơi vào điều kiện bất lợi và bị đào thải. CLTN diễn ra theo một số hướng, trong mỗi hướng hình thành QT thích nghi với hướng chọn lọc. Tiếp theo ở mỗi nhóm chịu tác động của kiểu chọn lọc ổn định. Kết quả là QT ban đầu bị phân hóa thành nhiều kiểu hình, đồng thời có sự phân hóa về ổ sinh thái dẫn đến mức độ cạnh tranh giảm bớt.
- Giải thích nguyên nhân, cơ chế tạo thành những đặc điểm thích nghi hình thái, sinh lí ở thực vật và động vật.
Trong mối tương tác giữa cơ thể và môi trường, sinh vật đều trả lời lại sự biến đổi của các yếu tố mơi trường bằng những phản ứng thích nghi về sinh lý, sinh thái và tập tính thơng qua các hoạt động của hệ thần kinh - thể dịch, đồng thời chủ động làm cho môi trường biến đổi nhằm giảm thấp các tác động bất lợi cho sự sinh
tồn của mình (các nhà sinh thái gọi đó là “yếu tố bù”). Sinh vật sống trong tổ chức càng cao (QT, QX) thì sự thích nghi và sức cải tạo mơi trường càng có hiệu quả. Sự thích nghi của sinh vật đối với mơi trường là cụ thể, được hình thành trong q trình tiến hóa và mang tính tương đối. Nếu tác động của các yếu tố vượt khỏi ngưỡng thích nghi của sinh vật, buộc sinh vật rơi vào tình trạng diệt vong, nếu chúng khơng tìm được những điều kiện thích ứng một nơi nào khác để tồn tại, hoặc buộc sinh vật phải biến đổi cấu tạo, hoạt động chức năng và lối sống của mình cho phù hợp với điều kiện môi trường sống mới. Lịch sử hình thành và phát triển của thế giới sinh vật đã chứng minh điều đó. Tất nhiên, trong q trình tiến hóa, thích nghi của các lồi diễn ra khơng phải nhanh chóng mà phải trải qua chặng đường dài, dưới sự kiểm soát của quy luật CLTN.
Bài 36: QT SINH VẬT VÀ MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CÁ THỂ TRONG QT
1. Mục tiêu nội dung
- Nêu được quá trình hình thành QT sinh vật. Giải thích được tại sao trong q
trình hình thành QT có cá thể bị tiêu diệt có các cá thể sống sót và phát triển thành QT.
- Ý nghĩa các mối quan HST giữa các cá thể trong QT và cơ chế tự điều chỉnh số lượng cá thể của QT.
2. Vận dụng quan điểm tiến hóa để giải thích những nội dung trên
- Quá trình hình thành QT sinh vật: QT phát sinh, phát triển và suy vong trong những điều kiện nhất định. Bản chất của sự tiến hoá là khuynh hướng đạt đến giá trị hằng số về kích thước, về cấu trúc tuổi, về cấu trúc giới tính…. Những dấu hiệu nổi bật của tiến hoá ở cấp độ QT là: QT khai thác tốt nguồn sống của mơi trường, tăng khả năng sống sót và sinh sản của các cá thể, tiết kiệm năng lượng, số lượng và chất lượng sinh khối tăng, giảm bớt tác hại do tác động bất lợi của môi trường sống…
Nhờ CLTN, các cá thể trong QT tự thiết lập được mối quan hệ với nhau và với môi trường, thể hiện ở sự thích nghi của nhóm cá thể đó với mơi trường sống. Khi một nhóm cá thể cùng lồi thích nghi với mơi trường sống của nó thì mới có thể thực hiện được các chức năng sinh học của một tổ chức sống. Dấu hiệu này chính là
điều kiện đủ để phân biệt QT sinh vật với tập hợp ngẫu nhiên các cá thể sinh vật cùng loài.
- Ý nghĩa các mối quan HST giữa các cá thể trong QT và cơ chế tự điều chỉnh số lượng cá thể của QT.
Các cá thể cùng lồi trong QT tương tác, gắn bó chặt chẽ với nhau bằng các mối quan hệ sinh học, đặc biệt là quan hệ sinh sản và thích nghi với môi trường sống. Các mối quan hệ này là kết quả của quá trình CLTN lâu dài.
Mối quan hệ hỗ trợ, cạnh tranh và phân li giữa các cá thể trong QT là các phương thức, trở thành các loại tập tính của sinh vật khi có tác dụng duy trì trạng thái cân bằng động các đặc điểm sinh học của QT là động lực dẫn đến sự phân hoá và tiến hoá của QT.
Khả năng tự điều chỉnh của QT là kết quả của sự điều hoà sinh thái một cách phức tạp, dưới tác dụng của CLTN lâu dài, những mối quan hệ sinh học trong nội bộ QT, trong mối quan hệ với các QT sống trong QX và giữa QT với môi trường sống. Sự tự điều chỉnh trong nội bộ QT thông qua sự điều chỉnh các nhân tố: sức sinh sản, sự tử vong, mức xuất cư, mức nhập cư…kết quả là kích thước của QT phù hợp với môi trường sống. Sự tự điều chỉnh của QT là có giới hạn, nếu tác động q lớn vượt ra ngồi giới hạn đó,QT khơng tự điều chỉnh được, dẫn đến QT có thể bị suy vong.
