Методика преподавания темы “Внутреннее строение стебля в курсе ботаники средней школы”

1. Методика преподавания темы “Внутреннее строение стебля в курсе ботаники средней школы”

Ко времени изучения внутреннего строения стебля учащиеся уже имеют представление о строении и функциях таких органов растения как корень и лист.

Учащиеся знакомы с понятием “ткань” и знают основные ткани корня и листа. Эти знания при грамотном построении учебного процесса уже позволят учащимся делать выводы о связи строения отдельных тканей и органов с их функциями. Принцип взаимосвязи строения и функции, по примеру многих методистов и учителей положен нами в основу изучения внутреннего строения стебля, тем более, что функции стебля уже разбираются на предыдущем уроке.

По распространенной в различных пособиях (Кузнецова, 1991; Калинова, Мягкова, 1989 и др.) схеме данная тема разбивается на три часа:

Во время первого урока изучается общий план строения стебля (на примере 1 - 2 летних древесных побегов), на втором уроке рассматривается микроскопическое строение стебля и на третьем - рост стебля в толщину. Учитывая опыт преподавателей, составлявших данные пособия, мы не будем оспаривать правильность такой схемы. Однако сейчас во многих школах количество часов на биологию и, в частности, на ботанику, сокращается. В таких условиях три часа становятся уже непозволительной роскошью. Кроме того, для хорошо подготовленных учащихся уроки при таком разделении темы содержат недостаточное количество информации.

Исходя из этого, мы попытались разработать методику данной темы в расчете на два часа. Мы обратили внимание еще на один недостаток, присутствующий как правило в методических пособиях и в работе некоторых учителей. Он заключается в том, что внутреннее строение стебля рассматривается исключительно на примере древесных растений. По нашему мнению, это дает неполное и однобокое представление о внутреннем строении растений. Мы считаем, что следует провести сравнение травянистого и древесного типов стеблей.

Тему мы разделили следующим образом. На первом уроке на примере древесного растения дети знакомятся с основными понятиями анатомии стебля. Древесный тип стебля выбран нами (по примеру различных авторов: Кузнецова, 1991; Калинова, Мягкова, 1989; Корчагина, Белов, 1974) потому, что в нем наиболее ярко выражены основные черты анатомии стебля. На втором уроке сравниваются стебли травянистых и древесных растений, говорится о единстве проводящей системы стебля и листьев, и изучается рост стебля в толщину. Может возникнуть вопрос: почему бы не провести сравнительный анализ древесного и травянистого стеблей на первом уроке? При изучении данной темы учащиеся встречаются с несколькими новыми анатомическими понятиями, которые им трудно будет выделить и понять среди большого обилия фактов. Кроме того, некоторый опыт преподавания биологии в 6 - 7 классах говорит о том, что дети в этом возрасте воспринимают информацию в довольно ограниченном объеме и в случае перегрузки часть информации была бы просто не воспринята.

Ниже приводятся краткие описания уроков.

Урок 1. Внутреннее строение древесного стебля.

Урок начинается с повторения материала по строению и функциям корня и листа. Повторение лучше всего проводить в форме фронтального опроса, т. к. он дает возможность закрепить пройденный материал и обеспечивает хорошую концентрацию внимания. Вопросы желательно составлять на основе принципа взаимосвязи строения и функции. Например:

1. Назовите основные функции корня?

2. Какая ткань необходима корню для поглощения веществ из почвы? Что достигает растение, образуя большое количество корневых волосков, в связи с поглощением ими из почвы воды и минеральных веществ?

3. За счет какой ткани корень удерживает растение в почве?

4. Какая структура корня позволяет ему внедряться в плотные слои и как она устроена? (И т. д.)

Аналогично прорабатывается материал по листу. Учащиеся должны обратить внимание на пластинчатую форму листа, на устьичный аппарат и прозрачность эпидермы, на строение листа мезофилла. На опрос отводится не более 8 - 10 мин.

Затем учитель задает вопросы по функциям стебля. Например:

- перечислите основные функции стебля?

- какая из них, на ваш взгляд, является основной?

Отвечая на последний вопрос, учащиеся придут к выводу, что все функции стебля являются жизненно важными для растения.

Учитель ставит проблемный вопрос: какие особенности внутреннего строения стебля помогают ему выполнять эти функции?

При объяснении учитель использует имеющиеся таблицы и картинки учебника.

