Очень интересной задачей является изучение школьниками поведения различных водных беспозвоночных животных. При организации экскурсий в природу есть возможность познакомить учащих¬ся с внешним обликом того или иного жи¬вотного, способами его передвижения, ес¬тественной средой обитания. Однако осо¬бенности поведения объекта в такой ситуа¬ции изучить трудно. Экскурсия, как извест-но, весьма скоротечна. Кроме того, только что пойманное в водоеме животное, нахо¬дящееся в тесном сосуде, не проявляет все¬го спектра характерных для него поведен¬ческих реакций, да и наблюдать за двига-тельной активностью объекта в таких усло¬виях неудобно. Таким образом, возникает необходимость дополнить экскурсионную работу организацией разнообразных наблю¬дений и опытов над животными в школьном уголке живой природы. В данной части книги рас¬сказывается об организации познаватель¬ной работы школьников по изучению пове¬дения водных беспозвоночных животных.
Содержание деятельности учащихся при этом сводится к следующему:
1. Отлов водных беспозвоночных животных в ближайших водоемах (преимуще¬ственно - стоячих).
2. Определение пойманных животных (до вида или рода).
3. Знакомство с различными методиками наблюдения за поведением животных.
4. Изучение требований, предъявляемых к оформлению исследовательских работ учащихся.
5. Выполнение собственных исследова¬тельских работ по изучению поведения водных животных.
6. Написание итогового отчета, в котором обобщаются и анализируются результа¬ты выполненного исследования.
7. Защита работы на одном из занятий кружка.
Объекты изучения - широко распрост¬раненные виды животных, обнаружение которых не составляет большого труда. При проведении экскурсии на водоем с помощью сачка можно легко отловить мел¬ких и крупных представителей семейства плавунцовых, личинок стрекоз, водных осликов, гладышей, гребляков, водяных клещей, водомерок, пиявок, личинок кома¬ров, разнообразных моллюсков, а также многих других не перечисленных здесь животных. Часто оказываются в сачке и некоторые водные позвоночные: обыкно¬венный тритон в период размножения, либо его личинки; прудовая лягушка, головастики различных видов бесхвостых земноводных, рыбы (ка¬рась, ротан-головешка и другие).
Для определения пойманных на экскур¬сии животных можно рекомендовать сле¬дующие литературные источники: В.П. Гераси¬мов "Беспозвоночные животные, изу¬чение их в школе"; Н.Ф. Золотницкий "Ак-вариум любителя"; М.А. Козлов, И.М. Олигер "Школьный атлас-определитель беспозвоночных"; К. Нидон, И. Петерман, П. Шеффель "Растения и животные. Руко¬водство для натуралиста"; М.Д. Махлин, Л.П. Солоницына "Аквариум в школе''; Б.Е. Рай¬ков, М.Н. Римский-Корсаков "Зоологи¬ческие экскурсии"; Е.М. Хейсин "Краткий определитель пресноводной фауны". В пе¬речисленных выше книгах внимательный читатель найдет много интересной инфор¬мации о биологических особенностях раз¬личных представителей водных беспозво¬ночных животных.
После определения объектов и кратко¬го ознакомления с их внешним обликом и особенностями биологии можно перейти к более детальному изучению их поведе¬ния. Мы предлагаем программу первого (ознакомительного) этапа изучения поведения любого водного беспозвоночного жи¬вотного, находящегося в аквариуме. Про¬грамма представляет собой перечень вопросов, на которые должны ответить уча-щиеся в процессе наблюдения за объектом, и является универсальной.
Программа ознакомительного изучения поведения водного беспозвоночного животного
1. Какова видовая и половая принадлежность объекта исследования?
2. Какие особенности внешнего облика наблюдаемого животного обеспечивают его успешное передвижение в водной среде?
3. Где в основном находится животное в период наблюдения:
• у поверхности воды;
• в толще воды;
• на дне аквариума или вблизи дна?
