Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Екосистеми - це складні середовища існування, у яких усе, що в них міститься, діє і реагує одне з одним. Сюди входять як біотичні (рослини, тварини, бактерії, ...), так і абіотичні (наприклад, каміння) фактори. Таким чином, вони безпосередньо пов'язані один з одним.
Екосистемою може бути, наприклад, не тільки озеро, ліс або риф, але також і невелика система, така як акваріум.
Додаткова інформація для вчителів (1/6)
Попередні знання
Учні вже мають бути знайомі з метаболічними процесами організмів, розпадом (розкладанням) речовин і фотосинтезом.
Принцип
У трьох камерах, з'єднаних між собою, створюються різні екологічні середовища. Це довгостроковий експеримент, який можна постійно контролювати і проводити вимірювання.
Додаткова інформація для вчителів (2/6)
Мета навчання
Учні дізнаються, як працюють екосистеми та як різні зміни впливають на кожну екосистему.
Завдання
- Учні створюють різні умови в трьох камерах.
- На другому етапі учні спостерігають за екосистемою, яку вони створили, та вимірюють різні відповідні фактори навколишнього середовища.
- На третьому етапі учні змінюють деякі фактори у своїй екосистемі (світло, температуру, ...) і спостерігають за змінами, що відбуваються в результаті.
Додаткова інформація для вчителів (3/6)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
У всіх середовищах, у яких використовуються живі істоти, особлива увага має приділятися потребам використовуваних організмів. Для наземного середовища тварини, необхідні для корму рептилій (коники, цвіркуни, ...) підходять як тварини для спостереження. Для водного середовищаможна використовувати кілька прісноводних равликів із роду Neritina або креветок із роду Neocaraidina з спеціалізованих акваріумів. Дощових черв'яків найкраще використовувати у середовищі з погіршуючими умовами (середовищі, що розкладається).
Зокрема, при зміні умов утримання слід подбати про те, щоб у разі сумнівів тварини були вилучені з системи. Хоча різниця температур у два градуси не є проблемою, внесення вапняку або лимонної кислоти у водне середовище є серйозним порушенням середовища проживання.
Равлики та креветки у водному середовищі
Додаткова інформація для вчителів (4/6)
Результати та спостереження
На рисунках показано приклади вимірювання за допомогою програми measureAPP. Температура в градусах Цельсія (°C) записувалася один раз. При цьому температура не змінювалася.
На іншому рисунку показано електропровідність води у водному середовищі (мкСм/см). Крутий підйом кривої відзначає точку, в якій у воду було додано чайну ложку комерційного добрива НФК (нітрат, фосфат, калій), що імітує надходження добрив, які використовуються в сільському господарстві.
Те ж саме можна зробити і зі значенням pH: наприклад, якщо Ви додасте у воду кілька кристаликів лимонної кислоти, то імітуєте початок "кислотного дощу". З іншого боку, вапняк з плином часу також спричиняє підвищення рівня pH води.
Вимірювання температури, °C
Електропровідність, мкСм/см
Додаткова інформація для вчителів (5/6)
Ідеї щодо зміни параметрів
Бажано завжди уважно стежити за змінами параметрів. Особливо великі зміни температури або тривалі періоди темряви слід проводити без тварин.
- Зміна температури
- Зміна освітлення
- Попадання вапняних каменів у водне середовище
- Внесення добрив (НФК) у водне середовище
- Додавання цукру в середовище, що розкладається
- Додавання вуглекислого газу в газоподібній формі
Додаткова інформація для вчителів (6/6)
Наземне середовище
У наземному середовищі вимірювання слід проводити як при світлі, так і в темряві, щоб підтвердити фотосинтетичну активність. Вміст O2у повітрі вимірюється в різний час доби, щоб продемонструвати відмінності між днем і вночі.
Водне середовище
У водному середовищі, крім фотосинтезу, вплив надмірного (сільськогосподарського) добрива і, наприклад, "кислотного дощу" може бути показано через електропровідність і значення pH. При таких змінах тварини мають бути видалені.
Деградуюче середовище (середовище розкладання)
Якщо використовується компост із компостної купи, то мікробіологічну активність можна визначити за температурою. Чим більше компосту було додано і чим він активніший, тим вищою буде температура. Крім того, тут також можна виміряти вміст O2 і CO2 і порівняти його з нормальними значеннями, щоб виявити аеробні або анаеробні процеси розкладання.
Інструкції з техніки безпеки
- Під час роботи з живими істотами необхідно дотримуватися максимальної обережності.
- Для цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Експериментальна установка
Ви знаєте екосистеми зі свого оточення і новин:
Озеро, навколо якого Ви бігаєте по вихідних і купаєтеся влітку, сусідський ставок або ліс за містом. Ці екосистеми являють собою складні зв'язки живих істот і навколишнього середовища, чутливі до змін.
Щоб краще зрозуміти ці екосистеми, створіть у цьому експерименті свою власну маленьку екосистему.
Завдання
- Розробіть три різні середовища, які пов'язані між собою та утворюють екосистему:
- Наземне середовище
- Водне середовище
- Деградуюче середовище (середовище розкладання)
- Виміряйте різні параметри екосистеми за допомогою датчиків SMARTsense: температуру, вміст кисню, вміст вуглекислого газу, електропровідність, значення pH та інтенсивність світла або каламутність (непрозорість) води.