Кроме того, перед уроком, в расчете на каждого учащегося, раздаются двух-трехсантиметровые кусочки веток. На них учащиеся могут более наглядно ознакомиться с макроскопическим строением стебля.

Свой рассказ о строении стебля учитель строит, рассматривая ту или иную ее функцию. Во первых, защитная функция. Здесь следует уточнить, что именно опасно для растения. Главным образом, это потеря воды, микроорганизмы и резкое понижение температуры. Для защиты от этих факторов стебель имеет снаружи плотные покровные ткани: кожицу у молодых и пробку у более старых. Кожица имеет такое же строение, как у листьев. Пробка состоит из нескольких слоев мертвых клеток, имеющих плотные оболочки. Чем старше дерево, тем больше образуется слоев пробковых клеток. Оболочки этих клеток не пропускают воду и содержат вещество, убивающее болезнетворные микроорганизмы. Воздух, который содержится внутри мертвых клеток пробки, создает прослойку, смягчающую резкие перепады температур. Ткани, лежащие под покровными тканями, должны получать кислород и выводить углекислый газ. Для этого в кожице есть устьица, а в пробке особые образования - чечевички (более рыхлые участки пробки, через которые осуществляется газообмен и испарение воды).

Учащиеся должны отделить от имеющейся у них побегов наружный слой, попробовать его изогнуть, сломать, растянуть. Учитель отмечает, что большая прочность покровной ткани обусловлена очень тесным соединением клеток между собой. Здесь можно объяснить, почему поверхность деревьев покрыта трещинами - при росте дерева в толщину на поверхностных слоях создается давление, которое приводит к разрыву этих слоев и образованию трещин. Мертвые клетки пробки не могут делится, чтобы их заполнить.

Во-вторых, проводящая функция. Учитель говорит, что часть веществ по стеблю направляется из листьев в корень, а часть наоборот, из корня в крону. Значит, в стебле должны быть и сосуды, и ситовидные трубки. Слой, в котором расположены ситовидные трубки, называется луб. Он расположен во внутренней части коры. Учащиеся должны определить местонахождение луба на поперечном срезе побега. Слой, в котором расположены сосуды, называется древесина. Она расположена изнутри по отношению к лубу. Если учащиеся плохо усвоили разницу между ситовидной трубкой и сосудом, можно акцентировать их внимание на сравнении их строения. Например, с помощью рисунка:

Это камбий. Его клетки делятся в двух направлениях. Во внешнюю сторону они образуют клетки луба, во внутреннюю - древесины. Причем последних образуется в несколько раз больше. Поэтому древесина обычно имеет больший объем, чем луб, что отмечается учащимися на поперечном срезе побега.

В третьих, опорная функция. Стебель должен поддерживать всю массу веток и листьев, не ломаться под сильным ветром. Для этого стебель имеет большое количество механических тканей. Механическую функцию у растений выполняют волокна. Волокно - это сильно вытянутая мертвая клетка с очень толстой оболочкой. Часть расположена в древесине - древесные волокна. Часть волокон в лубе - лубяные волокна. Кроме волокон механическую функцию выполняют сосуды. Как выяснили ученые, воду и минеральные вещества проводят только молодые сосуды, находящиеся вблизи камбия. Основная масса древесины выполняет механическую функцию.

В четвертых, в стебле откладываются запасные вещества (запасающая функция). Запасающие клетки у многих деревьев находятся в основном в сердцевине. Учащиеся должны лезвием разделить имеющиеся у них побеги пополам, отделить сердцевину и отметить ее мягкость и рыхлость. Кроме сердцевины, запасающие клетки находятся в лубе, древесине и наружном слое коры (который находится между пробкой и лубом). В конце объяснения следует подытожить: стебель имеет следующие основные части - кожица или пробка; кора, состоящая из внешней части и луба; камбий, древесина и сердцевина. В состав луба входят ситовидные трубки, клетки спутницы, лубяные волокна и запасающие клетки. В состав древесины - сосуды, древесные волокна и также запасающие клетки. На объяснение отводится примерно двадцать минут. Затем учащимся дается задание - рассмотреть поперечный срез стебля (готовый препарат ветки липы) под микроскопом. Они должны найти основные части стебля. Некоторые авторы (Кузнецова, 1985, 1991) при работе с микроскопом дают задание зарисовать часть среза в тетради. Учитывая небольшое количество микроскопов в школах и нехватку времени на уроке, мы ограничиваемся рассматриванием препаратов. В оставшееся время учитель объясняет домашнее задание. Т. к. природный материал по данной теме легко доступен (ветви деревьев), можно этим воспользоваться для изготовления наглядных пособий. Как уже указывалось, в расчете на каждого учащегося раздаются кусочки веток деревьев в конце урока. Дается задание прикрепить расчлененные части побега на картон и подробно написать о строении и функциях каждой ткани. Также нужно будет на клеточном уровне нарисовать участок поперечного сечения стебля. Чтобы стимулировать работу, можно объявить конкурс лучших работ. Обязательно следует отметить, что для работы ни в коем случае нельзя ломать ветви живых деревьев. Лучше всего учителю изготовить материал самому.