4. Какие поведенческие реакции харак¬терны для изучаемого животного? В приведенном перечне отметь те из них, которые ты выявил в процессе наблюдения:
• плавание;
• ползание;
• дыхание;
• поведение, связанное с добыванием корма (пре¬следование жертвы, ее захват, затаивание, фильтрующие движения и т.д.);
• поедание пищи;
• агрессивное поведение;
• роющая активность;
• поведение, связанное с размножением;
• строительная активность" (напри¬мер, строительство укрытия).
Опиши подробно, как осуществляются эти реакции.
5. Пребывало ли животное в состоянии неподвижности? Если да, то каково при этом было положение его тела в простран¬стве? Где находилось животное в период неподвижности, на чем фиксировалось?
6. Где в основном проявлялись живот¬ным разные поведенческие реакции в пе¬риод наблюдения:
• на дне водоема;
• в толще воды;
• у поверхности пленки;
• на водном растении;
• на стенке аквариума?
7. Какие движения совершает животное в процессе плавания:
• резкие изгибы тела;
• в волнообразные движения всем телом;
• гребки конечностями (какими именно);
• реактивный способ движения (выбра¬сывание струи воды из кишечника);
• движения иного типа (какого именно);
• собственные движения не соверша¬ются, тело перемещается с током воды?
8. Какие движения совершает животное при перемещении по дну:
• ползает с помощью изгибов тела;
• перемещается с помощью конечностей;
• совершает движения иного типа (ка¬кого именно)?
9. Является ли наблюдаемое животное:
• очень подвижным;
• достаточно подвижным;
• малоподвижным;
• практически неподвижным?
10. Как осуществляется животным про¬цесс дыхания?
• Из какой среды извлекается кислород (водная, воздушная)?
• Какие органы участвуют в процессе дыхания (дыхательные трубки, жабры, лег¬кие и т.д.)?
• По каким признакам можно заметить у животного процесс дыхания? (Подъемы к поверхности воды для захвата воздуха, жи¬вотное выставляет к поверхности дыхатель¬ную трубку, взмахивают жабрами и т.д.)
• Дыхательные движения осуществля¬ются постоянно или периодически?
11. Наблюдается ли агрессивное поведе¬ние животного по отношению к особям своего биологического вида? Если да, то как оно проявляется.
• На кого направлена агрессия (взрослые самцы, взрослые самки, молодые особи)?
• Постоянно, часто или редко осуще¬ствляются агрессивные действия?
• Как ведет себя агрессивное животное, какие органы использует при нападении?
• Каковы результаты агрессивных дей¬ствий объекта?
12. Как осуществляется животным добы¬вание корма и как ведет себя объект исследования в про¬цессе питания?
• В чем проявляется активность живот¬ного, связанная с поиском кормовых объ¬ектов?
• Что именно воспринимается живот¬ным как возможный объект питания? Про¬веди необходимый эксперимент.
• Наблюдаемое животное можно отне¬сти к растительноядным, всеядным или хищникам? На основании чего можно сде¬лать этот вывод?
• Как осуществляется захват пищи? Используются ли особые приемы охоты?
• Каковы особенности поглощения пищи у данного животного (она пережевывается, про¬глатывается целиком, высасывается)?
• Долго ли осуществляется процесс пи¬тания, от чего это зависит?
• Что остается от кормового объекта после окончания питания?
13. Наблюдается ли поведение объекта, связанное с его размножением? В чем оно проявляется?
• Осуществлялось ли "ухаживание" сам¬ца за самкой в период наблюдения? Какие движения им при этом совершались?
• Наблюдался ли процесс спаривания у животных?
• Куда и на что откладывались яйца или икринки?
• Проявлялась ли самкой и самцом за¬бота об отложенных яйцах или икринках? Какая именно?
Разработанная нами универсальная программа изучения поведения любого водного беспозвоночного животного может быть дополнена инструкциями для школьников по изучению ими представителя конкретного вида беспозвоночного (с учётом его видовой специфики). Ниже приводятся примеры таких инструкций. Отметим, что они или им подобные могут с успехом использоваться педагогом не только во внеклассной работе, но и при организации лабораторных работ на уроках биологии.
Инструкция для школьника по ознакомительному изучению
большой ложноконской пиявки
Внимательно рассмотрите пиявку, обратите внимание на её внешний облик. Дайте ответы на вопросы.
