Лабораторный практикум по биологии в профильных классах с применением ресурсов технопарка. В 2 частях. Ч.1. Сборник учебно-методических материалов
.pdfМинистерство просвещение Российской Федерации Омский государственный педагогический университет
Лабораторный практикум по биоЛогии в профиЛьных кЛассах
с применением ресурсов технопарка
Сборник учебно-методических материалов
В двух частях
Составители:
Л. В. Ижойкина, Л. А. Жарких
Часть 1
Омск Издательство ОмГПУ
2024
УДК 372.857 ББК 74.262.8 Л12
Печатается по решению редакционно-из- дательского совета Омского государственного педагогического университета
Составители:
Л. В. Ижойкина, доцент кафедры основ безопасности жизнедеятельности и методики обучения биологии, канд. пед. наук, доцент
Л. А. Жарких, доцент кафедры химии и методики преподавания химии, канд. пед. наук, доцент
Лабораторный практикум по биологии в профиль- Л12 ных классах с применением ресурсов технопарка : сбор-
ник учебно-методических материалов : в 2 частях / сост.: Л. В. Ижойкина, Л. А. Жарких. — Омск : Изд-во ОмГПУ, 2024.
ISBN 978-5-8268-2391-0 Часть 1. — 2024. — 172 с. ISBN 978-5-8268-2392-7
Настоящий сборник является результатом совместной работы студентов и их наставников-преподавателей по реализации проекта открытой лаборатории «Через взаимодействие к познанию» на базе Технопарка универсальных педагогических компетенций Омского государственного педагогического университета. Включает технологические карты организации лабораторно-практических занятий по биологии и биохимии с обучающимися профильных классов, теоретический и дидактический материал к ним.
Сборник учебно-методических материалов предназначен для учителей биологии и химии, бакалавров по направлению «Педагогическое образование», профилей «Биология и Химия», «Биологическое образование».
УДК 372.857 ББК 74.262.8
ISBN 978-5-8268-2392-7 (ч. 1) |
© Омский государственный |
ISBN 978-5-8268-2391-0 |
педагогический университет, 2024 |
предисЛовие
Учебный предмет «Биология» на ступени среднего общего образования ориентирован на углубление и расширение знаний школьников о живой природе, развитие их предметных умений (наблюдение, описание, эксперимент, моделирование), а также метапредметных планируемых результатов, в частности умение выдвигать гипотезы, проверять их экспериментально. Реализовать указанное помогают такие практические методы обучения, как лабораторные и практические работы, моделирование, наблюдение. В этой связи на факультете естественнонаучного образования Омского государственного педагогического университета реализуется проект открытой лаборатории «Через взаимодействие к познанию».
Цель проекта — развитие предметных умений школьников при обучении биологии на углубленном уровне. Проект разработан
иреализуется студентами 3-го и 4-го курсов профиля «Биология
иХимия» под руководством преподавателей факультета естественнонаучного образования. Целевой аудиторией проекта являются школьники профильных 10–11-х классов средней общеобразовательной школы № 135 им. А. П. Дмитриева г. Омска.
База реализации проекта — лаборатории Технопарка уни-
версальных педагогических компетенций Омского государ ственного педагогического университета («Методика обучения
биологии», «Биохимия»).
Формами организации являются лабораторно-практические учебные занятия, включающие актуализацию и изучение школьниками учебного материала, лабораторные и практические работы, направленные на проведение биологического и химического
эксперимента, наблюдение за биологическими объектами, биохимическими процессами, моделирования.
Особенностью проекта является интеграция биологии и химии через содержание учебного материала, методов обучения и познания. Содержание занятий углубляет знания школьников в области биохимии, повышает их познавательную активность.
Все учебные занятия разрабатываются и проводятся студентами под руководством преподавателей с учетом содержания примерной рабочей программы по биологии (углубленный уровень).
Данный сборник является результатом совместной работы студентов и их наставников, разработан с целью ознакомления студентов, учителей биологии и химии с содержанием, методикой организации лабораторных работ по биологии и биохимии в профильных классах.
Содержание сборника представлено тремя разделами: «Биохимия клетки», «Растения. Бактерии», «Животные». Издание включает технологические карты лабораторно-практических занятий, теоретический и дидактический материал к ним.
раздел 1 биохимия кЛетки
1.1. Лабораторно-практическое занятие «качественные реакции на аминокисЛоты и беЛки»
Разработано: преподаватель Л. А. Жарких, студенты 3-го, 4-го курсов профиля «Биология и Химия»
Т. Сидорова, А. Сафронова, В. Байдала
Цель — изучить качественные реакции, используемые для обнаружения белков и определения их аминокислотного состава, систематизировать знания о составе, строении и свойствах аминокислот.
