Методика обучения биологии. Ч.4. Общая биология. Учебно-методическое пособие

Занятие2. Методикапроведенияуроковпотеме «Обменвеществипревращениеэнергиивклетке»

навливается связьэтих процессов с проявлением жизни на ор- ганизменном и биосферном уровнях , определяется значение этих процессов. Для понимания сущности этих процессов необходима интеграция биологических знаний с физически- ми и химическими знаниями. Данную тему можно разделить натри части:

•общее понятие о метаболизме, первичный синтез органи- ческих веществ в клетке: фотосинтез и хемосинтез;

•энергетический обмен в клетке;

•матричные реакции реализации наследственной инфор- мации в клетке.

Впервой части темы формируется понятие об обмене ве- ществипревращенииэнергиивклетке, рассматриваютсяпро- цессы ассимиляции и диссимиляции как две стороны единого процессаметаболизма, атакжепревращениеэнергиивклетке, местоирольАТФ. Особоевниманиеуделяетсяферментативно- му характеру реакций обмена веществ, свойствам ферментов

имеханизму их действия. В первичном синтезе органических веществ сначала изучается фотосинтез, его фазы (световая

итемновая), химические реакции и влияние на скорость фо- тосинтеза различных факторов, атакже оценивается значение этого процесса для жизни на Земле и для человека. Ознакоми- тельно изучается хемосинтез.

Во второй части темы изучаются этапы энергетического обмена. Вначале рассматривается подготовительный этап – реакции гидролиза, ферменты, катализирующие реакции; от- мечается значение подготовительного этапа для клеточного

иорганизменного уровней организации живого. Затем школь- никам предлагается учебный материал о бескислородном этапе энергетического обмена, об особенностях расщепления глюкозы в процессе гликолиза до пировиноградной кислоты, о синтезе АТФ, спиртовом и молочнокислом брожении. Завер- шается вторая часть темы рассмотрением кислородного этапа энергетического обмена – клеточного дыхания, определяется местопротеканияреакцийкислородногоэтапа, эффективность различных этапов итипов энергетического обмена в клетке.

31

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ. ЧАСТЬ 4. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Третьячастьтемыпосвященаматричнымреакциям, проте- кающим в клетке: структуре генов в ДНК, генетическому коду

иего свойствам, особенностям реакций матричного синтеза: транскрипции и трансляции. Детально рассматриваются ме- ханизм, условия и место протекания реакций биосинтеза бел- ка, структура и значение иРНК, строение тРНК и кодирование аминокислот, этапы биосинтеза белка в клетке, структура по- лисомы, значение биосинтеза белка.

Учебный материал темы «Обмен веществ и превращение энергии в клетке» позволяет запланировать решение следую- щих учебно-воспитательных задач:

–сформироватьуобучающихсяпонятиеобобменевеществ как основе проявлений жизнедеятельности живого, устано- вить взаимосвязь между понятиями пластического и энерге- тического обмена, обобщить знания о функциях органоидов клетки и клетки как целостной системы;

–раскрыть значение фотосинтеза для жизни на Земле, зна- чимость открытий генетического кода и механизма передачи наследственной информации в биологических системах;

–содействоватьразвитиюушкольниковуменийустанавли- вать причинно-следственные связи между строением и функ- циями органоидов клетки, физико-химическими свойствами

ибиологическими функциями органических веществ; исполь- зоватьосновныеположенияклеточнойтеориидляобъяснения сущности процесса обмена веществ и превращения энергии; обобщать полученные знания.

2. Средства, методы и методические приемы обучения.

При изучении темы «Обмен веществ и превращение энергии в клетке» следует использовать ЛССЗ. В профиль- ных классах на первом уроке проводится проблемная лек- ция, на которой рассматриваются ключевые вопросы темы. На втором уроке проводится семинар, где углубляются, раз- виваются и дополняются понятия, рассмотренные на лекции. Лекции проводятся по следующим темам: «Фотосинтез», «Энергетический обмен», «Генетический код и биосинтез белка». Рекомендуется проведение семинаров по следую-

32

Занятие2. Методикапроведенияуроковпотеме «Обменвеществипревращениеэнергиивклетке»

щим темам: «Фазы фотосинтеза», «Стадии энергетического обмена», «Процессы транскрипции и трансляции». В классах базового уровня изучения учебного предмета рекомендует- ся проводить проблемный урок по каждой части темы, уде- лятьвниманиетолько основным особенностях процессов, без углубления.

