Пособие может быть интересно учителям естественнонаучных предметов, работающих в средней и старшей ступени школы, тем, кто ищет основания для интеграции, развития творческой деятельности и создания условий для более качественного образования.

Вид материала

Методическое пособие

Содержание ПРИЛОЖЕНИЕ №1 Методологические и методические основания по определению содержания и структуры урока Меньшиков И.В. Сорокина С.А., учитель биологии Ижевская гимназия № 56 ПРИЛОЖЕНИЕ №2 Урок биологии в 10 классе: “Биоэнергетика клетки” Интеллектуальная разминка II. Изучение нового материала Вопрос классу Основные положения урока III. Закрепление материала IV. Домашнее задание Темы рефератов

Подобный материал:

• Панасенко Александр Иванович, профессор кафедры органической и биологической химии, 259.01kb.
• Учебное пособие для учащихся старшей ступени общеобразовательных учреждений, 855.63kb.
• Программа по изобразительному искусству для 8 класса средней общеобразовательной школы, 170.21kb.
• Требования к оснащению образовательного процесса в соответствии с содержательным наполнением, 196.49kb.
• Активизация познавательной деятельности на уроках географии, 57.67kb.
• Основания и цели разработки требований, 369.63kb.
• Задача школы сегодня вооружить детей знаниями. Но одного этого для развития мало, тем, 32.76kb.
• Программа развития моу средней общеобразовательной школы №1 имени 397-й Сарненской, 379.28kb.
• Задачи фестиваля: Создание благоприятных условий для творческой самореализации и нравственного, 502.54kb.
• О методе художественно-педагогической драматургии преподавания мхк, 152.58kb.

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

Методологические и методические основания

по определению содержания и структуры урока

биологии «самоорганизация живых систем»

Меньшиков И.В.,

преподаватель УдГУ, доцент, кандидат биологических наук

Сорокина С.А.,

учитель биологии Ижевская гимназия № 56

Включение идей самоорганизации в школьный учебный процесс способствует формированию целостного естественнонаучного мировоззрения учащегося. Синергетика как методологическая основа объединяет разрозненные естественнонаучные дисциплины, с опорой на общие принципы организации и эволюции сложных систем, как в живой, так и в неживой природе. Содержание урока «Самоорганизация на клеточном уровне» предлагается рассмотреть как введение в синергетику биологических систем.

Ниже представлены основные положения, определяющие структуру и содержание урока биологии «Самоорганизация живых систем». Синергетика – наука о наиболее общих закономерностях процессов самоорганизации в живой и неживой природе. Предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы живой и неживой природы.

К изучению процесса самоорганизации существует несколько подходов. Остановимся на кооперативном подходе, предложенном Г. Хакеном (основателем синергетики) в 1970 году. Кооперативный подход – сотрудничество, взаимодействие различных элементов сложной системы. Что такое система? Элементы и их взаимодействие. Системы – целое, состоящее из взаимосвязанных частей.

В биологии при осуществлении системного подхода к исследованию живой природы возникло учение об уровнях организации жизни.

Биологическая система – биологические объекты разной степени сложности, имеющие несколько уровней организации. Представляя собой совокупность взаимосвязанных элементов, система обладает свойствами целого. Следовательно, и клетка, и популяция, и биосфера, и организм могут рассматриваться как сложная самоорганизующаяся система. Способность к самоорганизации – фундаментальное свойство живого. Самоорганизация охватывает в наиболее общем виде все специфические свойства жизни – сохранение индивидуальности при непрерывном обмене веществ и энергии с окружающей средой, активизация с восстановлением исходного состояния при раздражении, воспроизводство себе подобных при размножении. Самоорганизация характерна для сложных и очень сложных (например, клетка, животные или растения) вероятностных систем. Ее структурным основанием является множественность элементов и разветвленность связей между ними, ведущих к возникновению целостности.

Функциональное основание – это развитие гибкого взаимодействия между элементами по типу обратных связей, направленных на оптимизацию системы.





Клетка – химическая фабрика, имеющая сложные метаболические, генетические и мембранные механизмы регуляции. Все эти системы регуляции взаимосвязаны и существуют при участии большого количества ферментов. Такая разветвленная структура взаимодействия содержит большое разнообразие обратных связей. Это в совокупности с тем, что живая система находится вдали от равновесия, имеет нелинейный характер взаимодействия ее частей, и как следствие, множество стационарных состояний в клеточной системе, приводит к кооперативным эффектам поведения элементов системы.

