10. Lược sử vấn đề
2.1. Phân tích mục tiêu, cấu trúc nội dung các chương phần Sinh thái học
2.1.1. Mục tiêu
2.1.1.1. Hình thành kiến thức
- Trang bị cho học sinh các kiến thức khái niệm về các cấp độ tổ chức sống trên cơ thể và môi trường cũng như mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường từ đó hình thành nên các quy luật sinh thái cơ bản.
- Trang bị cho học sinh các kiến thức về trạng thái biến đổi và cân bằng của các cấp độ tổ chức sống trên cơ thể cũng như tìm hiểu những nguyên nhân và cơ chế gây ra sự biến đổi và cân bằng của chúng.
- Trang bị cho học sinh các kiến thức ứng dụng: bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ cân bằng sinh thái, ứng dụng trong đời sống sản xuất.
2.1.1.2. Phát triển kỹ năng
- Phát triển năng lực quan sát: Thông qua việc xác lập mối quan hệ giữa sinh vật với từng yếu tố sinh thái mà phát triển khả năng quan sát, nhân biết, nếu được các nhận xét rồi xác lập mối quan hệ.
- Phát triển năng lực phân tích và tổng hợp: sinh thái học là khoa học về mối quan hệ giữa môi trường và các cấp độ tổ chức sống khác nhau. Có nghĩa là phải xét các mối quan hệ với các cấp độ tổ chức sống từ bộ phận đến cái toàn thể, từ cái toàn thể nhỏ đến cái toàn thể lớn hơn. Khi nghiên cứu các bộ phận không chỉ để biết các đặc điểm riêng mà còn tìm ra những đặc điểm chung để hợp thành cái toàn thể, qua đó mà phát triển năng lực tổng hợp. Nhưng khi xét cấp độ tổ chức cao hơn, đồng thời phải nghiên cứu các thành phần cấu tạo nên nó, nếu từng thành phần nhỏ thay đổi, làm cho cấp độ lớn hơn cũng bị thay đổi, đó là phát triển năng lực phân tích.
- Phát triển năng lực khái quát hóa: Khi nghiên cứu mỗi hiện tượng sinh thái, không phải dừng lại ở mức nắm hiện tượng, mà qua một số hiện tượng cùng loại để làm tư liệu dẫn đến kết luận khái quát. Từ những quy luật sinh thái, từ khái niệm cân bằng sinh thái, khái niệm chuỗi thức ăn..., cụ thể hóa bằng những dấu hiệu trong
những điều kiện khác nhau, quá trình vận dụng nguyên lí khái quát vào trong những trường hợp cụ thể sẽ hình thành khả năng cụ thể hóa.
2.1.1.3. Hình thành thái độ và nhân cách cho học sinh
- Hình thành quan điểm hệ thống. Nếu ta coi hệ sinh thái là phân hệ lớn thì quần xã là những phân hệ nhỏ hơn một cấp nữa, xuống tiếp một cấp nữa là quần thể...Như vậy, mỗi yếu tố đều nằm trong hệ thống của nó. Khi xét một vấn đề phải xem nó nằm trong một hệ thống, nếu tách khỏi hệ thống thì nó sẽ biến đổi, không còn như hệ thống của nó. Về cấu trúc, cũng tùy thuộc số lượng và số loại thành phần mà tạo ra các cấp độ tổ chức khác nhau, nghĩa là tạo thành hệ thống lớn hay nhỏ khác nhau.
- Hình thành quan điểm biện chứng: Bất kì một yếu tố nào trong môi trường cũng có mối quan hệ chặt chẽ và đa dạng với những yếu tố khác, nên nghiên cứu hiện tượng nào cũng phải xét nó trong mối quan hệ qua lại với những yếu tố khác, nghĩa là xét mối quan hệ nhiều nhân một quả, do vậy khi một yếu tố trong môi trường thay đổi là cả hệ thống thay đổi.
- Hình thành thái độ, hành vi bảo vệ môi trường: thông qua nguyên lí cân bằng sinh học mà làm cho hệ thống ở trạng thái cân bằng động, nếu thay đổi một yếu tố nào đó, làm cho hệ thống mất cân bằng, trải qua quá trình diễn biến để lập một cân bằng mới, quá trình này có thể dẫn đến hệ quả có lợi cũng có thể gây tác hại lớn. Để đảm bảo hệ cân bằng thì nguyên tắc chung là hệ được tạo nên bởi nhiều thành tố đó là đa dạng sinh học, do vậy cần tạo sự đa dạng sinh học trong hệ sinh thái tự nhiên hay nhân tạo, duy trì các yếu tố cần thiết, để tạo cho hệ vận động phát triển bền vững. Có những hành động tham gia thiết thực vào việc bảo vệ môi trường, chống gây ô nhiễm, đảm bảo chất lượng cuộc sống cộng đồng.