1. Какова форма тела у этого животного?
2. Какова окраска тела пиявки и как это можно объяснить?
3. Где расположены две присоски на теле пиявки?
4. Понаблюдайте за перемещением пиявки в аквариуме. Обратите внимание на движения, которые она при этом совершает. Дайте ответы на вопросы: может ли тело пиявки укорачиваться и удлиняться при передвижении? Какие мышцы при этом работают? Способна ли пиявка изгибать свое тело в разные стороны? Какие мышцы при этом работают? Способна ли пиявка активно плавать? Если да, то какие движения она при этом совершает? Какова биологическая роль различных движений, совершаемых пиявкой? Какие способы передвижения (кроме плавания) характерны для пиявки?
5. Осторожно дотроньтесь до тела пиявки стеклянной палочкой или пинцетом. Обратите внимание на реакцию животного. Дайте ответы на вопросы: Каким образом отвечает пиявка на раздражение? Помогает ли такая реакция пиявке избежать опасности? Почему? Можно ли реакцию пиявки на прикосновение назвать рефлексом? Почему?
6. Возьмите пинцетом маленький кусочек мяса и поднесите его к переднему концу тела пиявки, находящейся в воде. Проследите за питанием животного. Дайте ответы на вопросы: Сразу ли пиявка приступила к питанию? Производит ли пиявка предварительное размельчение пищи, или заглатывает её целиком? Как это можно объяснить? Может ли пиявка и в природе питаться не только кровью животных?
Какова может быть биологическая роль пиявок в природном водоеме? У
Далее, с целью более углубленного изу¬чения поведения водных животных, мы предлагаем школьникам во внеурочное время выполнить иссле¬довательскую работу по одной из предло¬женных ниже тем:
1. Двигательная активность моллюсков различных видов.
2. Видовые различия в поведении личи¬нок жуков семейства плавунцовых.
3. Сравнительная характеристика двига¬тельной активности различных видов вод¬ных клопов (гребляка, плавта, гладыша).
4. Поведение взрослых особей жуков семейства плавунцовых (гребца, тинника, полоскуна) в условиях школьного ак¬вариума.
5. Приуроченность к различным слоям воды в аквариуме у водных клещей и дафний.
6. Поведение большой ложноконской пиявки до и после кормления.
7. Влияние температурного фактора на дыхательную активность водных беспозво¬ночных животных (жуков, клопов, легоч¬ных брюхоногих моллюсков).
8. Отношение донных беспозвоночных животных (водяных осликов, червей, мол¬люсков) к степени освещенности грунта.
9. Влияние искусственной аэрации воды на дыхательную активность водных беспо¬звоночных.
Исследовательская деятельность школьников при работе над избранной темой прово¬дится по следующему плану:
1.Формулирование цели исследования и его задач.
2.Формулирование научной гипотезы (в случае, если работа носит эксперименталь¬ный характер).
3.Планирование исследования и разра¬ботка его методики.
4.Выполнение практической части ра¬боты, фиксация результатов.
5.Обработка, оформление и анализ (ис¬толкование) полученных качественных и количественных результатов.
6.Формулирование выводов.
7.Написание итогового отчета о проде¬ланной работе, его защита на кружковом занятии.
8.Подготовка работы к защите на олим¬пиаде, конференции учащихся, выпускном или переводном экзамене.
Выполнение исследований по указанным выше темам тесно связано с использованием конкретных методик на¬блюдений за водными животными. Приве¬дем некоторые примеры таких методик, акцентируя внимание на способах регистра¬ции количественных результатов работы.
Инструкция для школьника по углубленному изучению поведения большой ложноконской пиявки
Цель работы: изучить особенности поведения и выяснить преимущественные виды активности большой ложноконской пиявки при содержании её в аквариуме.
Ход работы:
1. Пронаблюдайте несколько минут за пиявкой и выделите в поведении животного следующие виды активности: неподвижность, ползанье, плавание, поиск опоры. Под «поиском опоры» понимается такое поведение пиявки, при котором она поднимает передний конец своего тела и многократно изгибает его в разные стороны.