Урок 2. Сравнение внутреннего строения древесного и

травянистого стеблей. Рост стебля в толщину.

В начале проводится контроль знаний, полученных на прошлом уроке. При этом можно использовать следующие варианты:

1. Рассказ у доски по таблице.

2. Рисунок поперечного среза на доске.

3. Составление схемы на фланелеграфе.

4. Фронтальный опрос.

Работу по карточкам в данном случае лучше не использовать, т. к. учитель не сможет быстро понять, насколько хорошо класс усвоил новую тему. Карточки можно предложить только сильным ученикам. Можно провести небольшой тест. Например:

1. Из чего состоит древесина?

а) Из сосудов

б) Из ситовидных трубок

в) Из волокон

г) Из сосудов и волокон

2. Из чего состоит луб? (Аналогично)

3. Какие элементы из перечисленных состоят из живых клеток?

а) Сосуды

б) Ситовидные трубки

в) Волокна

г) Пробка

4. где находится камбий?

а) Между древесиной и лубом

б) Между лубом и корой

в) В сердцевине

5. Какие клетки осуществляют механические функции в стебле?

а) Волокна луба

б) Волокна древесины

в) Камбий

г) Сердцевина

И так далее.

Перед началом объяснения учитель задает проблемный вопрос: как вы думаете, насколько отличаются по внутреннему строению стебли древесины и травянистых растений?

Для объяснения потребуются крупные таблицы с разрезами стеблей. Желательно, чтобы были представлены примеры травянистых растений как с циклическим, так и с пучковым строением стели. Для большей наглядности можно использовать комнатные растения и заранее заготовленные побеги деревьев.

В первую очередь внимание учащихся обращается на то, что травянистые стебли выполняют те же функции, что и древесные. Следовательно, они будут обладать сходным строением. Но в то же время древесные и травянистые растения существенно различаются. Древесные стебли несут большую массу веток, листьев и живут неопределенно долгое время. Травянистые стебли наоборот, имеют немного боковых побегов и существуют в основном только в теплое время года. Как это сказывается на внутреннем строении? Некоторые функции у древесных стеблей усилены. Древесные стебли должны быть толстыми и прочными, обладать большой массой проводящих и механических тканей, чтобы питать и поддерживать всю массу кроны. За счет чего образуются эти ткани? За счет работы камбия. Т. о., у всех древесных растений хорошо выражен и активен камбий. У травянистых растений камбий выражен далеко не у всех, или работает не долго, пока живет стебель, так что он не успевает образовать большой массы проводящих тканей.

Далее, древесным стеблям приходится зимовать, поэтому они должны защищать себя от низких температур и потери воды. В связи с этим у них образовалась мощная покровная ткань - пробка, состоящая из укрепленных оболочек мертвых клеток. Перед травянистыми растениями такая проблема не стоит, поэтому их стебли (так же, как и листья), покрыты эпидермисом. А так как эпидермис тонок и прозрачен, то клетки под ним имеют возможность осуществлять фотосинтез и содержат пластиды. Поэтому травянистые стебли, за редким исключением, зеленого цвета. Нужно отметить, что все молодые древесные побеги имеют черты строения травянистых растений.

Можно привести несколько примеров, свидетельствующих о том, что принципиальные отличия между ними возникают благодаря более длительной работе камбия у деревьев. У некоторых видов травянистых растений ученые искусственно продлевали жизнь стебля и работу камбия. В результате стебель приобретает черты строения древесного типа. Подсолнечники, выросшие в хороших условиях на Кавказе, имеют древесную структуру стебля. Многие виды, родственные нашим травянистым растениям, в тропиках - типичные деревья (фиалки, крестовники). Ученые считают, что травянистые растения произошли от древесных. Объяснение данного материала должно занять 15 минут.