- Змініть деякі параметри і виміряйте знову.
Обладнання
Додатковий матеріал
Крім того, необхідні матеріали для формування екосистеми (ґрунт, каміння, рослини, можливо, тварини тощо).
Підготовка (1/6)
Для вимірювання за допомогою датчиків Cobra SMARTsense необхідне додаток PHYWE measureAPP. Цей застосунок можна безкоштовно завантажити з відповідного магазину додатків (QR-коди дивіться нижче). Перед запуском додатка, будь ласка переконайтеся, що на Вашому пристрої (смартфоні, планшеті, персональному комп'ютері) активовано Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Підготовка (2/6)
Інтерфейс користувача measureApp
у версії Windows 10
- Увімкніть відповідний датчик SMARTsense, натиснувши й утримуючи кнопку живлення.
- Підключіть датчик у measureAPP до пристрою в пункті "Вимірювання", як показано на рисунку зліва.
- Датчик SMARTSense тепер відображається в застосунку.
- Інші датчики підключаються так само.
- Калібрування датчика CO2: натисніть кнопку живлення та утримуйте її протягом 7 секунд. Це автоматично калібрує датчик до 400 ppm (приблизно відповідає концентрації CO2у свіжому повітрі)
Підготовка (3/6)
Виберіть "Каламутність" ("Trübung").
- Колориметр SMARTsense вимірює каламутність води. Він працює дещо інакше, ніж інші датчики:
- Налийте трохи води в надану кювету.
- Увімкніть колориметр SMARTsense і підключіть його до measureAPP.
- Датчик SMARTSense тепер відображається і обирається в застосунку.
- У вікні, що відкрилося, виберіть вкладку "Каламутність" (рисунок ліворуч).
Підготовка (4/6)
Наземне середовище
Наземне середовище
- Насипте в одну з камер приблизно 5-10 см ґрунтовою сумішшю або верхнім шаром ґрунту.
- Посадіть у ґрунт рослину, наприклад, плющ звичайний (Hedera helix), плющ Епіпремнум пір'ястий (Epipremnum pinnatum) або аналогічну, просту у догляді рослину.
- Якщо можливо, додайте трохи каміння або шматок дерева.
- Як живі істоти для цього середовища підходять, наприклад, комахи для корму рептилій.
- Якщо ґрунт дуже сухий, його слід зволожити.
Підготовка (5/6)
Водне середовище
Водне середовище
- Наповніть одну з камер водопровідною водою.
- Як субстрат додайте пісок або гравій. Оскільки ґрунт є місцем колонізації бактерій, які розщеплюють забруднювачі, добре використовувати пісок з біотопу, наприклад, з акваріума, ставка або річки.
- Посадіть у землю водні рослини (водорості (Elodea spec.) або аналогічні).
- Додайте трохи водних мешканців (тут підійдуть равлики, креветки або, можливо, також невеликі рибки для короткострокового експерименту).
Підготовка (6/6)
Деградація навколишнього середовища
Деградуюче середовище
- Заповніть останню камеру компостом так, щоб шар ґрунту становив близько 10 см.
- Якщо можливо, додайте трохи дощових черв'яків. Якщо їх немає в компості, їх можна придбати, наприклад, у магазині для риболовлі.
- Якщо компост неможливо дістати, підійде, наприклад, шар перегною з лісу. Однак тут вимірювані параметри набагато менш виражені (температура).
Виконання роботи (1/2)
- Закрийте невикористовувані отвори в кришці наявними пробками (рисунок вгорі ліворуч).
- Потім камери оснащуються датчиками, які вставляються в тримачі кришок (фото внизу зліва):
- Наземне середовище: датчик вмісту кисню SMARTsense O2
- Водне середовище: датчики SMARTsense pH, електропровідність, колориметр
- Деградуюче середовище: датчики SMARTsense CO2, Температура
- Звичайно, ці параметри можна змінювати між камерами.
- Зафіксуйте значення і запишіть свої спостереження.
Виконання роботи (2/2)
Тепер спробуйте внести деякі зміни, які, на Вашу думку, вплинуть на навколишнє середовище. Завжди пам'ятайте, що Ви несете відповідальність за тварин, які живуть у навколишньому середовищі.
Ось кілька пропозицій:
- встановіть освітлення над камерами
- затемніть камери
- додайте у водне середовище трохи вапняку, лимонної кислоти або добрив
- додайте трохи цукру в середовище, що розкладається (деградуюче середовище)
- збільште температуру на кілька градусів (якщо в середовищі є тварини, їх слід видалити насамперед)
Запишіть свої спостереження і порівняйте їх з нормальними умовами.
Протокол
Завдання 1
Запишіть свої спостереження.
Наземне середовище
Водне середовище
Деградуюче середовище
Завдання 2
Які зміни Ви помітили після зміни окремих параметрів?
Змінений компонент
Спостереження
Наземне середовище
Водне середовище
Деградуюче середовище
(середовище розкладання)
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Вставте слова в тексті! У середині компостної купи доволі ____ температура, яка може сягати 60°C. Це дозволяє зробити висновки про активність ____ розкладання всередині. Крім ____, вивільняються різні мінерали (включно з нітратами, фосфатами і калієм), що робить компост чудовим ____.