2. Понаблюдайте за пиявкой и устно ответьте на вопрос: может ли это животное находиться на дне водоема, на стекле аквариума под водой, на водных растениях, в толще воды, у поверхности воды, на стекле аквариума над водой?
3. Начертите в дневнике наблюдения таблицу и заполните её. Таким образом вы опишите условия, в которых проводится наблюдение. Необходимые измерения проведите, используя линейку и термометр. Далее указаны названия граф таблицы. Дата и время наблюдения. Состояние погоды. Температура воды. Размеры дна аквариума. Уровень воды. Характер освещения. Наличие грунта и растений.
4. Начертите в дневнике наблюдения таблицу и заполните её, описав таким образом объект вашего исследования. Далее указаны названия граф таблицы.
Видовая принадлежность животного. Окраска тела. Максимальная длина тела в мм. (приблизительно). Сроки и место отлова животного. Дата и время последнего кормления животного
5. Начертите на развороте двух страниц в дневнике наблюдения таблицу, записав по горизонтали элементы поведения животного, а по вертикали – места, где могут проявляться эти виды активности (т.е. – где находится животное в момент регистрации результатов исследования). Далее указаны элементы поведения объекта.
Неподвиж-ность. Поиск опоры. Ползание. Плавание. Далее указаны места, где может находиться животное. На дне аквариума. На водных растениях. На стенке аквариума под водой. У поверхности воды. На стекле аквариума над водой.
6. Наблюдение проводите следующим образом. Имея часы с секундной стрелкой или секундомер, через каждые 15 секунд отмечайте крестиком в соответствующей графе таблицы тот вид активности, который проявляет животное, а также – место, где находится пиявка. Наблюдение проводите 30 минут. После его окончания вы получите 120 отметок (крестиков), которые будут распределены в разных ячейках таблицы.
7. Подсчитайте, сколько крестиков находится в каждой клеточке таблицы. Подсчитайте и обозначьте общее число крестиков в каждой графе (по горизонтали и по вертикали).
8. Основываясь на полученных результатах, постарайтесь в устной форме ответить на следующие вопросы:
а. Где чаще регистрировалось пребывание пиявки: в воде или над её поверхностью? Какой вывод можно сделать на основании этого наблюдения?
б. На чем чаще всего регистрировалось пребывание животного, находящегося в воде. Как это можно объяснить?
в. Какие виды активности (ползание, плавание и т.д.) преобладают в поведении животного? Как это можно объяснить?
г. Какие виды активности наиболее характерны для поведения пиявки на дне аквариума: ползание, пребывание в неподвижности, или поиск опоры? Как это можно объяснить?
д. Можно ли поведение пиявки назвать сложным и многообразным (по сравнению с поведением других беспозвоночных животных)?
е. Можно ли безоговорочно утверждать, что любая пиявка будет вести себя таким же образом, как и та, за которой вы наблюдал? Почему вы так думаете?
9. Представьте полученные вами количественные результаты исследования в виде диаграммы.
Методику организации исследовательской деятельности школьников рассмотрим далее на примере сравнительного изучения поведения взрослых особей жуков плавунца и водолюба, содержащихся в аквариуме.
Работа школьников начинается с описания условий, в которых находятся объекты наблюдения. При характеристике условий учащиеся описывают состояние погоды, измеряют температуру и уровень воды, размеры дна аквариума, отмечают факт наличия или отсутствия грунта и водных растений, указывают на наличие или отсутствие искусственного освещения и искусственной аэрации, отмечают их режим. Данную информацию удобно занести в графы специальной таблицы, уже знакомой учащимся ранее по наблюдению за поведением пиявки и других водных животных.
Давая характеристику объекту исследования, школьники также пользуются уже знакомой им по наблюдению за пиявкой таблицей, отмечают в ней размеры тела жуков, их половую принадлежность, сроки и место их отлова, иные характеристики.