Затем учитель переходит к следующему вопросу. Мы считаем, что при объяснении внутреннего строения стебля надо обязательно коснуться материала о связи проводящих систем листьев и стебля. Лишние подробности лучше не вводить, стоит ограничится информацией о том, что проводящие пучки листа в области узла встраиваются в состав проводящей ткани стебля и направляются вниз, в корень. Это говорит о целостности проводящей системы всего растения.

Оставшееся время отводится на изучение роста стебля в толщину. школьники должны вспомнить, как стебель растет в длину, где находится точка роста, как человек умеет управлять ростом стебля в высоту. Затем учитель задает вопрос о строении и работе камбия (материал прошлого урока).

Далее учитель рассказывает о влиянии на работу камбия окружающих условий. После этого учащимся дается задание: по имеющимся на столах спилам деревьев определить возраст деревьев и условия их произрастания. Для возможного контроля за работой учащихся спилы следует заранее пронумеровать. В завершении учитель говорит о том, что по годичным кольцам можно составить своеобразную “летопись” о деревьях и кустарниках, поэтому деревья-долгожители следует строго охранять. В нашей стране такие деревья взяты на учет и охрану государства.

На дом дается задание заполнить таблицу:

Внекласное занятие по нодальной анатомии.

Помимо изучения школьной темы анатомия стебля мы предлагаем вариант внеклассного занятия по нодальной анатомии.

Понятие и вопросы нодальной анатомии, в следствие своей сложности, не включаются в школьный курс ботаники. Однако нодальная анатомия содержит интересный материал и позволяет наглядно показать учащимся единство тканей стебля и листьев. Мы считаем, что занятие по нодальной анатомии следует включить в программу факультативного или внекласного занятия. Причем в качестве исследуемого материала можно использовать один из видов колокольчиков, т. к. колокольчики имеют циклическое строение стели с вторичным утолщением. Это сходно со строением древесных стеблей, которые учащиеся подробно изучают на уроках.

Перед занятием, в расчете на каждого человека, раздаются побеги растения, лезвия, кусочки пенопласта, предметные и покровные стекла, реактивы (флюроглюцин и HCL). В начале занятия проводится краткая вступительная беседа с учениками. В ходе беседы встречаются новые для учащихся термины, которые необходимо объяснить и даже записать в биологический словарик школьника.

Учитель говорит, что нодальная анатомия - это наука, изучающая строение узлов у различных растений. Структура узла у сходных растений так же сходна и не меняется в различных окружающих условиях. Поэтому данные нодальной анатомии используются в систематике, в определении растений и установлении их исторического развития. Далее обсуждается строение узла. В каждом узле в стебель внедряется лист и его проводящие пучки. В нодальной анатомии проводящие пучки (сосуды и ситовидные трубки) листа, входящих в стебель, называются листовыми следами. У многих растений в стебле сосуды и ситовидные трубки так же расположены отдельными пучками. В этом случае листовые следы просто встраиваются между ними и направляются вниз, в корень. У других растений дело обстоит сложнее - у них сосуды и ситовидные трубки расположены непрерывными слоями. В этих слоях при приближении листового следа сосуды и ситовидные трубки расходятся, образуя прорыв или лакуну. В эту лакуну встраивается листовой пучок. При объяснении необходимо пользоваться заранее подготовленной таблицей.

Затем учитель подробно объясняет методику проведения работы. Целесообразно приготовить инструктивные карточки:

1. Участок побега, примерно на том уровне, где вы собираетесь делать срезы, поместите между двумя одинаковыми кусочками пенопласта и возьмите в одну руку.

2. Другой рукой, лезвием, движением на себя сделать тонкий срез, начиная от края пенопласта.

3. Препаровальной иглой перенести срез на предметное стекло в каплю воды.

4. Аналогично сделать срезы на разных уровнях узла.

5. На предметные стекла нанести каплю флороглюцина и соляную кислоту.

6. После окрашивания срезов в красный цвет фильтровальной бумагой убрать реактивы, нанести каплю воды и накрыть препарат покровным стеклом.

7. Рассмотреть препараты под микроскопом и схематично зарисовать.

Учащиеся делают срезы в области междоузлия и на разных уровнях в области узла. На срезе междоузлия учащиеся должны отметить эпидермис (кожицу), кору, проводящую систему (луб и древесину), сердцевину. В области узла отмечается слияние первичных тканей стебля и листа, движение листового пучка, образование лакуны в проводящей системе стебля, внедрение листового пучка и восстановление первоначальной формы стебля. В конце занятия делается вывод о единстве и целостности тканей стебля и листа.