Как растенията бягат от тълпата

Всички живи организми се нуждаят от жизнено пространство. Когато условията на живот се влошат, животинските организми могат да се преместят в нова, по-благоприятна среда. Повечето растения обаче не могат да се преместят толкова лесно, поради прикрепения им начин на живот. Освен ако растението няма адаптации, които му позволяват да оцелее при лоши условия като суша, липса на хранителни вещества или висока плътност на популацията, растението може да не е в състояние да оцелее.

Готови ли сте да откриете скритите суперсили на растенията?

Същност на проекта

В този STEM проект учениците опознават местните видове растения, техните изисквания към средата и начина, по който им се отразява високата плътност на популацията. Проучват приспособителните им стратегии за заемане на нови територии с по-добри условия за растеж. Откриват и проектират семена с различни форми и размери, с помощта на които изследват как особеностите в тяхното устройство им помагат да бъдат по-лесно разпространени от вятъра, водата или животните.

С цел изследване на процеса в реални условия, учениците събират посадъчен материал, с помощта на стар чорап, който след това се засажда в благоприятна растежна среда. Определя се вида на поникналите растения, начина на разпространение на семената и разстоянието, на което са се отдалечили от майчиното растение.

Цели по предметно знание

В работата по този STEM проект са заложени следните учебни цели:

определяне на различни групи растителни организми;
назоваване на основните органи на растенията;
посочване на конкретни растителни видове;
измерване на различни физични величини;
сравняване на приспособителните стратегии на растенията за заемане на нови територии;
обясняване на връзката между устройството на семената на растенията и техните приспособителни възможности;
създаване на модели на семена, които могат да бъдат придвижени на големи разстояния от въздушните потоци;
аргументиране на избрания дизайн.

Цели по ключови умения

развиване на аналитично мислене посредством откриване на силните и слабите страни на изработените модели; откриване на връзката между дизайна и представянето му; търсене на рационални възможности за модифициране с цел подобряване на представянето;
повишаване наблюдателността на учениците, чрез описване на наблюдаваните процеси и откриване на причинно-следствени връзки;
подобряване на работата в екип в процеса на допълване на знания и умения, критично обсъждане на работния процес и интегриране на обратна връзка.

Времетраене

Основните дейности по проекта могат да бъдат проведени в рамките на 1-2 учебни часа, в зависимост от това дали ще проведете всички дейности в учебно време или ще възложите за домашна работа събирането на посадъчен материал и засаждането му. В следващите 2-4 седмици ще трябва да предвидите също по няколко минути седмично за отчитане растежа на засетите растения.

Необходими материали

За този STEM проект учениците ще имат нужда от следните материали:

Примери за различни семена, които се разпространяват по вятъра. В зависимост от местоположението на училището, може да успеете да намерите някои от тези семена навън. Ако учениците имат достъп до интернет, можете също да им позволите да потърсят в мрежата кленови семена, семена от глухарче и други видове семена, за да получат идеи;
Малки, еднакви, леки предмети, които да използвате като семена. Например може да използвате малки кламери, дървени щипки за декорации или пакет слънчогледови семки;
Подръчни материали за изработване на семена с различен дизайн – хартия, панделка, памук, стръкчета трева;
Ножици, тиксо и лепило за рязане и закрепване на елементите към семената;
Вентилатор или сешоар;
Продълговата алуминиева тавичка;
Почва;
Лупа;
Ножици;
Стари чорапи;
Работен лист за изследване на приспособителните стратегии на растенията.

Работния лист може да свалите тук

Теоретична постановка

Всички сме чували поговорката “Крушата не пада по-далече от дървото”. Макар да се тълкува по-скоро във връзка с унаследяване на определени генетични характеристики, тя се основава на ограничената подвижност на растенията. Плодовете и семената на растенията попадат в почвата близо до майчиното растение и дават началото на нови растения. Подобно на хората, растенията могат да бъдат отрицателно повлияни от пренаселеността. За разлика от хората, растенията не могат да се преместят в нова среда или да изследват как да използват нови ресурси. В процеса на еволюция обаче, те са изградили различни стратегии за справяне с този проблем.

