МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Биологический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе
_________________ Е.Г. Елина
"____" ______________ 2011 г.
Рабочая программа дисциплины
Интегративная биология
Модуль 2. Функциональная биология животных.
Направление подготовки
050100 Педагогическое образование»
Профиль подготовки
Биология
Квалификация выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов,
2011
1. Цели освоения дисциплины
Интеграция биологических и экологических знаний в систему жизненно
необходимых знаний; формирование биоцентрического мировоззрения и современного
представления о масштабах, путях решения и предотвращения экологически опасных
ситуаций; выработка ситуационного опыта, экологически адекватного поведения;
развитие системного, прогностического, ассоциативного мышления.
Цель модуля «Функциональная биология животных» – формирование у студентов
материалистического воззрения на адаптации позвоночных животных к факторам
внешней среды. Последовательное изучение приспособлений позвоночных в соответствии
с естественной системой животного царства позволяет проследить эволюцию
взаимоотношений животных с внешней средой. Особое внимание в курсе
«Функциональная биология животных» уделяется развитию межпредметных связей,
отражающих сущность адаптаций к физико-химическим свойствам среды обитания
животных.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Цикл Б.3, курс по выбору, дисциплина осваивается в 3-8 семестрах, модуль 2
«Функциональная биология животных» изучается в 4 семестре.
Модуль логически и содержательно-методически связан с дисциплинами
«Зоология», «Общая экология», «Ботаника». Обучающиеся также должны обладать
знаниями школьного курса географии, физики, химии, анатомии, физиологии, теории
эволюции. Освоение данного модуля, как предшествующей дисциплины, желательно для
изучения дисциплин «Теория эволюции» и «Экология».
3. Требования к результатам освоения дисциплины.
В процессе освоения дисциплины формируются компетенции профиля «Биология»
и компетенции: ОК-1, ОК-2, ОПК-3, ОПК-4, ОПК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4, ПК-6, ПК-7,
ПК-8, ПК-9, ПК-10, ПК-11.
- владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
- способен анализировать мировоззренческие, социально и личностно значимые
философские проблемы (ОК-2);
- владеет основами речевой профессиональной культуры (ОПК-3);
- способен нести ответственность за результаты своей профессиональной
деятельности (ОПК-4);
- способен к подготовке и редактированию текстов профессионального и
социально значимого содержания (ОПК-6);
- способен реализовывать учебные программы базовых и элективных курсов в
различных образовательных учреждениях (ПК-1);
- готов применять современные методики и технологии, в том числе и
информационные, для обеспечения качества учебно-воспитательного процесса на
конкретной образовательной ступени конкретного образовательного учреждения (ПК-2);
- способен применять современные методы диагностирования достижений
обучающихся и воспитанников, осуществлять педагогическое сопровождение процессов
социализации и профессионального самоопределения обучающихся, подготовки их к
сознательному выбору профессии (ПК-3);
- способен использовать возможности образовательной среды, в том числе
информационной, для обеспечения качества учебно-воспитательного процесса (ПК-4);
- способен организовывать сотрудничество обучающихся и воспитанников (ПК-6);
- готов к обеспечению охраны жизни и здоровья обучающихся в учебновоспитательном процессе и внеурочной деятельности (ПК-7);
- способен разрабатывать и реализовывать культурно-просветительские программы
для различных категорий населения, в том числе с использованием современных
информационно-коммуникационных технологий (ПК-8);
- способен профессионально взаимодействовать с участниками культурнопросветительской деятельности (ПК-9);
- способен к использованию отечественного и зарубежного опыта организации
культурно-просветительской деятельности (ПК-10);
- способен выявлять и использовать возможности региональной культурной
образовательной среды для организации культурно-просветительской деятельности (ПК11);
В результате освоения модуля обучающийся должен:
Знать:
- особенности организации и функционирования представителей различных типов и
классов животных;
- важнейшие адаптации к среде обитания беспозвоночных и позвоночных животных, их
систематическое положение и филогенетические связи.
- основные биологические закономерности развития животного мира мира; видеть за
огромным разнообразием животных генеральную линию эволюционного процесса,
иллюстрацию общих закономерностей развития органического мира, его единство и
многообразие.