Затем юному исследователю рекомендуется понаблюдать за поведением плавунца и водолюба, выделить самостоятельно характерные для них элементы поведения (поведенческие реакции); выяснить, где они проявляются. Далее учащиеся (совместно с педагогом) составляют таблицу, предназначенную для регистрации количественных результатов наблюдения, в которой через каждые 15 секунд рекомендуется крестиком отмечать соответствующий данному моменту наблюдения вид активности животного, а также – место его проявления. Данный способ регистрации результатов уже мог быть освоен школьниками при проведении наблюдения за поведением большой ложноконской пиявки и нуждается лишь в незначительном изменении, которое вносится исследователем самостоятельно. Таблица готовится в двух экземплярах, отдельно для плавунца и водолюба.
При изучении большого водолюба в графы таблицы вносят следующие названия элементов поведения: неподвижность, плавание, ползание, чистка тела и конечностей Указывают также следующие места проявления элементов поведения: дно, толща воды, поверхностная плёнка, водное растение.
Для организации более целенаправленной работы по анализу полученных результатов нужно предложить школьникам специальную подборку вопросов, на которые необходимо ответить после выполнения нескольких повторных наблюдений за поведением плавунца и водолюба.
Вопросы для школьников к теме исследовательской работы «Сравнительная характеристика поведения большого водолюба и плавунца окаймлённого»:
1. В каких слоях воды (у поверхностной плёнки, в толще воды, вблизи дна аквариума) предпочитают находиться жук- плавунец и жук-водолюб? Как это можно объяснить?
2. Где можно чаще всего наблюдать пребывающего в неподвижности жука: на водном растении, на дне водоёма, у поверхности воды? Как это можно объяснить?
3. Могут ли жуки того и другого вида без движения находиться в толще воды, если они не закрепились конечностями на водном растении? Почему?
4. Что преобладает в поведении жуков: неподвижность или активное перемещение? Как это можно объяснить?
5. Из каких видов активности складывается поведение жука-плавунца и жука-водолюба? Какие виды активности проявляются наиболее часто у каждого из этих жуков? Как это можно объяснить?
6. Какие виды активности встречаются в поведении жука-водолюба, но не проявляются в поведении жука-плавунца, и наоборот? Как можно объяснить эти отличия в поведении?
7. В каком слое воды (верхнем, среднем, нижнем) наиболее часто проявляется каждый конкретный вид активности у жуков разных видов? Как это можно объяснить?
8. Каковы основные черты различия в поведении плавунца и водолюба?
9. Как можно объяснить наличие сходных черт в поведении водолюба и плавунца?
10. Как можно объяснить наличие черт различия в поведении водолюба и плавунца?
11. Как может измениться поведение жуков при повышении температуры воды или увеличении промежутков времени между кормлениями этих животных? Почему вы так думаете?
Формулируя предположительные ответы на некоторые из этих вопросов, учащийся заранее, ещё перед началом наблюдения, прогнозирует ожидаемые результаты, обосновывая свой прогноз имеющимся у него знаниями по биологии и другим наукам, а также – опираясь на предварительный личный опыт исследователя.
Таким образом можно научить школьника формулировать научно обоснованные гипотезы о возможных результатах экспериментального исследования по изучению поведения живых зоологических объектов. Уже сам этот процесс значительно активизирует мышление учащегося, способствует возникновению интереса, являющегося важным мотивом познавательной деятельности. Как следствие - закономерно увеличивается степень самостоятельности юного исследователя при подготовке к наблюдению, его проведении, анализе полученных результатов. В дальнейшем школьники смогут самостоятельно выполнять исследовательские действия по краткой инструкции (или перечню конкретных вопросов для изучения), вести частично-самостоятельный поиск решения проблемы исследовательского характера.
Творческий уровень познавательной самостоятельности школьников предполагает составление ими плана изучения объекта, разработку методики наблюдения без помощи педагога, самостоятельный поиск оригинальных решений проблемы исследовательского характера, самостоятельное выполнение практической части исследования. При этом деятельность преподавателя преимущественно сводится лишь к небольшой консультационной помощи, эпизодически оказываемой юному исследователю (например, в формулировании цели работы, при обсуждении полученных результатов и т.д.)
Аналогичным образом может быть организовано изучение школьниками поведения личинки жука-плавунца. Полученные результаты целесообразно рассматривать в сравнении с поведением взрослой особи того же самого вида.