Разпространението на семената е много важно за оцеляването на един растителен вид. Ако растенията се намират твърде близо едно до друго, те трябва да се конкурират за светлина, вода и хранителни вещества от почвата. В резултат много от младите растения не успяват да оцелеят. Затова в процеса на еволюция, растенията са развили различни стратегии за заемане на нови територии:

При някои видове семената се намират в плодове, с които животните се хранят. Семената трудно се разграждат от организма и обикновено се отделят обратно в природата, а новите растения порастват далеч от майчиното. Други плодове и семена имат кукички, с помощта на които се закачват за козината на животните и така биват отнасяни на друго място. При събирането на семена със стар чорап, учениците имитират начина, по който животните ги пренасят от едно място на друго.
Други семена се разпръскват от вятъра – като „крилатите“ семена от кленово дърво, които се въртят и летят във въздуха докато падат или леките като пух семена от глухарче. Колкото по-дълго едно семе остава във въздуха, толкова по-далеч може да бъде отнесено от вятъра, помагайки на растителния вид да разпространи потомството си.

В този проект учениците изработват свои собствени изкуствени „семена“ от подръчни материали. Целта е да проектират семена, които ще останат във въздуха дълго време. В процеса на работа вероятно ще открият, че добавянето на леки материали към „семето“ може да го накара да пада по-бавно и да бъде отнесено от вятъра по-далеч, но формата на материалите също е много важна. Например кламер, прикрепен към смачкано парче хартия, пак ще падне много бързо. Въпреки това, лист хартия с дизайн на крило (като кленово семе) или куп отделни ленти (като семе от глухарче) ще падне по-бавно и ще бъде издухано по-далеч от вентилатора. Колко далеч ще отидат семената ще зависи от силата на вентилатора, но със сигурност ще има видима разлика в хоризонталното разстояние, изминато от обикновени семена и такива със специфичен механизъм за разпространение. На практика, когато учениците опитват да подобрят най-добрите си дизайни, те всъщност имитират процеса на еволюция – тъй като „най-добрите“ дизайни на семена в природата са най-склонни да се възпроизвеждат!

Ход на проекта

Подготовка

За този STEM проект ще ви бъде необходима равна площ в близост до прозорец, където да съхранявате за продължителен период посадъчните материали.
Освободете открито място в стаята, където ще правите експеримента. Поставете вентилатора върху маса или стол, насочен през стаята. Можете също да направите експеримента навън във ветровит ден, но в този случай може да получите сериозни отклонения в резултатите, тъй като скоростта на въздушното течение няма да бъде еднаква при тестването на различните видове семена.

Ангажиращо въведение

Организирайте разходка с класа в близкия парк или училищния двор. Изследвайте формите и размерите на семената на различните растения и съберете няколко различни вида, които да изследвате по-късно. Разделете учениците в четири работни групи.
Един ученик от всяка група обува чифт стари чорапи и се разхожда с тях за кратко. След това чорапите се поставят в найлонов плик и заедно със събраните семена се отнасят в класната стая. Тази част от проекта може да бъде изпълнена и в извънучебно време, като задача за уикенда.
Раздайте на всички по един работен лист за изследване на приспособителните стратегии на растенията.
С помощта на лупа учениците изследват събраните семена. Какви прилики и разлики могат да открият между тях? Ако не сте успели да откриете голямо разнообразие от семена, можете да предоставите на учениците предварително събрани такива или да използвате материали от интернет.
Учениците от всяка група разрязват чорапите и изследват полепналите по тях семена. По какъв начин семената са се закрепили за текстилните влакна? Учениците записват наблюденията си в работните листове.
След това чорапите се засаждат в алуминиева тавичка с почва. За целта участъците от чорапите, върху които са открити семена, се изрязват и се поставят в тавичката със семената нагоре. Върху тях се полага тънък слой почва. Така засятите сандъчета се поливат и се оставят на равно и добре осветено място. При редовно поливане, след около седмица, семената ще започнат да покълват.