Планируемые результаты:
•личностные — развитие мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики;
•метапредметные — использование при освоении знаний
приемов логического мышления: выделять характерные признаки понятий и устанавливать их взаимосвязь, применять соответствующие понятия для объяснения отдельных фактов и явлений; выбор оснований и критериев для классификации веществ и химических реакций; владение навыками самостоятельного планирования и проведения ученических экспериментов, совершенствование умений наблюдать за ходом процесса, самостоятельно прогнозировать его результат, формулировать обобщения и выводы относительно достоверности результатов исследования, составлять обоснованный отчет о проделанной работе;
• предметные — знание состава, строения и свойств аминокислот, состава и строения белка, проведение цветных реакций на белки, использование химической символики для составления молекулярных и структурных (развернутых, сокращенных и скелетных) формул органических веществ; устанавливание принадлежности изученных органических веществ по их составу и строению к определенному классу/группе соединений, называение по систематической номенклатуре и приведение тривиальных названий для отдельных представителей органических веществ; характеризация состава, строения, физических и химических свойств типичных представителей различных классов органических веществ.
Реактивы/оборудование: раствор белка, 30%-й раствор NaOH, 1%-й раствор CuSO4, 1%-й раствор нингидрина в 95%-м растворе ацетона, концентрированная HNO3, концентрированный гидроксид аммония, 10%-й раствор гидроксида натрия, 10%-й раствор ацетата свинца (II).
Штатив для пробирок, пробирки, спиртовка, держатель для пробирок, пипетка.
организационная структура учебного занятия
Этапы и структур- |
Содержание, приемы деятельности учителя |
|
ные элементы |
||
|
||
1. Мотивационно- |
Здравствуйте, ребята! Сегодня мы с вами проведем пер- |
|
целевой этап |
вое лабораторно-практическое занятие в рамках открытой |
|
Сообщение |
лаборатории «Через познание к деятельности» по теме |
|
темы урока, це- |
«Аминокислоты и белки». |
|
леполагание |
Сегодня вы узнаете, как устроены аминокислоты, на какие |
|
|
группы они классифицируются, какими обладают свойст- |
|
|
вами, как особенности строения и свойств аминокислот |
|
|
обуславливают строение и свойства белков. Будем учить- |
|
|
ся выполнять качественные реакции на аминокислоты |
|
|
и белки. |
Этапы и структур- |
Содержание, приемы деятельности учителя |
|
ные элементы |
||
|
Инструктаж В ходе изучения нового материала вы будете заполнять к предстоящей опорный конспект (Приложение 1.1). При выполнении деятельности лабораторных опытов воспользуетесь инструктивными на занятии картами. В конце занятия с целью закрепления изученного
материала выполните тест
2. Операциональ- но-содержатель-
ный этап
Изучение нового Рассказ-объяснение, сопровождающийся демонстра-
материала цией слайдов (см. теоретический материал к занятию).
|
Ознакомление обучающихся с ходом выполнения лабо- |
|
раторных опытов по инструктивным карточкам (При- |
|
ложение 1.1. Инструктивная карточка к выполнению |
|
лабораторных опытов). |
|
Организация выполнения обучающимися лаборатор- |
|
ных опытов (парная работа) — наблюдение, коррек- |
|
тировка, обобщение результатов работы (Прило- |
|
жение 1.1. Инструктивная карточка к выполнению |
Лабораторный |
лабораторных опытов). |
Обнаружение в молекулах белков пептидных связей (Би- |
|
опыт 1 |
уретовая реакция) |
|
К 1–2 мл разбавленного белка прибавляют двойной объем |
|
30%-го раствора гидроксида натрия, хорошо перемешива- |
|
ют и добавляют 2–3 капли 1%-го раствора сульфата меди, |
|
снова тщательно перемешивают. Развивается красно- |
|
фиолетовое окрашивание. При малом содержании белка |
|
чувствительность реакции можно повысить, наслаивая на |
|
раствор белка в щелочи 1 мл 1%-го раствора сульфата |
|
меди. При стоянии на границе двух слоев появляется фио- |
|
летовое кольцо |
Этапы и структур- |
Содержание, приемы деятельности учителя |
|
ные элементы |
||
|
||