При изучении поведения личинки жука-плавунца можно использовать таблицу. Регистрация результатов, как и в предыдущих случаях, производится следующим образом: через каждые 15 с уча¬щийся крестиком (или точкой) отмечает в соответствующей клеточке таблицы эле¬мент поведения, характерный для наблю¬даемого животного в данный момент (а также - место, где объект в это время на¬ходится). Длительность одного наблюде¬ния может составлять 15 мин.
После окончания наблюдения подсчитывается число регистрации каждого из видов активности, с учетом места, где эта активность проявлялась. Количество реги¬страции объекта в состоянии активности сравнивается с числом регистрации живот¬ного в состоянии неподвижности. Выявля¬ются доминирующие в поведении элемен¬ты, а также места наиболее обычного пребывания объекта исследования в аквариу¬ме.
В графы таблицы вносятся следующие элементы поведения личинки жука-плавунца: неподвижность, плавает с помощью ног, плавает с помощью резких изгибов тела, ползает. Записываются следующие возможные места нахождения животного: дно аквариума, толща воды, поверхностная пленка, водные растения.
Подробный анализ ре¬зультатов большого числа повторных наблюдений позволяет выразить поведение животного в точных количественных вели¬чинах и сделать предварительный вывод об особенностях и закономерностях его двигательной активности. Например, своевременно выявлен¬ное наблюдателем увеличение продолжи¬тельности плавания личинки жука с помо¬щью резких изгибов тела (а не с помощью ног) указывает на готовность животного к переходу в состояние куколки. Этот про¬цесс происходит на суше, во влажной поч¬ве и требует от юнната создания для жи¬вотного новых условий содержания (или возвращения его в природные условия). В результате длительных, многократно повторяющихся наблюдений можно выявить различия двигательной активности личин¬ки и взрослой формы жука-плавунца.
В качестве следующего примера организации исследовательской деятельности школьников по зоологии рассмотрим изучение реакции мелкого ракообразного – водяного ослика – на свет. Перед началом наблюдения половину площади дна стеклянного сосуда затеняют с помощью закреплённого снаружи картона или чёрной бумаги. Устанавливается верхнее освещение. Экспериментальный аквариум должен быть широким, но невысоким. Иначе качественно затенить одну из его половин будет затруднительно.
Для регистрации количественных результатов используется специальная таблица. Далее указываются названия её граф. Дата, время начала и окончания наблюдения. Число рачков в аквариуме. Интервал времени между моментами регистрации результатов. Количество животных, находящихся в освещенной части аквариума. Количество животных, находящихся в затененной части аквариума.
В процессе работы с таблицей юные исследователи через каждые 5 минут отмечают, сколько изучаемых животных находится в освещённой части аквариума, а сколько – в затенённой. Наблюдение должно быть продолжительным.
После окончания наблюдения подсчи¬тывают средние показатели, характеризу¬ющие частоту пребывания водяных осли¬ков в освещенной и затененной половинах аквариума. При проведении повторных наблюдений необходимо создать те же ус¬ловия содержания объектов, что и в пре-дыдущих случаях. Иначе неучтенные фак¬торы среды могут изменить традиционное поведение животных и привести исследо¬вателя к неверным умозаключениям.
Необходимо отметить, что для организации исследовательской работы школьников по изучению поведения вод¬ных беспозвоночных животных не требует¬ся дорогостоящего оборудования или иных финансовых вложений. Объекты исследова¬ния нет нужды приобретать в зоомагазине. Они могут быть отловлены в ближайшем пруду, а после окончания наблюдений или опытов - выпущены в тот же самый водо¬ем. Следовательно, не будет нанесено ника¬кого вреда природе. Все приведенные в ста¬тье методические разработки вполне до¬ступны для учащихся 7 – 8 классов (при дифференцированной консультативной помощи со стороны учителя биологии). Педагогический же эффект правильно ор¬ганизованной исследовательской деятель¬ности по изучению поведения водных беспозвоночных животных, как показывает наш личный опыт, весьма велик.
Наблюдения учащихся за водными животными могут быть продолжены в условиях школьного или домашнего уголка живой природы. Объектами таких исследований могут стать позвоночные, живущие в водной среде.