При изучении материалатемы важно провести сравнение между двумя сторонами процесса обмена веществ, рассмот- реть преобразование энергии в клетке. На занятиях необ- ходимо раскрыть четыре функции метаболизма: извлечение энергии (из органических веществ или солнечной энергии); превращение веществ в исходные мономеры; синтез макро- молекул, выполняющих определенные функции; разруше- ние, расщепление макромолекул. Не менее важным явля- ется понимание ферментативного характера всех реакций, протекающих в клетке. Это можно выяснить в ходе проведе- ния лабораторной работы, иллюстрирующей действие фер- мента каталазы (или пероксидазы). Следует отметить, что этот фермент имеется в каждой животной и растительной клетке. Он расщепляет пероксид водорода (перекись водо- рода) с образованием молекулы воды и кислорода и играет важную защитную роль, обезвреживая ядовитое для клетки вещество. Пероксид водорода образуется в процессе жизне- деятельности клетки и при накоплении может привести к ее гибели.

Получить каталазу (или пероксидазу) можно из вытяжки сы- рого мяса. К ней следует добавить несколько капель пероксида водорода и наблюдать выделение пузырьков кислорода. Другой вариант опыта – поместить в пробирку измельченные листья бегонии (можно также использовать листья герани, траде- сканции), добавить несколько капель пероксида водорода и на- блюдать выделение пузырьков кислорода. Выделение кислорода можно наблюдать непосредственно на живом объекте, напри- мер поместив под микроскоп листья элодеи.

При изучении фотосинтеза основная проблема состоит в определении этапов преобразования энергии солнечного

33

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ. ЧАСТЬ 4. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

света в энергию химических связей глюкозы. Преобразование энергии идет по схемам двух параллельных процессов:

1)энергиясолнца→энергияē* хлорофилла→энергияАТФ→ энергия глюкозы

2)энергия солнца → фотолиз воды → энергия НАДФ · 2Н → энергия глюкозы

↓энергия ē* хлорофилла ↑

Кроме того, необходимо проследить путь ионов водорода или протонов, образованных при фотолизе воды:

Н2 О → 2Н+ → НАДФ · 2Н → С6 Н12 О6

При объяснении особенностей фотохимических реак- ций в световой фазе фотосинтеза необходимо актуализиро- вать знания школьников по физике о фотоэффекте, по химии об электролитическойдиссоциации и окислительно-восстано- вительных реакциях.

Изучение этапов энергетического обмена в клетке базирует- ся на знаниях обучающихся, полученных при изучении разде- ла «Человек и его здоровье», об обмене веществ, особенностях расщепления питательных веществ (белков, жиров, углеводов) впищеварительномтрактечеловека. Вэтойтемеинтегрируются такжезнанияпохимииореакцияхгидролиза, окисления,тепло- вом эффекте химических реакций. При изучении процесса пол- ного окисления веществ, протекающего в митохондриях, важно объяснить, чтовесьуглекислыйгазобразуетсявматриксемито- хондрий при расщеплении пировиноградной кислоты и других веществвциклеКребса. Врезультатепоследовательныхреакций водород связывается с переносчиком НАД+ и поступает на ды- хательную цепь ферментов на кристах митохондрий. Кислород, который поступаетв процессе дыхания в митохондрии, окисля- етводород, приэтомвыделяетсязначительноеколичествоэнер- гии, которая аккумулируется в молекулахАТФ. Ученикам можно предложитьвспомнитьиз курса химии, что водород горит(оки- сляется) свыделениемзначительногоколичестваэнергии.

34

Занятие2. Методикапроведенияуроковпотеме «Обменвеществипревращениеэнергиивклетке»

При изучении свойств генетического кода и матричных реакций необходимо привлечь ранее полученные знания обу- чающихся о белках, нуклеиновых кислотах и принципе ком- плементарности. Желательно на уроке продемонстрировать видеофрагмент «Биосинтез белка», который поможет обучаю- щимся понять сущность реакций матричного синтеза.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ АУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

1. Познакомьтесь по программе и учебнику с содержани- ем учебного материала темы «Обмен веществ и превращение энергиивклетке». Выясните, какиепонятиявводятсявданной теме, т.е. относятся к вновь вводимым, а какие – развивают- ся из предыдущих тем: «Органические компоненты клетки», «Строение и функции клетки». Результаты работы оформите втетрадях в виде таблицы 5.

Таблица 5

Понятия темы «Обмен веществ и превращение энергии в клетке»

2. Познакомьтесь с учебно-воспитательными задачами те- мы «Обмен веществ и превращение энергии в клетке» в следу- ющих формулировках:

–развивать у обучающихся понятие об обмене веществ как основе проявления жизнедеятельности клетки и организма;

–научить обучающихся устанавливать взаимосвязь между реакциямипластическогоиэнергетическогообмена, происхо- дящими в клетке и организме;

–сформировать понятие о метаболических процессах, про- текающих в органоидах клетки, и регулирующих их факторах;

–обобщить знания обучающихся о клетке как целостной живой системе;

–доказатьматериальную сущностьпроцессов метаболизма;

–совершенствовать умение обучающихся устанавливать связи между строением и функциями органоидов клетки,

35

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ. ЧАСТЬ 4. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

свойствами и биологическими функциями химических ве- ществ, входящих в состав клетки.

