Биологические основы построения системы знаний о живой природе

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ЗНАНИЙ О  ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

1. Растения и животные как «единицы» живой природы и предмет познания ребенка.

Ребенок дошкольного  возраста знакомится с миром природы  непосредственно через наблюдения или практическую деятельность во время прогулок. Опосредованные способы познания природы (книги, картины, кино. телевидение) расширяют кругозор маленького ребенка, однако оказывают меньшее воспитательное воздействие. Непосредственное общение с природой имеет то преимущество, что насыщает эмоциональное восприятие ребенка яркими впечатлениями. Ребенок знакомится с природой на уровне целостного организма. Предметом его восприятия и деятельности становятся, прежде всего, отдельные конкретные растения, животные, способы их функционирования. Предметом познания является связь объектов живой природы с внешней средой. Дошкольники могут сталкиваться со средообразующей деятельностью человека: его труд обеспечивает возможность существования домашних животных, диких животных, по тем или иным причинам нашедшим приют у человека, комнатных растений и других культур. В ряде случаев, особенно в сельской местности, дети могут наблюдать природные сообщества: пруд, болото, луг и пр. таким образом, исходной единицей живой природы, в наибольшей степени отвечающей специфике и познавательным возможностям дошкольников, является конкретный предмет живой природы. В роли этой единицы чаще всего выступает целостный растительный или животный организм (дерево, воробей, собака и пр.). Но и отдельные части (плод, лист, цветок) или целостный организм в единице со средой (горшечное растение, аквариум с рыбами). Таким образом, отдельный природный объект, стоящий в центре внимания ребенка, может служить исходным звеном для дидактического анализа биологических знаний.

По определению В.И. Вернадского, организм – это отдельный элемент однородного живого вещества. Важнейшая морфофункциональная характеристика индивидуума – строгая зависимость между отдельными частями: разделить особь на части без потери «индивидуальности» невозможно. Таким образом, отдельно взятый организм (особь, растительный и животный, обладающий статусом биологической самостоятельности и имеющей приоритет  в дошкольной педагогике как конкретный объект, составляющий предметный мир ребенка, может быть взят за основу построения дидактической системы знаний о живой природе.

Какими же значимыми  особенностями обладают животные и  растения?

Главная характерная  черта – это разнообразие живых  объектов, с которыми сталкивается ребенок в период дошкольного  детства. Все многообразие растений и животных, доступное наблюдению ребенка, предстает перед ним не в статичном, неизменном виде. Все модификации  животных объектов, их изменяющиеся состояния в самом общем виде обусловлены двумя факторами: их взаимодействием со средой обитания и онтогенетическим развитием. Таким образом, многообразие растений и животных, связь с внешней средой, рост и развитие являются атрибутами окружающей ребенка природной действительности, которые естественно, без напряжения входят в сферу его познавательной деятельности.

Видовое многообразие живых  объектов, их тесная взаимосвязь со средой обитания, особенности онтогенетического  развития растений и животных –  три важных аспекта биологической  науки. Они могут стать исходными  положениями для построения дидактической системы знаний о живой природе для детей дошкольного возраста.

2. Взаимосвязь организма со средой.

В биологии и философии организм и среда рассматриваются как  целостная система. Их тесная взаимосвязь  обуславливается спецификой живого организма, нуждающегося в притоке энергии извне.

Взаимосвязь растительных и животных  организмов со средой их обитания – это сложное многогранное явление, изучением которого занимается ряд биологических наук. Одним  из достижений нашего столетия является бурное развитие экологии – науки, рассматривающей взаимосвязь организмов со средой на популяционно-видовом, биоценологическом и биосферном уровнях. Прямое назначение экологии – изучение условий существования живых организмов, взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Экологи выделяют три  группы факторов, определяющих особенности  жизни приспособленности животных. Это – абиотические (климатические, эдафические и пр.), биотические (растительный и животный мир и микроорганизмы) и антропогенные (воздействие человека на природу) факторы.

Среда обитания животного (по Кашкарову – все то, что  его окружает) определяет конкретные условия его жизни. Взаимодействие животного со средой обитания осуществляется посредством различных типов  приспособленности (адаптации).