Bài 40 : QX SINH VẬT VÀ MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QX
1. Mục tiêu nội dung
- Các đặc điểm chứng tỏ QX là một tổ chức sống có lịch sử gắn với CLTN. - Giải thích tính đa dạng của QX và của thế giới sống.
2. Vận dụng quan điểm tiến hóa để giải thích những nội dung trên
- Quá trình hình thành và phát triển lịch sử của QX sinh vật, bằng con đường CLTN trong điều kiện môi trường thay đổi theo thời gian và không gian, các sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng vừa tiến hóa, vừa củng cố di truyền của chúng nhờ quan hệ tương hỗ. Sự chọn lọc có đó tiến hành trong phạm vi từng nhóm, từng bậc của QX, sự tiến hóa của các QT bằng con đường chọn lọc vào đột biến trong điều kiện mơi trường thay đổi. Có QT tồn tại và phát triển bung ra, có những loài xuất hiện
mới và phát triển mạnh, có lồi khác giảm và mất đi. Chính vì thế QX ln phát triển theo thời gian và từ QX này sang QX khác dần dần tiến đến một QX ổn định, biểu hiện của sự ổn định về cấu trúc QX, về các mối quan HST trong QX.
- Giải thích tính đa dạng của QX và của thế giới sống.
Sự sống đã và đang tiến hóa trên trái đất qua hàng tỉ năm, tạo nên sự đa dạng khổng lồ các sinh vật trong qúa khứ và hiện tại. Cách giải thích khoa học cho tính thống nhất và đa dạng đó và cho cả tính thích nghi của sinh vật với mơi trường của chúng chính là sự tiến hóa. Quan điểm Darwin cho rằng, các sinh vật trên trái đất ngày nay là con cháu đã được biến đổi từ những tổ tiên chung. Ông cũng cho rằng, con cháu của các loài tổ tiên sống trong các sinh cảnh khác nhau qua hàng triệu năm đã tích lũy các biến dị khác nhau hay các tính trạng thích nghi giúp chúng có được các cách sống riêng cho mỗi loài. Darwin lập luận rằng, trải qua thời gian dài, hậu duệ có sự biến đổi, rốt cuộc đã dẫn đến một thế giới sống vô cùng đa dạng như hiện nay. Darwin xem lịch sử sự sống như một cái cây, với nhiều cành mọc ra từ một thân cây chung có nhiều nhánh ngọn non trẻ. Đỉnh các nhánh tượng trưng cho sự đa dạng của các sinh vật đang sống hiện nay. Mỗi chạc cây tượng trưng cho một loài tổ tiên của tất cả các lồi được tiến hóa từ điểm phân nhánh này.
Bài 41 : DIỄN THẾ SINH THÁI
1. Mục tiêu nội dung
Giải thích rõ khái niệm diễn thế, nguyên nhân gây diễn thế và các loại diễn thế trên quan điểm tiến hóa. Giải thích vì sao trong q trình biến đổi của QX có sự mất đi một số lồi và sự xuất hiện một số loài mới thay thế và trở thành loài ưu thế trong QX.
2. Vận dụng quan điểm tiến hóa để giải thích những nội dung trên
Ở bài 33 sinh học 12 cơ bản “Sự phát triển của sinh giới qua các đại địa chất” ở trang 1 2 phần tiến hóa, HS đã được học bảng sự sống trong các đại địa chất.
Bảng 2.1. Các đại địa chất và sinh vật tương ứng Đại Kỷ Đại Kỷ Tuổi (triệu năm) Đặc điểm địa
chất, khí hậu Sinh vật điển hình
Tân sinh Đệ tứ 1,8 Băng hà, khí hậu lạnh khơ xen kẽ những thời kỳ ấm áp biển rút làm xuất hiện các cầu nối giữa các đại lục
Cây có hoa tiếp tục ngự trị, xuất hiện loài người
Đệ tam
65 Các đại lục gần giống hiện nay. Khí hậu đầu kỷ ấm áp, cuối kỷ lạnh
Phát sinh các nhóm linh trưởng. Cây có hoa ngự trị. Phân hố các lớp Thú, Chim, Cơn trùng.
Krêta (phấn trắng)
145 Các đại lục Bắc liên kết với nhau. Biển thu hẹp. Khí hậu khơ và ánh sáng gắt.
Bò sát tiếp tục thống trị Xuất hiện thực vật có hoa. Tiến hố động vật có vú thú có nhau thai xuất hiện cổ sơ là thú có túi. Cuối kỷ tuyệt diệt nhiều lồi sinh vật, kể cả bị sát cổ Trung sinh Jura 200 Hình thành hai đại lục Bắc và Nam. Biển tiến sâu vào đất liền. Khí hậu ấm áp
Cây hạt trần ngự tị. Bò sát cổ