2.1.2. Cấu trúc và nội dung phần Sinh thái học
2.1.2.1. Cấu trúc phần Sinh thái học - Sinh học 12
Phần Sinh thái học gồm có 4 chương: - Chương I: Cơ thể và môi trường. - Chương II: Quần thể sinh vật. - Chương III: Quần xã sinh vật.
- Chương IV: Hệ sinh thái, Sinh quyển và Sinh thái học với quản lí tài nguyên thiên nhiên.
Có thể khái quát cấu trúc nội dung phần Sinh thái học bậc THPT theo sơ đồ sau [5].
Sơ đồ 2.
Sơ đồ 2.1. Logic cấu trúc nội dung chương trình Sinh thái học – THPT
Sơ đồ trên phản ánh tính hệ thống của các cấp độ tổ chức sống, được tổ chức theo nguyên tắc thứ bậc tương quan với nhau. Giữa chúng có mối quan hệ tương hỗ với nhau và với môi trường thể hiện qua các nội dung về kiến thức khái niệm, quá trình và những quy luật sinh thái cơ bản.
2.1.2.2. Nội dung phần Sinh thái học - Sinh học 12
Nội dung phần Sinh thái học được thể hiện qua bảng sau:
Bảng 2.1. Nội dung phần Sinh thái học Tên chương Bài Nội dung cơ bản
Chương I: Cơ thể
và môi trường 47 - 49
- Khái niệm môi trường, các nhân tố sinh thái và quy luật tác động, giới hạn sinh thái, ổ sinh thái. - Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái lên đời sống sinh vật.
Chương II: Quần 51 - 54 - Khái niệm và dấu hiệu bản chất của quần thể sinh Môi trường
Các cấp độ tổ chức sống
Các nhân tố sinh thái
Sinh quyển Quần xã
Quần thể Cá thể
Con người
thể sinh vật
vật.
- Mối quan hệ của các cá thể trong quần thể. - Các đặc trưng cơ bản của quần thể (mật độ, sự phân bố cá thể, tỉ lệ giới tính, nhóm tuổi và kích thước quần thể).
- Các dạng biến động số lượng, nguyên nhân gây ra biến động, cơ chế điều hòa số lượng để trở về trạng thái cân bằng của quần thể sinh vật.
Chương III: Quần
xã sinh vật 55 - 58
- Khái niệm quần xã sinh vật. - Các đặc trưng cơ bản của quần xã.
- Các mối quan hệ của các loài trong quần xã. - Mối quan hệ dinh dưỡng thông qua chuỗi và lưới thức ăn.
- Khái niệm, nguyên nhân dẫn đến diễn thế sinh thái, các dạng diễn thế sinh thái, xu hướng biến đổi chính trong quá trình diễn thế sinh thái để thiết lập trạng thái cân bằng.
Chương IV: Hệ sinh thái, Sinh quyển và Sinh thái học với quản lí tài nguyên thiên
nhiên
60 - 64
- Khái niệm, các thành phần của một hệ sinh thái và cách phân loại các hệ sinh thái.
- Các chu trình sinh - địa – hóa trong hệ sinh thái.
- Sự vận chuyển của dòng năng lượng trong hệ sinh thái. Khái niệm về hiệu suất sinh thái.
- Khái niệm sinh quyển, các khu sinh học. - Tìm hiểu về các dạng tài nguyên thiên nhiên. - Khái quát các hoạt động của con người đến môi trường sống và sinh quyển.
- Các biện pháp cụ thể bảo vệ tài nguyên thiên nhiên, môi trường.
Thành phần kiến thức: Phần sinh thái học – Sinh học 12, THPT bao gồm các thành phần kiến thức quan trọng sau đây:
+ Nhóm khái niệm về các cấp tổ chức sống: quần thể, quần xã, sinh quyển + Nhóm khái niệm về cấu trúc của các cấp tổ chức sống:
* Cấp quần thể: mật độ quần thể, tỉ lệ đực và cái của quần thể, tỉ lệ tuổi của quần thể, sức sinh sản, sức tăng trưởng, phân bố cá thể, phát tán, biến động số lượng, cân bằng, cơ chế điều hòa mật độ...