Для познания дошкольников наиболее значимыми являются два  тира адаптации животных: структурная  поведенческая, т.е. те, которые имеют  четкое внешнее выражение и доступны непосредственном наблюдению  ребенка. К внешним морфологическим признакам  приспособленности животных относятся: общее строение тела, строение органов передвижения, характерные особенности покрова тела и т.п. Очень важно знакомить детей со способами передвижения животных (локомоцией), играющим первостепенную роль во всех сферах их жизни (питание, защита от врагов, размножение, выращивание потомства и др.).

Конкретные формы передвижения у разных видов животных строго приспособлены  к условиям среды обитания. Животные, обитающие в водной, воздушной, наземной средах, сильно различающихся механическими свойствами, имеют и очень несхожие, специфические  локомоторные органы.

В приспособленности  животных к передвижению выделяется ряд зависимостей, отражающих связь  способа и скорости передвижения со строением тела, в частности, конечностей. 

Немаловажную защитную функцию выполняют кровы животных, в частности их окраска.  Покровительственную окраску, обусловленную подбором подходящего фона или быстрым изменением цвета кожи; предостерегающую, расчленяющую и др. Защитная окраска как форма приспособленности животного в сфере питания, защиты от врагов, выращивания потомства и др. достигает эффекта лишь в том случае, если он жестко сочетается с определенной формой поведения (например, маскирующий эффект достигается сочетанием покровительственной окраски с неподвижностью, пугающий эффект – путем сочетания демонстрации ярко окрашенных участков тела с резкими, устрашающими движениями и т.д.).

Специфические защитные структуры покрова (утолщения, панцирные  покрытия, рога, иглы и пр.) также  вполне доступны для наблюдения дошкольниками. Морфологические признаки проявляют свою приспособительную защитную функцию лишь в сочетании с определенными элементами поведения. Приспособительное значение поведения является совокупностью функций  рабочих (экзосоматических) органов животных. Особенности строения каждого данного органа определяют характер его функций, т.е. соответствующих элементов поведения животного.

С поведением, как функцией животного организма, связано одно из интересных явлений биологии –  конвергентное сходство неродственных особей. Под конвергенцией понимается «независимое приобретение сходных структур различными, т.е. близким родством не связанными, организмами».

Явления конвергентной  приспособленности интересны тем, что они носят исключительно  внешний характер, доступны наблюдению и ярко отражают факт приспособительной взаимосвязи различных животных со средой обитания.

Применительно к дошкольному  возрасту явления конвергентного сходства животных интересны по целому ряду моментов: они носят внешний характер и доступны наблюдению; особенности внешней морфологии животных неразрывно связаны с общей функциональной направленностью организма, т.е. динамикой их поведения; однородность среды, которая, и только которая является причиной самого явления конвергенции, создает нередкие возможности ее наблюдения в природе (например, легко можно наблюдать одновременный полет в воздухе бабочек и птиц).

Теперь перейдем к  растениям и охарактеризуем особенности  их взаимосвязи со средой обитания. Растения как живые существа     значительно   отличаются от животных. Зеленое растение – это производитель органического вещества. Это – автотрофный (или растительный) способ питания. он не требовал от растений необходимости перемещаться в пространстве в поисках пищи – пища для них имелась повсюду. Поэтому в процессе эволюции сложился их оседлый образ жизни и характерное строение. Взаимоотношения растений со окружающей средой сложны и многообразны. «Вся совокупность экологических факторов, влияющих на данное растение или данную группировку растений, - пишет академик В.Н. Сухачев, - образует его условия местопроизрастания (местообитания), или среду».

Экологические факторы,  воздействующие на растения:

1. Климатические (атмосферные): тепло, влажность воздуха, состав воздуха, свет, ветер;
2. Почвенные (эдафические): химический состав почвы, вода в почве, количество и состав почвенного воздуха, тепло почвы, механические свойства почвы, реакция почвы;
3. Орографические (рельефные): высота над уровнем моря, крутизна склонов, экспозиция;
4. Биотические: человек (вырубка, сенокошение, пожар, осушение орошение местности, обработка почвы), животные (пастьба, вытаптывание, удобрение, рыхление и пр.).

Факторы внешней среды действуют  на растение не изолировано, а во всей их совокупности.

В отличие от животных, у которых  разные формы поведения обнаруживают различные  функции отдельных органов и частей тела или организма в целом, функциональная деятельность растительного организма протекает на физиологическом уровне. Обнаружить ее можно только косвенным путем – по тем или иным морфологическим изменениям различных органов растения; при этом необходимо знать строение и функцию каждого органа.