Одним из кооперативных процессов в клетке являются колебательные процессы (например, цикл Кребса, цикл Кальвина). Иллюстрацией может служить модель гликолиза, в котором при определенных условиях могут возникать колебания. Эти колебания являются автоколебаниями, причина которых лежит внутри системы и определяется характером отношений ее элементов.

ПРИЛОЖЕНИЕ №2

Урок биологии в 10 классе: “Биоэнергетика клетки”

(продолжение, 2 часть)

Цель урока: продолжить изучение процессов катаболизма клетки, как пример самоорганизации живых систем.

Задачи урока:

1. Образовательные – продолжить углубление и расширение знаний о катаболизме, обратив особое внимание на четвертый этап энергетического обмена – окислительное фосфорилирование.
   
2. Развивающие – интегрировать знания по биологии, химии, физике на базе фундаментальных естественнонаучных законах
   
3. Воспитательные – помочь школьникам выйти на личное естественнонаучное содержание образования, включающие в себя знание и понимание фундаментальных вопросов естествознания, способность аргументировано судить о них, осознанное владение различными способами познания
   

Оборудование: схемы “Клеточное дыхание”, “Структура АТФ”.

Ход урока:

I. Проверка изученного материала:

На прошлом уроке мы работали по схеме: ”Клеточное дыхание”.

Интеллектуальная разминка:

Проведем активацию системы, сейчас я вас буду “включать”.

1. 
   Что является энергетической “валютой ” клетки?
   
2. Почему АТФ так называется?
   
3. Источник энергии клетки?
   
4. Этапы.
   

Посмотрим наши действия по схеме:


Ситуация №1. Вы увидели, что подходит автобус и побежали, почти не дышали. Можем долго бежать? (Какой этап, за счет какой энергии?)


Ситуация №2. Если бежать умеренно, можем бежать долго? Почему?

(Гликолиз + подключается 3 и 4 этапы, начинаются окислительные процессы, бежим долго)

II. Изучение нового материала:

4 этап. Окислительное фосфорилирование.

Этот этап происходит на мембранах митохондрий, в ходе которого образуется энергия в виде АТФ.

АТФ → АДФ + Ф +энергия. Согласно 2 закону термодинамики идет самопроизвольно, а в обратном направлении не будет идти сам. Согласно 2 закону термодинамики необходимо затратить энергию, чтобы снова получить АТФ. АДФ + ФН + энергия →АТФ


Вопрос классу: за счет чего может образовываться энергия?

(окисление)

перенос электронов прямое – быстрое окисление

АН + В ВН + А С⁰ + О⁰₂ С4+О^2-₂ + энергия


Fe²⁺ - е Fe³⁺ Горение


Медленное горение

Эта реакция идет самопроизвольно, с выделением энергии, энергия может быть использована на процессы биосинтеза АТФ.


Вопрос: Как природа решила эту проблему сопряжения окисления и фосфорилирования?

Самопроизвольно идет один процесс, а другой? Сопряжение?




О₂

Поскольку в этом процессе окисление сопряжено с фосфорилированием АДФ в АТФ, то его называют окислительным фосфорилированием. Его открыл в 1931 г. русский биохимик Владимир Александрович Энгельгардт(1894-1984 г.г.).

В цепь переноса электронов, которая расположена на внутренней мембране митохондрии, входит ряд последовательно расположенных переносчиков электронов, которые отличаются способностью акцептировать электроны, а самый сильный акцептор электрона – кислород расположен в конце цепи. Среди промежуточных переносчиков электронов – кофермент Q, цитохромы В, С, А, А₃ и О₂.

Пары водородных атомов, идущих с цикла Кребса с НАД·Н₂ находятся в матриксе митохондрий. НАД·Н окисляется, то есть отдает два электрона и один протон группе-переносчику ФП (флавинопротеину), НАД · Н →НАД+, а ФП, акцептировав два электрона и протон принимает дополнительно протон из окружающей среды и восстанавливается до ФП·Н₂. Молекула ФП присоединена к крупному белку, который погружен в митохондреальную мембрану, и возможно, занимает все поперечное сечение мембраны.