Оцените, достаточно ли полно отражают приведенные вы- ше формулировки учебно-воспитательных задач содержа- ние учебного материала темы «Обмен веществ и превраще- ние энергии в клетке». Какие учебно-воспитательные задачи можно еще поставить в этой теме? Дополните их при необхо- димости.

3.Проведите отбор методов и методических приемов обу- чения, необходимых для достижения учебно-воспитательных задач темы.

4.Изобразитесхематичнопроцесссветовойитемновойфаз фотосинтеза для использования этих схем на лекции. Подго- товьте объяснение по этому материалу. Предложите вопросы

кэтим схемам, которые можно задать обучающимся.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВНЕАУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

1. Познакомьтесь с приведенным ниже развернутым пла- ном урока-лекции на тему «Этапы энергетического обмена». Подготовьте презентацию к данному уроку.

План урока-лекции на тему «Этапы энергетического обмена»

Цель: сформировать понятия отрех этапах энергетического обмена, бескислородномикислородномпутяхобменавеществ в клетке, гликолизе, биологическом окислении, об энергетиче- ском выходе на каждом этапе.

Оборудование: таблица «Энергетический обмен», схема «Цикл Кребса».

Ход урока

1. Организационный момент.

Проверка отсутствующих в классе. Сообщение темы урока. Записьтемы урока на доске и втетрадях. Постановка познава- тельной задачи урока: как преобразуются вещества, поступа- ющиеворганизмиклетку? Какпреобразуетсяэнергия, заклю- ченная в питательных веществах, поступающих в организм?

36

Занятие2. Методикапроведенияуроковпотеме «Обменвеществипревращениеэнергиивклетке»

2. Актуализация знаний.

Что такое энергетический обмен? Что происходит с энер- гией в процессе энергетического обмена? Мобилизация зна- ний обучающихся об окислительно-восстановительных реак- циях и отепловом эффекте химических реакций.

3. Объяснение нового материала.

Первый этап энергетического обмена – подготовительный этап.

Проблемный вопрос: где происходит расщепление пита- тельных веществ на уровне организма и на клеточном уровне? В ходе беседы выясняется, что расщепление веществ происхо- дит в пищеварительном тракте и лизосомах. На доске учитель рисуетсхему гидролиза белков, жиров и углеводов до мономе- ров и отмечает выделение тепловой энергии.

Второй этап энергетического обмена– бескислородный. Изучается реакция гликолиза– бескислородного расщепле- нияглюкозы. Отмечаетсяместопротеканиягликолизавклетке. На доске учитель рисует схему расщепления молекулы глю- козы до двух молекул пировиноградной кислоты и отмечает энергетический выход реакций гликолиза, сопровождаемый синтезом молекул АТФ. Далее учитель показывает пути обме- напировинограднойкислоты(ПВК): бескислородный– броже- ние, кислородный – дыхание; сравнивает спиртовое и молоч- нокислое брожение, записывает на доске уравнения реакций. Третий этап энергетического обмена – кислородное окис-

ление пировиноградной кислоты в митохондриях.

По готовой схеме «Цикл Кребса» учитель объясняет про- цесс преобразования пировиноградной кислоты (ПВК) в цикле Кребса – выделение углекислого газа и образование молекул НАД · 2Н. Отмечается, что биологическое окисление НАД · 2Н происходит на кристах митохондрий. Показывается путь пе- ремещения электронов, протонов и выделение энергии. Вво- дится понятие «окислительное фосфорилирование». Отмеча- ется участие кислорода в реакциях и энергетический выход кислородного этапа. Записывается общее уравнение реакций третьего этапа обмена и сравнивается энергетический эффект

37

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ. ЧАСТЬ 4. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

второгоитретьегоэтапов. Витогеучительнадоскезаписывает суммарное уравнение реакций расщепления глюкозы до воды и углекислого газа, а также отмечает значение биологического окисления в эволюции жизни на Земле.

4. Закрепление нового материала.

Учитель предлагает обучающимся вопросы для закрепле- ния нового материала: в чем сущность полного окисления веществ? Как связано строение митохондрий с их функци- ями и участием в биологическом окислении? Почему полное окисление глюкозы считают решающим фактором для воз- никновения многоклеточности идальнейшей эволюции жиз- ни? В чем заключается связь фотосинтеза и энергетического обмена?

5. Домашнее задание.