Основная масса растений состоит  из наземной и подземной  частей. Под землей находится корень, функции которого – закрепления растения в земле и всасывание из почвы воды и минеральных солей.  Стебель (стволовые ветки) выполняет проводящую функцию – передает воду и соли листьям, цветам, плодам.

Чрезвычайно важна функция  листьев у растений.  Процесс  фотосинтеза – окислительно-восстановительная реакция образования органических веществ из углерода воздуха с помощью световой энергии, улавливаемой хлорофильными элементами зеленого растения. Таким образом, основная функция зеленых листьев – поглощение света. Ее довольно легко наблюдать на комнатных растениях, листья которых всегда располагаются перпендикулярно к потоку светоэнергии.

При наличии всех необходимых  условий растение бурно растет, затем  начинает цвести и плодоносить. Появление  цветов сигнализирует о завершении вегетативного периода и наступлении качественно нового периода в онтогенетическом развитии растения. Цветок – это орган размножения, в опыленном  состоянии он дает начало развитию плода. Созревание плодов завершает жизненный цикл растений: однолетние погибают, многолетние – переходят в состояние покоя.

Как и все живые  организмы, растения хорошо приспособлены  к среде обитания. Приспособленность  проявляется в различных морфологических  особенностях растений, в их физиологических  процессах, которые можно наблюдать  в сезонной смене их состояний. Осеннее сбрасывание листвы, например, имеет определенный биологический смысл: сильно уменьшается общая поверхность наземной части растения, а, следовательно, и опасность зимнего испарения влаги.

Приспособленность к  различным условиям жизни, проявляющаяся в морфологических особенностях, отчетливо видна на растениях разных климатических зон. Внешний облик растительного покрова, состав растений любой территории во многом определяются особенностями  местного климата – прежде всего температурой и количеством осадков в разные периоды года. По типу отношения растений к таким факторам внешней среды, как вода, свет, температурные условия, сложились группы, которые легко мирятся с недостатком какого-либо фактора или, наоборот, требуют его изобилия. Та или иная особенность таких растений имеет ярко выраженные характерные признаки строения.  Существуют растения фотофилы (светолюбивые), фотофобы (теневыносливые). Растения, которые приспособились к суровым условиям пустынь – их обезвоженности, сильной жаре, резким температурным колебаниям, относятся к группе ксерофитов. Крайняя форма ксерофитов – кактусы, обитатели американских пустынь.

Противоположное явление  представляют собой растения, привыкшие  к изобилию влаги, - их тонкие стебли и листья легко испаряют ее и быстро реагируют на недостаток воды. Морфологические особенности комнатных растений можно наблюдать с детьми и учитывать при уходе за ними.

3. Экологические связи  в природе. В рассматриваемой проблеме взаимосвязи живого организма и среды обитания важным является понятие геобиоценоза (экосистемы). Жизнедеятельность основных компонентов экосистемы (абиотические факторы, растения и животные, микроорганизмы) создает кругооборот энергии, необходимый для поддержания гомеостаза внутри экосистемы. Выпадение или разрушение одного из звеньев этой цепи может привести к гибели всей экосистемы.

Чрезвычайно сложные и многообразные  связи делают это явление малодоступным  для дошкольников, тем более что  они скрыты от непосредственного  наблюдения.  Все же отдельные взаимосвязанные выпуклые звенья, просматриваемые с первого взгляда, доступны для старших дошкольников (исследования З.П. Плохих и И.А. Хайдуровой), и ознакомление с ними может оказаться полезным для формирования уже с дошкольного возраста экологической направленности мышления.

Одним из таких выпуклых звеньев может быть взаимоотношения  хищника и жертвы. Почти в любом  биотическом сообществе  имеется  сосуществование  первичных и  вторичных консументов (животных, питающихся растениями, и животных, питающихся другими животными). При оптимальном состоянии экосистемы численность тех или других находится  в определенном равновесии, а взаимоотношения хищника и жертвы являются необходимым фактором для сохранения этого равновесия в сообществе.  Такие наглядные способы защиты от хищников, как бегство, маскировка, запугивание, использование колющих и твердых покровов, являются интересным материалом для ознакомления дошкольников и формирования у них представлений о некоторых важнейших экологических связях в природе, о формах приспособленности живых существ к среде обитания.