* Quần xã: quần thể ưu thế, quần thể đặc trưng, độ đa dạng.
+ Nhóm khái niệm về hoạt động chức năng của các cấp tổ chức sống:
* Cân bằng, cơ chế điều hòa mật độ, khống chế sinh học, cân bằng sinh học, diễn thế sinh thái, diễn thế nguyên sinh, diễn thế thứ sinh...
* Hệ sinh thái, chuỗi thức ăn, lưới thức ăn, sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân giải, hình tháp năng lượng, chu trình sinh đại hóa, hiệu suất sinh thái...
+ Nhóm khái niệm về môi trường sống:
* Môi trường, điều kiện sống, nơi sống, sinh cảnh, ổ sinh thái.
* Nhân tố sinh thái, nhân tố vô sinh, nhân tố hữu sinh, nhân tố con người. + Nhóm khái niệm về quan hệ:
* Quan hệ sinh vật với sinh vật, quần tụ cá thể, hỗ trợ, cộng sinh, hợp tác, hội sinh, cạnh tranh, đối địch, kí sinh, ức chế, cảm nhiễm.
* Quan hệ sinh vật với môi trường, giới hạn chịu đựng,...
Kiến thức quy luật:
Các quy luật sinh thái cơ bản: Quy luật giới hạn sinh thái; Quy luật tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái; Quy luật tác động không đồng đều của các nhân tố sinh thái lên chức năng sống của cơ thể; Quy luật tác động qua lại giữa sinh vật với môi trường; Quy luật thể hiện sự thích nghi về mặt hình thái của sinh vật với nhiệt độ môi trường; Quy luật hình tháp sinh thái; Quy luật diễn thế sinh thái; Quy luật chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái; Quy luật cân bằng sinh học; Các chu trình sinh địa hóa.
Kiến thức về phương pháp khoa học:
Quan sát thiên nhiên; Thực nghiệm trong phòng.
Kiến thức ứng dụng:
+ Ứng dụng kiến thức sinh thái để khai thác hợp lí nguồn tài nguyên thiên nhiên và tài nguyên sinh vật.
+ Ứng dụng kiến thức sinh thái để nâng cao năng suất cây trồng và vật nuôi + Xây dựng quy hoạch sinh thái cho mọi chương trình sản xuất và đời sống Như vậy, cấu trúc nội dung chương trình Sinh thái học được xây dựng theo quan điểm tiếp cận hệ thống. Với cách sắp xếp cấu trúc nội dung như trên cho phép thiết kế các bài ôn tập, củng cố theo lôgic hợp lý, đảm bảo sự phát triển hệ thống khái niệm theo lôgic, làm cơ sở phối hợp các bài ôn tập củng cố theo hướng tích cực, giúp cho học sinh nhận thức được các kiến thức khái niệm, quá trình và các quy luật sinh thái. Qua đó, giúp học sinh hiểu rõ hơn về thiên nhiên, vai trò của thiên nhiên để từ đó có các biện pháp bảo vệ môi trường hợp lý.
2.2. Thiết kế bài ôn tập chương phần Sinh thái học.
2.2.1. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong phân tích nội dung ôn tập về các cấp tổchức sống quần thể, quần xã, sinh quyển chức sống quần thể, quần xã, sinh quyển
Tiếp cận HT khi nghiên cứu các cấp độ TCS là cách thức xem xét mỗi cấp độ TCS như là một hệ thống toàn vẹn, được tạo thành do sự tương tác giữa các bộ phận cấu thành với nhau và với môi trường, tạo nên cấu trúc xác định để thực hiện các chức năng sống của hệ như trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường, đặc biệt là khả năng tự điều chỉnh duy trì trạng thái cân bằng động nhờ đó mà tồn tại và phát triển.
Tiếp cận hệ thống để hình thành khái niệm đại cương về các cấp tổ chức sống trên cơ thể chính là vạch ra được các dấu hiệu bản chất của tổ chức sống được thể hiện ở từng cấp độ tổ chức Quần thể, quần xã và sinh quyển. Trên cơ sở đó, chúng tôi xác định được nội hàm của các khái niệm đại cương phức tạp về các cấp độ tổ chức sống trên cơ thể như sau:
2.2.1.1. Nội hàm của khái niệm quần thể
- Thành phần: Tập hợp các cá thể cùng loài.
- Tính xác định về mặt không gian và thời gian: Phân bố trong một vùng địa lý nhất định, vào một thời điểm nhất định.
- Cấu trúc: Các cá thể cùng loài 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. Mối quan hệ này là kết quả của một quá trình lịch sử dưới tác động của chọn lọc tự nhiên tạo nên một tổ chức thống nhất, thiết lập nên các đặc
nhóm tuổi, thành phần kiểu gen...Mỗi cấu trúc có một chức năng xác định (ví dụ: cấu trúc giới tính với chức năng đảm bảo khả năng sinh sản và hiệu quả sinh sản của QT), tương tác với nhau cùng thực hiện các chức năng sống của hệ.
- Chức năng: Cũng như bất kỳ TCS nào, QT thực hiện hoạt động chức năng trao đổi chất và năng lượng với môi trường, sinh trưởng, phát triển và sinh sản, tăng sinh khối, duy trì sự tồn tại và vai trò của mình trong sinh giới. Đặc biệt, QT có khả năng tự điều chỉnh duy trì trạng thái cân bằng động. Các đặc trưng cấu trúc của QT: như mật độ, tỉ lệ đực cái, thành phần nhóm tuổi...có bản chất như là những hằng số sinh học được QT điều chỉnh duy trì sự ổn định của cả hệ thống. Sự tự điều chỉnh của QT có giới hạn nhất định, nếu tác động quá lớn, vượt ra khỏi sức chịu đựng của hệ, QT không thể tự điều chỉnh được và cuối cùng bị suy thoái và diệt vong.
- QT có cấu trúc ổn định tương đối, trao đổi chất, tự điều chỉnh, cân bằng động đảm bảo thích ứng với môi trường. Vì vậy, QT là một hệ toàn vẹn, tồn tại và phát triển tương đối ổn định trong không gian và theo thời gian, có mối quan hệ thứ bậc lệ thuộc với các cấp TCS bên dưới và bên trên nó.
- QT là đơn vị tiến hoá. Mỗi QT có một vốn gen riêng cùng các tần số gen đặc trưng. Trong QT luôn luôn có nguồn biến dị di truyền, phản ánh trạng thái động của QT. Bình thường tần số tương đối của các alen có khuynh hướng duy trì không đổi. Nhưng trong thực tế, quá trình đột biến không ngừng diễn ra, quá trình chọn lọc tự nhiên không ngừng tiếp diễn, làm cho vốn gen và thành phần kiểu gen của QT bị biến đổi. Tuy cách ly một cách tương đối với các QT lân cận nhưng giữa các QT trong loài vẫn có khả năng trao đổi gen. Như vậy, QT có khả năng biến đổi cơ cấu di truyền (tần số alen và tần số kiểu gen) qua các thế hệ.
2.2.1.2. Nội hàm của khái niệm quần xã
- Thành phần: Tổ hợp các QT thuộc các loài khác nhau
- Tính xác định về mặt không gian và thời gian: Phân bố trong một vùng địa lý xác định, vào một thời điểm nhất định.
- Cấu trúc: QX không phải là tổ hợp của các loài bất kỳ. Các QT khác loài trong QX tương tác, gắn bó chặt chẽ với nhau bằng các mối quan hệ sinh học, đặc biệt là quan hệ dinh dưỡng và thích nghi với môi trường sống. Mối quan hệ này là kết quả của một quá trình lịch sử lâu dài, dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, thiết
lập nên các đặc trưng cấu trúc mà cấp độ QT không có như: thành phần loài, độ đa dạng, sự phân bố của các loài trong không gian, quan hệ dinh dưỡng của QX. Mỗi một cấu trúc có chức năng nhất định. Ví dụ: cấu trúc dinh dưỡng của QX thông qua chuỗi và lưới thức ăn có chức năng trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng.
- Chức năng: Cũng như bất kỳ TCS nào, QX thực hiện hoạt động chức năng trao đổi chất và năng lượng với môi trường, sinh trưởng và phát triển. Chu trình tuần hoàn vật chất là biểu hiện của quá trình trao đổi chất và năng lượng giữa QX với sinh cảnh, thông qua quá trình “đồng hoá” - tổng hợp các chất hữu cơ, chủ yếu từ năng lượng mặt trời do các sinh vật (SV) tự dưỡng thực hiện và quá trình “dị