Уметь:
- Излагать и критически анализировать базовую общепрофессиональную информацию.
- применять зоологические методы исследований (сбор, идентификация, описание,
приготовление временных препаратов) при решении типовых профессиональных задач.
Владеть:
- комплексом лабораторных и полевых методов исследований.
- навыками самостоятельной работы со специализированной литературой;
- методами приготовления временных препаратов животных объектов;
- методами сбора, описания, определения животных объектов.
4. Структура и содержание модуля «Функциональная биология животных».
Общая трудоемкость модуля составляет 6 зачетных единиц, 216 часов.
Тема 1. Биомеханика и
локомоция водных
животных.
Тема 2. Биомеханика и
локомоция животных в
2
наземных и наземновоздушных условиях
Тема 3. Физико-химические
3
особенности газообмена в
разных средах жизни.
Тема 4. Осморегуляция у
4
морских и пресноводных
животных.
1
5
3
3
3-4
4
-
-
Самост.
работа
Практ.
занятия
Семинары
4
Формы текущего
контроля успеваемости
(по неделям семестра)
Формы промежуточной
аттестации (по
семестрам)
4
устный и
18 письменный
контроль
4
устный и
18 письменный
контроль
устный и
письменный
контроль
устный и
письменный
контроль
устный и
письменный
контроль
устный и
письменный
контроль
3
5-6
4
-
4
18
3
7-8
4
-
4
18
Тема 5. Водно-солевой обмен в
3
наземно-воздушной среде.
9-10
4
-
4
18
11-12
4
-
4
18
13-14
4
-
4
устный и
18 письменный
контроль
4
устный и
18 письменный
контроль
Тема 6. Терморегуляция и
теплообмен со средой
3
обитания.
Тема 7. Стратегия питания в
разных средах жизни.
7
3
Трофические
специализации.
Тема 8. Физико-химические
воздействия среды обитания
на животных. Системы
8
контроля и анализа среды у 3
животных.
Пространственная
ориентировка.
Промежуточная аттестация
9 Итого
6
1-2
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в часах)
Лекции
Раздел дисциплины
Неделя семестра
№
п/
п
Семестр
4.1. Структура дисциплины
15-16
4
32
-
-
32
4.2. Содержание дисциплины
Тема 1. Биомеханика и локомоция водных животных.
Основные физические характеристики водной среды
вязкость, теплопроводность, растворимость газов, поверхностное
водных беспозвоночных. Движение с помощью псевдоподий,
Ундулирующее плавание у беспозвоночных и позвоночных.
движения. Движения мягкотелых животных. Перемещение в
Проблема пловучести и ее регулировка у животных.
8 зачет
152 Экзамен
обитания: плотность,
натяжение. Локомоция
жгутиков и ресничек.
Принцип реактивного
субстрате и трубках.
Тема 2. Биомеханика и локомоция животных в наземных и наземновоздушных условиях.
Краткая характеристика наземной и наземно-воздушной среды обитания.
Принципы организации конечностей и соматической мускулатуры у беспозвоночных и
позвоночных животных. Наземная локомоция: ползанье, хождение, бег, прыгающие
животные. Физические основы полета животных. Адаптации к полету у беспозвоночных и
позвоночных.
Тема 3. Физико-химические особенности газообмена в разных средах жизни.
Принцип диффузии в газообмене. Газообмен в разных средах. Циркуляторные
системы беспозвоночных и позвоночных животных. Физические основы газовентиляции
легких у позвоночных. Химические основы транспорта газов кровью. Факторы, влияющие
на дыхание: размер тела, активность животного, интенсивность питания, температура,
концентрация кислорода, соленость.
Тема 4. Осморегуляция у морских и пресноводных животных.
Осмотическая и ионная регуляция. Адаптации выделительных систем водных
беспозвоночных и позвоночных животных. Аммониотелия и уреотелия. Особенности
жизни в гипоосмотической и гиперосмотической среде. Гормональная регулировка водносолевого обмена.
Тема 5. Водно-солевой обмен в наземно-воздушной среде.
Перестройка эмбрионального развития в наземно-воздушной среде. Зародышевые
оболочки и защита яйца от высыхания и механических повреждений у позвоночных.
Обзор выделительных систем наземных животных. Уреотелия и урикотелия. Вторичный
возврат в воду: водные насекомые, амфибионтность рептилий и водные млекопитающие.
Тема 6. Терморегуляция и теплообмен со средой обитания.
Физические принципы теплообмена: размер и объем тела. Правило Алена и
правило Бергмана у позвоночных. Типы клеточного дыхания животных. Метаболическая
продукция тепла. Стратегии теплопродукции и сбережения тепла у беспозвоночных и
позвоночных животных. Основы терморегуляции у беспозвоночных и позвоночных
животных. Пойкилотермия и гомойотермия у животных: экологические преимущества и
недостатки. Теплокровность и палеоэкология: почему вымерли динозавры?
Тема 7. Стратегия питания в разных средах жизни. Трофические
специализации.
Эволюция способов питания у животных. Классификация типов питания: способы
захвата и переработки пищи. Баланс затраты и получения энергии: теория оптимального
фуражирования. Коэволюция подвижных потребителей и их жертв. Трофические
адаптации на примере насекомых и млекопитающих.
Тема 8. Физико-химические воздействия среды обитания на животных.
Системы контроля и анализа среды у животных. Пространственная ориентировка.
Обзор организаций нервных систем животных. Физико-химические основы
рецепции. Механические, термические, химические и электромагнитные воздействия
окружающей среды на животных. Классификация рецепторов. От рецепторов к органам
чувств. Обработка сенсорной информации. Нервные основы поведения: от безусловных
рефлексов к высшей нервной деятельности. Химическая коммуникация и ольфакторное
поведение животных. Способы ориентировки в пространстве.
5. Образовательные технологии
При реализации учебной работы в форме лекций используются различные формы
визуализации наглядного материала (мультимедийные презентации MS PowerPoint,
таблицы, материалы Зоологического музея СГУ).
В соответствии с компетентностным подходом к разработке технологии обучения и
перечня обозначенных выше компетенций используются следующие методы обучения.
Проблемная лекция. Знания на такой лекции вводятся как «неизвестное», которое
необходимо «открыть». Проблемная лекция начинается с вопросов, с постановки
проблемы, которую в ходе изложения материала необходимо решить. При этом
выдвигаемая проблема требует не однотипного решения, готовой схемы которого нет.
Данный тип лекции строится таким образом, что деятельность студента по ее усвоению
приближается к поисковой, исследовательской. На подобных лекциях необходим диалог
преподавателя и студентов. Данный тип лекции предполагается к использованию при
введении занятий по следующим темам изучаемой дисциплины: 1, 5, 8.
При проведении практических занятий применяется система устных докладов,
подготовленных студентами в ходе самостоятельной работы в течение семестра. Краткие
сообщения по актуальным проблемам науки, выполняются на основании изучения
студентами современных научных периодических изданий. Предпочтение отдается
реферируемым журналам РАН и др. изданиям. Доклады завершаются дискуссией по
основным вопросам, затронутым в устных сообщениях. При проведении практических
занятий в рамках изучения функциональной биологии животных студенты знакомятся со
строением основных групп животных. Работа сопровождается выполнением
документальных рисунков в рабочей тетради.
Интерактивные методы обучения, которые включают в свою структуру:
1) разработку вариантов компьютерного тестирования знаний студентов по данной
дисциплине и проведение их во время семинарских занятий и в специально отведенное
для этого время;
2) решение задач, составленных по специальным компьютерным программам,
которые касаются поведения систем неживой и живой природы и изменения их свойств в
различных внешних условиях.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для контроля успеваемости и итоговой аттестации.
Самостоятельная работа студентов включает подготовку к семинарским занятиям,
работу с литературой для подготовки устных докладов. Текущий контроль включает
опросы и устные доклады.
Вопросы текущего контроля
Тема 1. Биомеханика и локомоция водных животных.
1. Физические параметры водной среды. Определение вязкости. Плотность воды при
разной солености.
2. Теплопроводность воды.
3. Растворимость газов в воде.
4. Поверхностное натяжение.
5. Особенности движения саркодовых.
6. Движения с помощью жгутиков: эвглена, трипаносома.
7. Движения инфузорий.
8. Принцип ундулирующего движения.
9. Реактивное движение головоногих моллюсков.
10. Движения дождевого червя. Использование гидроскелета.
11. Водные позвоночные. Непарные и парные конечности. Эволюция хвостового
плавника. Горизонтальные и вертикальные плавники.
12. Регулировка пловучести: гидродинамический и гидростатический способы.
Тема 2. Биомеханика и локомоция животных в наземных и наземно-воздушных условиях.
1. Физические особенности наземной среды: опора на плотный субстрат, цепляние и
толкание.
2. Наружный и внутренний скелет животных: преимущества и недостатки. Появление
скелетной поперечно-полосатой мускулатуры. Рычажные конечности.
3. Типы конечностей у насекомых. Хождение, плавание, прыжки у насекомых.
4. Конечности наземных позвоночных. Латеральные конечности рептилий.
Интерсуставы
Краткая характеристика наземной и наземно-воздушной среды обитания.
Принципы организации конечностей и соматической мускулатуры у беспозвоночных и
позвоночных животных. Наземная локомоция: ползанье, хождение, бег, прыгающие
животные. Физические основы полета животных. Адаптации к полету у беспозвоночных и
позвоночных.
Вопросы для промежуточной аттестации
1. Абиотические и биотические факторы, их прямое и косвенное влияние на животных.
2. Правило оптимума. Комплексное действие факторов, правило ограничивающего
фактора.
3. Водно-солевой обмен у водных животных. Строение мезонефрической почки рыб.
Строение нефрона и функции его отделов.
4. Пресноводная осморегуляция.
5. Осморегуляция у морских костных рыб.
6. Осморегуляция у хрящевых рыб.
7. Водно-солевой обмен у амфибий. Приспособления, ограничивающие потерю воды.
8. Водно-солевой обмен у наземных и морских рептилий.
9. Водно-солевой обмен у млекопитающих. Метаболическая вода. Потери воды через
кожу.
10. Роль петли Генле в регуляции водного обмена у млекопитающих.
11. Зародышевые оболочки амниот и их роль в регуляции водно-солевого обмена.
12. Особенности газообмена в водной среде. Принципы водного дыхания. Адаптации к
изменению содержания кислорода в воде.
13. Строение жабр у хрящевых и костных рыб. Механизмы дыхания. Принцип
противотока.
14. Воздушное дыхание у рыб.
15. Газообмен в воздушной среде. Принципы воздушного дыхания.
16. Возникновение лёгких и малого круга у древних амфибий.
17. Дыхание амниот. Механизм вентиляции легких у птиц.
18. Механизм дыхания у млекопитающих. Строение грудной клетки и легких.
19. Газообмен у ныряющих животных. Запасание кислорода в мышцах. Приспособления
к экономному расходованию кислорода.
20. Изменения циркуляции крови у крокодилов и морских черепах. Паницциево
отверстие и Боталлов проток.
21. Принципы движения в водной среде. Движения простейших: реснички, жгутики,
псевдоподии. Регулировка плавучести планктонных организмов.
22. Движения в воде позвоночных животных. Непарные плавники: угревидный и
скомброидный движители. Принципы их работы.
23. Функционирование непарных плавников. Парные плавники и плавучесть:
гидродинамическая регулировка у хрящевых рыб.
24. Гидростатическая регулировка плавучести у костных рыб. Плавательный пузырь.
Принципы изменения объема пузыря у открытопузырных и закрытопузырных рыб.
25. Наземная локомоция тетрапод: общие принципы строения передних и задних
конечностей.
26. Локомоция рептилий: латеральные конечности и интерсуставы
27. Преобразования конечностей у птиц.
28. Характеристика полета птиц: принципы организации крыла. Планирующий и
машущий полет. Подъемная сила. Сила тяги. Строение маховых перьев.
29. Полет млекопитающих. Планирование и машущий полет.
30. Локомоция млекопитающих. Парасаггитальные конечности и изменения в строении
поясов конечностей. Способы постановки конечности на грунт: стопо-, пальце- и
фалангохождение.
31. Классификация факторов среды, действующих на организм. Рецепторы и органы
чувств.
32. Свойства нервной ткани. Строение нейрона.
33. Типы нервной системы беспозвоночных животных.
34. Нервная система хордовых, её закладка в онтогенезе.
35. Строение и функции спинного мозга на примере ланцетника.
36. Строение головного мозга и его закладка в онтогенезе. Стадия трех мозговых
пузырей.
37. Передний мозг. Базальные ядра и неопаллиум. Зоны коры полушарий и их связь с
внешними факторами.
38. Промежуточный мозг. Гипоталамус и гипофиз. Гипоталамо-гипофизарная система и
ее связь с внешними факторами среды.
39. Средний мозг. Зрительная кора, центр терморегуляции, полулунные вздутия (центр
внутреннего уха).
40. Мозжечок: ушки мозжечка, корпус и кора мозжечка. Связь отделов мозжечка с
усложнением движения.
41. Продолговатый мозг. Центры жизнедеятельности продолговатого мозга. Регулировка
функций организма.
42. Глаз как пример органа, воспринимающего электромагнитные излучения.
Фоторецепция.
43. Вестибулярный аппарат. Строение полукружных каналов. Гребешки и ампулы.
44. Вестибулярный аппарат. Строение овального мешочка. Пятна и отолиты.
45. Строение улитки внутреннего уха. Кортиев орган.
46. Звукопроводящий аппарат среднего уха.
47. Терморецепторы и барорецепторы.
48. Орган химического чувства.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
а) основная литература:
1. Дзержинский Ф.Я. Сравнительная анатомия позвоночных животных. М., 2005. 304
с.
2. Константинов В.М., Наумов С.П., Шаталова С.П. Зоология позвоночных: Изд. 3-е,
перераб., М: Академия, 2004. 464 с.
3. Карташев Н.Н., Соколов В.Е., Шилов И.А. Практикум по зоологии позвоночных.
М, 2004
б) дополнительная литература.
1. Карташев Н.Н., Наумов Н.П. Зоология позвоночных в 2-х томах. М, 1979
2. Левушкин С.И., Шилов И.А. Общая зоология. М, 1994
3. Ромер А., Парсонс Т. Анатомия позвоночных. М, "Мир", 1992
4. Гуртовой Н.Н., Матвеев Б.С., Дзержинский Ф.Я. Практическая зоотомия. Ч.1. М,
1976
5. Гуртовой Н.Н., Матвеев Б.С, Дзержинский Ф.Я. Практическая зоотомия. Ч.2. М,
1979
6. Гуртовой Н.Н., Матвеев Б.С, Дзержинский Ф.Я. Практическая зоотомия. Ч.З. М,
1992.
в) Интернет-ресурсы:
1. Коллекции Зоологического института РАН / ЗИН, 1999 – 2008.
http://www.zin.ru./Animalia/
Информационная система «Биоразнообразие России» / Зоологический институт
РАН, 2002 – 2003. http://www.zin.ru./biodiv/
3. Сайты журналов издательства МАИК Наука РАН:
4. Доклады Академии наук http://elibrary.ru/issues.asp?id=7781
5. Журнал общей биологии: http://elibrary.ru/issues.asp?id=7795&selid=674723
6. Зоологический журнал: http://elibrary.ru/issues.asp?id=7809&selid=650269
7. Известия РАН. Серия биологическая: http://elibrary.ru/issues.asp?id=7823
8. Природа: http://ras.ru/publishing/nature.aspx
9. Успехи современной биологии: http://elibrary.ru/issues.asp?id=7753
10. Экология: http://elibrary.ru/issues.asp?id=8276
11. Элементы. Сайт новостей фундаментальной науки: http://elementy.ru/news
2.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
Таблицы, муляжи, мультимедийные презентации, микроскопы, бинокуляры,
микропрепараты, раздаточный материал. Мультимедийная установка;
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки 022000
Экология и природопользование.
Автор:
Доцент кафедры морфологии
и экологии, к. б. н.
_____________________ А.В. Беляченко
Программа одобрена на заседании кафедры морфологии и экологии животных от 1
марта 2011 года, протокол № 6.
Подписи:
Зав. кафедрой морфологии и экологии
животных, д. б. н., профессор
_______________________ Г.В. Шляхтин
Декан биологического факультета
д. б. н., профессор
_______________________ Г.В. Шляхтин