Как только 2Н+ высвобождает ФП, два электрона переходят на другие белки, отдав два электрона ФП·Н₂ возвращается в свою исходную форму, которая может снова быть восстановленной НАД·Н.

Кофермент Q забирает два электрона с ФП, и акцентирует 2Н+ из внутренней среды митохондрии, еще раз это повторяется. Все 6Н+ таким образом проходят через наружную мембрану крист. Электроны переходят к цитохрому В, от него к цитохрому С и далее к цитохрому А+А3, а затем переносятся электроны О₂

О₂ + е →О₂-


Элетроны соединяются с кислородом с помощью фермента – оксидазы, в результате чего образуется анион: О₂ + е→О₂-

(Весь процесс носит название “дыхание”, а переносчики водорода и электронов в мембране называются дыхательной цепью.)

Между наружной поверхностью мембраны, где накапливаются катионы Н+, и внутренней, где накапливаются анионы О₂- , возникает разность потенциалов.

Когда разность потенциалов достигает 200mB начинает действовать протонный канал.

Он возникает в молекуле фермента, синтезирующего АТФ – АТФ-синтетаза, которая встроена во внутренней мембране, образующей кристы.




2Н+

НАД Н

2Н⁺ 2е 2Н+


2е 2Н+

АДФ+Фн АТФ

½ О₂ 2е

Высокая

концентрация

протонов


Фосфорилирование

Через протонный канал протоны устремляются внутрь митохондрий,создавая высокий уровень энергии, большая часть которой идет на синтез АТФ из АДФ

АДФ + Фн → АТФ

Согласно 1 закону Термодинамики: электрическая энергия уменьшается и превращается в химическую энергию. Протоны взаимодействуют с активным О₂ , образуется вода и молекулярный кислород

4Н+ + 2О₂- 2Н₂О + О₂

Таким образом, кислород из одной молекулы глюкозы при полном окислении образуется 38 АТФ (в дыхательной цепи: 12Н₂ +6О₂ 12Н₂О + 34АТФ)

Основные положения урока:

1. Клеточное дыхание – это окисление субстрата, приводящее к получению энергии.
   
2. Переносчики водорода и электронов в мембране называется дыхательной цепью.
   
3. Окислительное фосфорилирование – это образование АТФ за счет окисления органических соединений. Механизм сопряжения – окисление и фосфорилирование.
   
4. При окислении одной молекулы глюкозы в сердечной мышце и печени образуется 38 молекул АТФ, в мышечных и нервных клетках 36 молекул.
   
5. C₆ Н₁₂О₆ +6О₂ 6СО₂ +6Н₂О +38АТФ
   
6. Функционирование живых систем подчиняется тем же физико-химическим закономерностям, что и неживые системы.
   
7. Клетка как живая система способна к самоорганизации - сохранение индивидуальности при непрерывном обмене веществ и энергии с окружающей средой.
   

III. Закрепление материала:

1. Что является горючим материалом для синтеза АТФ?
   
2. Кто является переносчиком: атомарным такси, электронным такси?
   
3. В чем состоит роль О₂ в процессе клеточного дыхания?
   
4. Где находится цепь переноса электронов?
   
5. Почему траектория электронов в дыхательной цепи кривая, а не прямая?
   

IV. Домашнее задание:

1. Какова роль обмена веществ и энергии в жизни живых существ?
   
2. Применимы ли к живым системам законы термодинамики?
   
3. Почему энергия, запасенная в глюкозе, не может использоваться прямым образом для обеспечения биологических реакций?
   
4. Какова природа энергетической “валюты”?
   
5. Какова роль гликолиза, цикла Кребса и цепи переноса электронов в “улучшении” энергии?
   

Темы рефератов:

1. Энтропия живых систем.
   
2. Происхождение разных типов метаболизма.
   

Литература:

1. Захаров Б., Мамонтов С. Биология: общие закономерности. - М.,, 1996.
   
2. Коган А. Биологическая кибернетика. - М., 1977.
   
3. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М., 1986.
   
4. Сивоглазов В., Сухова Т., Козлова Т. Биология: общие закономерности. - М., 1996.
   
5. Хакен Г. Синергетика. - М., 1985.
   
6. Пехов А. Биология с основами экологии. - М., 2000.