Лабораторный |
Нингидриновая реакция |
|
опыт 2 |
К 2 мл разбавленного раствора белка приливают |
|
|
3–4 капли 1%-го раствора нингидрина в 95%-м растворе |
|
|
ацетона. Раствор перемешивают и ставят на водяную |
|
|
баню при 70 °С на несколько минут. Развивается сине- |
|
|
фиолетовое окрашивание за счет образования дикето- |
|
|
гидриндилидена-дикетогидриндамина (ДИДА). |
|
|
Эту реакцию широко используют в биохимической лабо- |
|
|
ратории для количественного определения аминокислот |
|
|
в биологических жидкостях (кровь, моча, спинномозговая |
|
|
жидкость и др.), а также для количественного определения |
|
|
белков и пептидов. |
|
|
Запишите в тетради две стадии уравнения этой реакции. |
|
|
Сделайте вывод. |
|
Лабораторный |
Ксантопротеиновая реакция |
|
опыт 3 |
К 1 мл раствора белка добавляют 5–6 капель концент- |
|
|
рированной азотной кислоты до появления белого осад- |
|
|
ка или мути от свернувшегося белка. При нагревании |
|
|
раствор и осадок окрашиваются в ярко-желтый цвет. |
|
|
При этом осадок почти полностью растворяется. |
|
|
Охлаждают смесь и осторожно добавляют к раствору, |
|
|
имеющему кислую реакцию, не взбалтывая, по каплям |
|
|
избыток концентрированного гидроксида аммония или |
|
|
щелочи до щелочной реакции. Выпадающий в начале оса- |
|
|
док кислотного альбумината растворяется, и жидкость |
|
|
окрашивается в ярко-оранжевый цвет. |
|
|
Ксантопротеиновая реакция происходит только при нали- |
|
|
чии в белках остатков ароматических аминокислот (фени- |
|
|
лаланина, тирозина и триптофана). |
|
|
Запишите в тетради уравнение реакции нитрования тиро- |
|
|
зина, сделайте вывод. |
Этапы и структур- |
Содержание, приемы деятельности учителя |
|
ные элементы |
||
|
||
Лабораторный |
Реакция Фоля (на «слабосвязанную серу») |
|
опыт 4 |
В пробирку наливают 1 мл раствора белка, затем при- |
|
|
бавляют 1–2 мл 10%-го раствора гидроксида натрия, |
|
|
хорошо перемешивают, нагревают до кипения, кипятят |
|
|
1–2 минуты. К полученному щелочному раствору вновь |
|
|
добавляют 1 мл 10%-го ацетата свинца (II) и вновь |
|
|
кипятят. При длительном нагревании жидкость, имею- |
|
|
щая серусодержащие аминокислоты (цистеин, цистин, |
|
|
метионин) и белки, в которых присутствуют эти |
|
|
аминокислоты, буреет, и выпадает осадок сернистого |
|
|
свинца. Реакция протекает в два этапа: 1-й — переход |
|
|
серы из органического соединения в неорганическое; |
|
|
2-й — качественное обнаружение серы в растворе. |
|
Закрепление ма- |
Запишите в тетради уравнение реакции, сделайте вывод. |
|
Организация тестирования (Приложение 1.1) |
||
териала |
|
|
|
|
|
Рефлексивно- |
Выводы по выполненным лабораторным опытам. |
|
оценочный этап |
Прием «Дерево успеха». Каждый обучающийся выбирает |
|
Организация |
||
рефлексивной |
один из листьев и прикрепляет его на дерево (плакат |
|
деятельности |
или рисунок дерева на доске). Цвета листьев: зеле- |
|
ный — все выполнял правильно, желтый — встречались |
||
|
трудности, красный — много ошибок |
теоретический материал к учебному занятию
Классификация аминокислот. Физические и химические свойства. Применение
Средиорганическихсоединенийклеткибелкиявляютсянаиболее важными. Содержание белков в клетке колеблется от 50 до 80 %.
Белки являются биополимерами, которые состоят из мономеров аминокислот.
В состав белков входит всего 20 типов аминокислот из 170, найденных в живых организмах. Аминокислоты — органические соединения, в молекулах которых одновременно присутствует аминогруппа (–NH2) с основными свойствами и карбоксильная группа (–COOH) с кислотными свойствами. Часть молекулы, называемая радикалом (R), у разных аминокислот имеет различное строение.
Аминокислоты можно рассматривать как производные карбоновых кислот, у которых атом водорода в радикале замещен на аминогруппу, например из уксусной кислоты можно произвести аминоуксусную кислоту (ее также называют глицином):
В качестве еще одного примера аминокислот можно привести формулу аланина (аминопропионовая кислота, или 2-аминопропа- новая кислота):
Алифатические: глицин, аланин, валин, лейцин, метионин:
10