Учитель указывает номер параграфа учебника и предлагает обучающимся устно ответить на вопросы в конце параграфа.

ЗАНЯТИЕ 3

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ УРОКОВ ПО ТЕМАМ «ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ»,

«ИНДИВИДУАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА»

Задачи занятия: сформулировать учебно-воспитательные задачи тем «Жизненный цикл клетки», «Индивидуальное раз- витие организма»; познакомиться с оборудованием уроков и методами обучения; развивать умение организовывать са- мостоятельную работу обучающихся.

1. Содержание учебного материала и учебно-воспитатель- ные задачи тем «Жизненный цикл клетки», «Индивидуальное развитие организма».

Из предыдущих разделов курса обучающиеся уже знако- мы с делением клетки и способами бесполого и полового размножения организмов. Поэтому данные темы содержат учебный материал, относимый к категории развиваемых по-

38

Занятие3. Методикапроведенияуроковпотемам «Жизненныйциклклетки», «Индивидуальноеразвитиеорганизма»

нятий. Однако значительная часть материала является новой для школьников. В процессе усвоения тем важно обеспечить усвоение обучающимися знаний интерфазы, типов деления клетки – митоза и мейоза, фаз деления: профазы, метафазы, анафазы, телофазы, редукционного деления, кроссинговера. Необходимо также сформировать понимание биологической сущности митоза и мейоза, оплодотворения, обеспечиваю- щего постоянство хромосомного набора организмов из по- коления в поколение. К новым понятиям, связанным с раз- множением организмов, относят следующие: онтогенез, эмбриогенез, дробление, бластула, гаструла, нейрула, органо- генез, зародышевые листки, гаметофит, спорофит. Темы име- ют большие возможности для развития у обучающихся таких понятий как половое и бесполое размножение, виды беспо- лого размножения, прямое и непрямое развитие организмов, чередование поколений у растений в процессе индивидуаль- ного развития.

При изучении деления клетки главное внимание школь- ников должно быть сосредоточено на раскрытии механизма распределения генетической информации между дочерними клетками. При изучении митоза необходимо рассмотреть де- тали этого процесса, обратитьвнимание нато, как происходит изменение числа хромосом и ДНК в каждой фазе. Эти знания являются базовыми для понимания более сложного деления – мейоза.

Учебный материал тем «Жизненный цикл клетки», «Инди- видуальное развитие организма» позволяет учителю заплани- ровать решение следующих учебно-воспитательных задач:

–сформировать у обучающихся понятия о клеточном ци- кле, интерфазе, хромосомном наборе, митозе, мейозе, опло- дотворении, эмбриогенезе;

–обеспечить понимание обучающимися биологического значения постоянства хромосомного набора в поколениях, основных стадий развития зародыша животных, их постэмб- рионального развития; чередования поколений гаметофита

испорофита в жизненных циклах высших растений;

39

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ. ЧАСТЬ 4. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

–научить обучающихся различать на микропрепаратах

ирисунках интерфазу, стадии митоза и мейоза, стадии эмб- рионального развития животных;

–воспитывать у обучающихся научное мировоззрение: обосновывать биологическое значение митоза и мейоза, ма- териальный характер факторов наследственности и развития организмов в онтогенезе;

–содействовать овладению обучающимися приемом срав- нения периодов клеточного цикла, стадий митоза, мейоза, хромосомных наборов клеток;

–развивать умения обучающихся устанавливать причин- но-следственные связи между особенностью деления клетки

ихромосомным набором, объяснять причины изменения хро- мосомного набора гаметофита и спорофита.

2. Средства, методы и методические приемы обучения.

При изучении тем на углубленном уровне в профильных классах можно рекомендовать ЛССЗ. На первом уроке про- водится проблемная лекция, на которой рассматриваются основные ключевые вопросы темы. На следующем уроке проводится семинар, где углубляются, развиваются и допол- няются понятия, рассмотренные на лекции. Лекции прово- дятся на следующие темы: «Хромосомный набор клетки», «Митоз. Мейоз». Темы семинаров следующие: «Жизненный цикл клетки», «Хромосомный набор клетки», «Фазы митоза

имейоза». На базовом уровне изучения биологии рекомен- дуется проводить проблемный урок по каждой теме, оста- навливаясь только на основных особенностях процессов деления клетки, без углубления и расширения имеющихся знаний.

Изучение митоза рекомендуется проводить методом проб- лемной беседы и выполнения лабораторной работы «Митоз в клетках корешка лука». Вначале учитель должен объяснить школьникам процессы, происходящие в фазы митоза, с де- монстрацией соответствующих слайдов. Желательно при этом использовать как схематичное изображение фаз митоза, так

имикрофотографии.

40