Изпълнение

На база направените наблюдения всяка група трябва да проектира и изгради няколко механизма за разпространение на своите семена. Могат да се използват най-разнообразни материали, а за семена могат да се използват слънчогледови семки или кламери. Ето няколко идеи, с които учениците могат да започнат:
- Към кламер се прикрепва малък, квадратен лист хартия с размер приблизително 5 х 5 см., без да се правят промени по хартията
- Друг кламер се прикрепва към втори малък лист хартия, като този път се правят успоредни разрези от едната страна на хартията и получените лентички се огъват навън
- Следващият кламер се прикрепва към памучна топка (могат да опитат вариант с по-плътна топка или да я раздърпат, за да стане по-мека и обемна)
- Малко парченце хартия се изрязва във формата на кленово семе и се захваща с кламер
Включете вентилатора. Един по един учениците пускат семената си пред него. За контрола се използва обикновено семе (напр. обикновен кламер без нищо прикрепено). Изминатото разстояние се измерва с рулетка. Какво разстояние изминават различните семена?
Насърчете учениците да обърнат внимание на формата и размера на семената и да проучат как всяко от тях се разпространява.
Получените резултати се записват в работните листове.
Учениците дискутират представянето на различните семена и търсят вариант за подобряване на дизайна, така че да могат да изминат още по-голямо разстояние.
Тази част от проекта следва процеса на инженерно проектиране, тъй като няма фиксирана процедура. От учениците зависи да измислят свои собствени идеи за дизайн, след което да ги изградят и тестват. Всяка група трябва да предложи поне два подобрени дизайна.
Учениците тестват подобрените дизайни, като всеки модел семена трябва да се пусне поне четири пъти от една и съща точка над вентилатора. Изминатото разстояние при всеки от опитите се записва в работните листове. За всеки от моделите се изчислява средна стойност на получените резултати.

Заключителна част

Всяка от работните групи представя пред класа изработените модели семена, обяснява причините за избрания дизайн и представянето на прототипа.

Сравнете: притежават ли някои от засетите семена подобно устройство?
Дискутирайте по какъв начин дизайна на семената им помага да се разпространяват от вятъра или от различни видове животни.
Анализирайте защо растенията имат нужда да се отдалечават от родителските организми.
Проверявайте всяка седмица растежа на засетите семена. Когато растенията станат достатъчно големи, учениците определят техния вид и проверяват на какво разстояние от майчините растения са се отдалечили семената.

Възможности за надграждане на проекта

Проведете експеримент, за да определите най-добрите условия за растеж на растенията, като променяте количествата светлина и вода за всеки посаден чорап. Представете наблюденията графично и анализирайте резултатите.
Засейте още една алуминиева тавичка, като поставите семената в непосредствена близост едно до друго. Наблюдавайте растежа на плътно засадените растения и сравнете състоянието им с по-рехаво засадените растения от другите тавички.

За какво да внимаваме

Използвайте рулетка, която може да бъде застопорена, за да не се прибира бързо в изходно положение. Работете внимателно с нея, за да избегнете риска от порязване при прибирането на рулетката.
Изберете подходяща площадка за разходката “по чорапи”. Учениците трябва да внимават да не настъпят остри предмети или бодливи растения.

Този интересен STEM проект е чудесна възможност за учениците да опознаят местната флора и да открият как еволюцията е помогнала на растенията да преодолеят ограниченията, които прикрепения начин на живот им налага. Освен това те изследват силите, влияещи върху движението на телата и откриват начини да преодолеят тяхното въздействие. А колкото до крушата, тя може да отиде много по-далеч от дървото и не винаги можем да пожънем това, което сме посели. Готови ли сте да проверите?

За статията са използвани следните ресурси, които са допълнени с личния опит на автора: