Елективний курс "Біохімія" в шкільному курсі хімії

Вступ

Знання з галузі біохімії, що розкривають значення різних хімічних процесів природного та антропогенного походження для існування живих організмів, служать свого роду мостом, що з'єднує курси хімії та біології, основою для практичного застосування хімічних знань у повсякденному житті. За своєю суттю біохімічні знання мають узагальнюючий характер, оскільки, спираючись на найважливіші теорії та закони хімії, вони розкривають специфіку прояву цих законів і теорій в біологічних системах, т. Е. На більш високому рівні організації матерії.

Глава 1. елективний курс «Біохімія»

Далеко простягає хімія руки свої в справи людські. Д.І. Менделєєв

Біохімія - це хімія життя, або, більш строго, наука про хімічних основах процесів життєдіяльності. Сфера біохімії настільки ж широка, як і саме життя. Усюди, де існує життя, протікають різні хімічні процеси.

В ході вивчення цього курсу ми відповімо на питання: «що відбувається?», «Як відбувається?» І, найголовніше, «чому це відбувається?».

Актуальність курсу. Біохімія є базовою складовою сучасної фізико-хімічної біології. Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) визначає здоров'я як стан «повного фізичного, духовного і соціального благополуччя, яке не зводиться до простого відсутності хвороб і нездужань». З строго біохімічної точки зору організм можна вважати здоровим, якщо багато тисяч реакцій, що протікають всередині клітин і в позаклітинному середовищі, забезпечують його максимальну життєздатність і підтримують фізіологічно нормальний стан. Знання біохімії необхідно для вирішення проблем збереження здоров'я, з'ясування причин різних хвороб і пошуку шляхів їх ефективного лікування.

Даний елективний курс грунтується на курсі «Біохімія», запропонованому А.С. Конічевим і А.П. Конічевой, але відрізняється від останнього меншим обсягом теоретичного матеріалу і наявністю великої кількості лабораторних і практичних робіт. Створюючи курс «Біохімія», я перш за все ставила завдання придбання учнями експериментальних умінь і навичок. У програму включені розділи, що стосуються характеристики основних класів сполук, що входять до складу живої матерії, обмінних процесів, а також такі важливі розділи біохімії, як вивчення ферментів, вітамінів, гормонів.

У змісті програми відображені науково-практичні завдання біохімії, тісно пов'язані з актуальними питаннями біохімічної екології, що відображає сучасну тенденцію природно-наукової освіти.

Багато питань, включені в даний курс, не розглядаються в шкільній програмі або вивчаються фрагментарно.

Спостереження збирає те, що йому пропонує природа, досвід же бере у природи те, що він хоче. І.П. Павлов

Схема утворення глюкози в процесі травлення

Цілі курсу: розширити і систематизувати знання учнів про структуру та функції білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів і ліпідів, отримані в курсах загальної біології та органічної хімії; познайомити з сучасними досягненнями і перспективними напрямками розвитку біохімії.

Схема синтезу білка

Завдання курсу: створення умов для формування і розвитку в учнів: - теоретичних знань і практичних умінь в області біологічного експерименту, що дозволяють досліджувати явища природи; - інтересу до вивчення біології та проведення експерименту; - вміння самостійно здобувати і застосовувати знання; - творчих здібностей, уміння працювати в групі, вести дискусію, відстоювати свою точку зору.

В процесі реалізації даної програми учні набувають такі конкретні вміння:

- спостерігати і вивчати явища і властивості речовин; -визначає результати спостережень;

-видвігать гіпотези;

- відбирати необхідне обладнання для проведення експерименту; -Виконувати вимірювання;

- представляти результати вимірювань у вигляді таблиць і графіків; -інтерпретіровать результати експерименту;

-робити висновки;

- обговорювати результати експерименту, брати участь в дискусії.

Перераховані вміння формуються на основі наступних знань:

- цикл пізнання в природних науках: факти, гіпотеза, експеримент, теорія; -роль експерименту в пізнанні;

-Співвідношення теорії і експерименту в пізнанні;

- правила користування хімічним обладнанням.

Форми проведення занять:

- лабораторні роботи, наочно відображають біохімічні закономірності, включають в себе формулювання мети роботи, постановку задачі, перелік обладнання, опис ходу роботи, запис спостережень, питання для перевірки засвоєння матеріалу;

- рішення біохімічних задач, пов'язаних з реальними життєвими ситуаціями, проблемами здоров'я людини;

-лекціі; -дискусія; - «круглі столи»;

-створення комп'ютерної презенатціі Power Point;

- робота з Інтернетом, ЗМІ.

Засвоївши матеріал цього елективного курсу, учень повинен знати:

-елементний склад клітини;

-неорганіческіе і органічні речовини клітини;

- властивості води та її роль в клітці.

Учень повинен вміти:

Охарактеризувати такі терміни і поняття, пояснити взаємозв'язок між ними:

- полімери, мономери; - вуглеводи, моносахариди, дисахариди, полісахариди; - ліпіди, жири, гліцерин, жирна кислота; - амінокислота, поліпептид, білок; - каталізатор, фермент, активний центр; - нуклеїнова кислота, нуклеоітд; - АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ, УТФ, РНК, ДНК; - конформація, первинна, вторинна, третинна, четвертинна структури; - ренатурації, денатурація.

Пояснювати значення мікро-, макро- і ультрамікроелементов в клітці.

зміст курсу

Введення (1 ч)

Біохімія і здоров'я, визначення біохімії, завдання біохімії, області дослідження. Біохімія та інші біологічні науки. Загальний експериментальний підхід, який використовується в біохімії. Основні досягнення біохімії.

Хімічний склад організму (2 ч)

Елементний склад організму. Поняття про головні біогенних елементах. Макро- і мікроелементи. Закономірності поширення елементів в живій природі. Потреби організмів в хімічних елементах. Хімічний склад організму людини.

Білки (З год)

Роль білків в побудові і функціонуванні живих систем. Амінокислотний склад білків. Типи зв'язку амінокислот в білковій молекулі. Пептиди. Природні пептиди, їх фізіологічне значення. Структура білкових молекул. Функціональна класифікація білків і характеристика окремих груп. Білки як детоксиканти ксенобіотиків в організмі.

Практичні роботи. Виявлення азоту і сірки в білках. Виявлення білка в м'ясному бульйоні. Якісні реакції на амінокислоти і білки. Приготування розчину білка (яєчного альбуміну). Денатурація білка.

Ферменти (2 ч)

Різноманітність каталітично активних молекул. Відмінності у властивостях ферментів і каталізаторів небілкової природи. Специфічність дії ферментів. Поняття про субстратної специфічності і аллостеріческому центрі в молекулі ферменту. Поняття про коферментах. Механізм дії ферментів. Активатори і інгібітори ферментів. Практичне використання ферментів.

Практичні роботи. Спостереження розщеплення пероксиду водню ферментом каталази. Специфічність дії ферментів. Вплив на активність ферментів температури, рН, активаторів і інгібіторів.

Вітаміни (2 ч)

Історія відкриття вітамінів. Роль вітамінів в харчуванні людини. Авітаміноз, гіповітаміноз і гіпервітамінозу. Вітамери. Жиророзчинні вітаміни. Водорозчинні вітаміни.

Практичні роботи. Якісні реакції на вітаміни.

Нуклеїнові кислоти (3 ч)

Історія відкриття нуклеїнових кислот, їх хімічний склад. Характеристика пуринових і піримідинових основ. Два типи нуклеїнових кислот. Різниця між ДНК і РНК. Центральний постулат молекулярної біології - ДНК-РНК-білок - і його розвиток. Будова і функції ДНК. Зміст ДНК в організмі і локалізація її в клітці. Розмір і форма молекул ДНК. Первинна структура ДНК. Успіхи і перспективи розшифровки структури геномів мікроорганізмів, рослин і тварин. Проект «Геном людини». Вторинна структура ДНК. Комплементарність азотистих основ і її значення для відтворення структури генів. Поліморфізм вторинної структури ДНК. Третинна структура ДНК. Сверхспіралізаціі ДНК. Надмірність і компліментарність молекул ДНК. РНК і їх класифікація. Порівняльна характеристика видів РНК по їх структурою і функціями.

Практичні роботи. Виділення ДНК з печінки.

Вуглеводи (2 ч)

Класифікація вуглеводів. Прості вуглеводи і їх представники (рибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза). Складні вуглеводи. Дисахариди (сахароза, лактоза, мальтоза). Полісахариди, їх структура і представники (глікоген, крохмаль, целюлоза, хітин). Функції вуглеводів.

Практичні роботи. Виявлення вуглеводів.

Ліпіди (2 ч)

Загальна характеристика і класифікація ліпідів. Структура і функції ліпідів. Роль ліпідів в побудові біологічних мембран. Воску, їх будова, функції та представники (спермацет, бджолиний віск). Стероїди. Стероли. Структура і функції стероїдів.

Практичні роботи. Виявлення ліпідів. Гідроліз жирів під дією ліпази. Вплив жовчі на активність ліпази.

Гормони і їх роль в обміні речовин (2 ч)

Класифікація гормонів. Стероїдні гормони, механізм дії стероїдних гормонів. Пептидні гормони та механізм їх дії. Застосування гормонів в медицині і сільському господарстві.

Практичні роботи. Якісні реакції на гормони.

Проблеми біохімічної екології (1 ч)

Антропогенні біоактивні речовини і проблеми хімічного забруднення біосфери. Екологічно безпечні способи впливу на різні види тварин, рослин і мікроорганізмів.

Питання для контролю

Які хімічні елементи переважають в складі живих організмів?

Що таке мікроелементи?

Які неорганічні іони містяться в клітці?

Яка роль води в життєдіяльності клітини?

Назвіть функції нерозчинних неорганічних речовин в клітині.

Які кольорові реакції доводять наявність білка?

Що таке денатурація? Чи може вона бути оборотною?

Які хімічні властивості характерні для білків? Наведіть приклади.

Чому солі важких металів викликають отруєння організму?

Чому при попаданні кислоти на шкіру відбувається опік?

Як проявляється активність ферменту каталази в живих і мертвих тканинах?

Як впливає подрібнення тканини на активність ферменту?

Різниться чи активність ферменту в живих тканинах рослин і тварин?

Як би ви запропонували виміряти швидкість розкладання пероксиду водню?

Як ви вважаєте, чи всі організми містять каталазу - фермент, що забезпечує розкладання пероксиду водню?

Вкажіть основні особливості первинної, вторинної, третинної і четвертинної структур білка.

Які основні функції білка?

Які вуглеводи містяться в клітинах тварин і рослин? Охарактеризуйте біологічні функції вуглеводів.

На підставі яких загальних особливостей речовини відносять до ліпідів?

Які біологічні функції ліпідів?

Які групи хімічних сполук представлені в числі ліпідів?

Перерахуйте основні різновиди нуклеїнових кислот.

Що таке принцип комплементарності?

Порівняйте функції ДНК і різних видів РНК.

Як використовуються в клітці макроергічні сполуки?

Глава 2. Вивчення питань біохімії в середній школі

Курс хімії середньої школи включає в себе найрізноманітніші напрямки сучасної науки: загальну, неорганічну, органічну, фізичну і біологічну хімію. Завдання вчителя полягає в тому, щоб показати учням взаємозв'язку між різними галузями хімії, а також між хімією і іншими областями знань, щоб у свідомості школярів вибудовувалася цілісна картина світу.

Біохімічний матеріал здатний змінити ставлення школярів до хімії. Традиційний зміст предмета створює у учнів враження, що головне досягнення науки хімії - це сучасне хімічне виробництво, що стало однією з причин забруднення довкілля і ряду інших негативних явищ. Біохімічний компонент змісту шкільної хімічної освіти розкриває значення хімічних досліджень для розгадки найпотаємніших таємниць природи - сутності і виникнення життя на планеті. При цьому змінюється кут зору на цілі і завдання хімії, робиться акцент на пошук шляхів побудови гармонійних відносин суспільства і природи, в тому числі і в сфері хімічного виробництва.

Крім того, біохімічні знання і досвід важливі і для хіміко-екологічної освіти. Біохімічний експеримент дозволяє виявити ефекти від впливу різних факторів зовнішнього середовища на живі організми, а біохімічні знання - інтерпретувати результати досліджень, розкриваючи хімічні механізми цих впливів.

На жаль, доводиться констатувати, що випускники педагогічних вузів не готові до реалізації багатогранних можливостей біохімічного змісту шкільного курсу хімії. Розглянемо причини цього.

До числа об'єктивних причин, що не залежать від підготовленості вчителя, відноситься роздробленість біохімічного змісту між розділами шкільного курсу хімії. При цьому в шкільних програмах, представлених різними авторами, обсяг біохімічного матеріалу досить значний, але його розміщення не дозволяє школярам скласти цілісне уявлення про хімічних законах, що діють в живих системах. Неуважність біохімічного матеріалу призводить до втрати його узагальнюючого значення по відношенню до хімічних знань.

До суб'єктивних причин недостатньо високого рівня освітлення біохімічних питань в школі відноситься слабка методична підготовка випускників педагогічних вузів.

Завдання курсу біохімії, орієнтованого на методичну підготовку студентів

Співвіднесення кожної теми вузівського курсу зі шкільною програмою з хімії та біології для того, щоб встановити, які саме знання та вміння і в якому обсязі повинні засвоїти школярі, а також в які теми і розділи ці знання включені.

Навчання майбутніх учителів такою схемою аналізу біохімічних понять, яка дозволила б використовувати ці поняття для узагальнення хімічних знань.

Навчання студентів планування та використання біохімічного експерименту в шкільному курсі хімії.

Закріплення методичних умінь, які студенти набувають в процесі вивчення курсу методики викладання хімії, на біохімічному матеріалі (постановка педагогічних цілей і завдань, навчальних проблем, організація навчальної діяльності школярів щодо їх вирішення із застосуванням певних методів, форм і засобів навчання).

Щоб вирішити поставлені завдання, потрібно було внести зміни в структуру змісту курсу біохімії, який переповнений приватними фактами на шкоду формуванню цілісної картини обміну речовин. Для майбутнього вчителя важливо засвоїти головну ідею курсу, т. Е. Вміти пояснити, яким чином з неживих хімічних структур виникає нова якість - життя.

У зв'язку з цим зміст курсу біохімії для майбутніх вчителів було збудовано на основі принципу змістовного обобщенія1. Відповідно до цього принципу в основу змісту належить одне найбільш загальне поняття - обмін речовин, а виклад побудовано за принципом «від загального до конкретного». Поняття «обмін речовин» фіксує головну ідею біохімії, суть якої полягає в тому, що жодна хімічна структура, взята окремо, не є живою, лише взаємний вплив, взаємозв'язок, взаємна обумовленість хімічних структур і процесів призводять до виникнення життя. Взаємозв'язок структур і процесів, їх взаємний вплив і взаємне проникнення і складають обмін речовин. Наявність мимовільно протікає внутрішнього і зовнішнього обміну речовин служить істотною відмінністю біологічної системи від систем неживої природи.

Весь подальший процес викладу основ біохімії є наповнення загального і абстрактного поняття «обмін речовин» конкретним змістом. Для цього кожне нове поняття біохімії співвідноситься з поняттям «обмін речовин», вбудовується в нього і тим самим його конкретизує. Процес вбудовування приватних понять в найбільш загальне ґрунтується на встановленні між ними зв'язків різних типів. В результаті склалася схема аналізу кожного біохімічного поняття на трьох рівнях, заснована на цілісному підході до вивчення будь-якого об'єкта.

По-перше, схема предполагает можлівість встановлення еволюційніх зв'язків біохімічного об'єкта, з'ясування его походження. Еволюційній підхід дозволяє візначіті, Які характеристики об'єкта є суттєвімі, відрізняють его від аналогічніх об'єктів нежівої природи. Наприклад, встановлення відмінних рис будови білків у порівнянні з іншими класами полімерів через аналіз їх походження дає можливість пояснити особливу роль, яку відіграють білки в хімічній організації живого.

Дослідження еволюції хімічних процесів дозволяє виявити особливості процесів біологічного окислення і синтезу, які лежать в основі цілісного обміну речовин.

По-друге, для кожного поняття біохімії можна встановити структурно-функціональні зв'язки, що дозволяють осмислити залежність між хімічною організацією і біологічними функціями структур і процесів.

По-третє, можна визначити екологічні зв'язку об'єкта. Екологічний підхід дає можливість розглянути внесок тієї чи іншої хімічної структури або процесу в підтримку життя біологічних систем різних рівнів організації (клітина, організм, популяція, біогеоценоз, біосфера), а також залежність хімічної цілісності біосистем від різноманітних факторів навколишнього середовища (абіотичних, біотичних, антропогенних ).

Для того щоб з'єднати в цілісному навчальному процесі засвоєння біохімічного змісту і методичних умінь, ми використовуємо метод моделювання проблемних методичних ситуацій. Умовою рішення методичної проблеми є усвідомлення студентами власної навчальної діяльності в порівнянні з професійною діяльністю вчителя хімії та біології. Майбутньому вчителю потрібно вміти подивитися на один і той же навчальний матеріал як очима студента-учня, так і очима вчителя.

Погляд вчителя - це погляд зсередини змісту: аналіз структури досліджуваного матеріалу, постановка педагогічних цілей, виділення навчальних проблем, моделювання навчальних проблемних ситуацій і вибір форм, методів і засобів їх вирішення.

Учень сприймає навчальний матеріал як ціле - це погляд на зміст як би зверху. Для учня важливо суб'єктивне сприйняття - цікаво чи нецікаво, зрозуміло або незрозуміло, важко або легко. Погляд на навчальний матеріал з таких позицій дозволяє вчителю виявити інтереси, мотиви, суб'єктивні труднощі школярів при вивченні тієї чи іншої теми.

Для того щоб спонукати студента проаналізувати досліджуваний матеріал з точки зору вчителя, ми використовували методичні проблемні ситуації.

Проблемна ситуація 1. Уявіть собі, що ви вчитель хімії (біології), який почав підготовку до системи уроків по темі «Білки, їх будова, властивості і біологічні функції». Які нові поняття повинні засвоїти учні при вивченні цієї теми? Як оцінити готовність класу до сприйняття нового матеріалу? Які опорні поняття потрібно актуалізувати перед початком вивчення теми?

Для вирішення цієї проблемної ситуації необхідно проаналізувати шкільні програми з хімії та біології. Нові та опорні поняття потрібно розбити на три групи в залежності від типу зв'язків, які вони дозволяють встановити між найбільш загальним поняттям «обмін речовин» і поняттям «білки». В результаті майбутні вчителі отримають уявлення про обсяг і структуру досліджуваної теми в шкільних курсах хімії та біології.

Для виявлення можливих мотивів вивчення тієї чи іншої теми студенти аналізують власний досвід навчальної діяльності.

Завдання. Проведіть аналіз вашого особистого ставлення до змісту теми «Білки *. Дайте відповіді на наступні питання.

Що для вас було найцікавішим при вивченні теми?

В яких ситуаціях повсякденного життя ви використовуєте або могли б використовувати отримані при вивченні теми знання і вміння?

Що вас здивувало при знайомстві з навчальним матеріалом?

Яких знань або умінь з цієї області вам недостатньо? Що ще хотілося б дізнатися про білках?

Навчальні проблеми в біохімічному змісті студенти виявляють двома шляхами: аналізуючи власні труднощі при засвоєнні теми і застосовуючи знання про способи виявлення навчальних проблем, отримані ними при вивченні курсу методики викладання хімії.

Проблемна ситуація 2. Уявіть (згадайте) себе учнем. Які питання були для вас найважчими при вивченні теми «Білки»? Що було особливо важко зрозуміти? Можливо, що деякі питання залишилися без відповіді до цих пір. Сформулюйте питання, які ви задали б вчителю, виступаючи в ролі учня.

Ще одна методична завдання полягає в тому, щоб навчити студентів складати завдання, здатні створити проблемну ситуацію для школярів.

Проблемна ситуація 3. Запропонуйте експеримент, використовуючи який ви як учитель хімії (біології) поставите перед учнями проблему, пов'язану з: а) характером впливу тютюнового диму та етилового спирту на цілісність білкових молекул; б) дією засобів побутової хімії (ПАР, розчинники) на структуру і функцію білків. Як обгрунтувати перед школярами правила безпеки при користуванні побутовими хімічними препаратами?

Крім того, студенти навчаються планування і організації фрагментів уроків і цілих уроків, що включають елементи біохімічного змісту.

Проблемна ситуація 4. Запропонуйте модель проблемної ситуації, яка здатна спонукати учнів до участі в дискусії про необхідність використання в повсякденному житті коштів, що сприяють поліпшенню зовнішнього вигляду людини (косметика, препарати для схуднення і т. П.). Для цього наведіть різні точки зору на проблему. Складіть перелік питань для обговорення, підберіть матеріали і складіть список рекомендованої літератури. Організуйте дискусію за запропонованою проблеми в своїй підгрупі.

Підготовка і проведення студентами уроків та їх фрагментів замінюють традиційні контрольні заходи щодо біохімії - колоквіуми і контрольні роботи.

Глава 3. Методичні розробки по біохімії

Інтегрований урок біології та хімії по темі: "Хімія крові"

Тип уроку: узагальнюючий семінар.

Мета: узагальнити отримані на уроках хімії та біології знання про єдність процесів, що протікають в живій і неживій природі.

завдання:

розвивати вміння застосовувати і узагальнювати отримані знання;

розвивати інтерес до предметів природничо-наукового циклу;

розвивати навички складання плану і конспекту уроку.

устаткування:

пробірки з реактивами для проведення якісної реакції на катіон заліза:

сульфат заліза (II),

сульфат міді (II),

хлорид натрію,

червона кров'яна сіль.

оформлення:

стенд "Хімія людини";

спрощена схема згортання крові.

Підготовка учнів до уроку: за 2 тижні до уроку учням лунають питання для підготовки:

Хімічні елементи в клітинах живих організмів.

Склад і функції крові.

Дифузія, тургор, осмос в клітці.

Гемоглобін, його хімічний склад.

Хімічна природа процесу згортання крові.

Захисні бар'єри організму.

Імунопрофілактика.

Хід уроку

I. Учитель хімії: наш семінар називається "Хімія крові", його мета - повторити і узагальнити відомості про метали, отримані вами на уроках хімії, і про склад і функції крові, які ви вивчали на уроках біології.

Учитель біології: як ви знаєте, в нашому організмі протікають єдині біохімічні процеси. Сьогодні ми спробуємо ще раз це довести. Робота на семінарському занятті буде будуватися відповідно до переліку питань, з яким ви ознайомлені заздалегідь. По ходу уроку ви повинні будете виконати різнорівневі завдання:

розділ: педагогіка
Кількість знаків з пробілами: 55680
Кількість таблиць: 7
Кількість зображень: 7

... інженерію. Необхідно відзначити, що якщо базовий стандарт з хімії не передбачає вивчення питань біотехнології, то такий з біології містить найбільш загальні її аспекти: досягнення генної інженерії і перспективи біотехнології. 2.2 Міжпредметні зв'язки з вивчення аспектів біотехнології в середній школі За програмою Р.Г. Іванової та Л.А. Цвєткова в 10 класі передбачено вивчення теми ...

... (9, 10 клас). Таким чином, можна зробити висновок про те, що розробка елективного курсу по даній темі є актуальною. ГЛАВА II. РОЗРОБКА ШКІЛЬНОГО Курси за «ПОЛІМЕРИ НАВКОЛО НАС» II. 1. Програма курсу профільної орієнтації для учнів 9 класу в рамках допрофільної підготовки з курсу «Полімери навколо нас» Пояснювальна записка Програма елективного курсу «Полімери ...

... Глава 3. Вивчення впливу педагогічних умов на ступінь сформованості мотивації у школярів допрофільних класів Ступінь сформованості мотивації і педагогічні умови, які впливають на розвиток мотивації у школярів при вивченні хімії, вивчалися виходячи з педагогічного дослідження, проведеного на базі МОУ «Середня загальноосвітня школа № 66 »м Пензи. Воно полягало в ...

... експериментального майданчика був обраний 9 А клас. В цьому класі 29 осіб: 17 хлопчиків і 12 дівчаток. Мета експерименту: виявлення психолого-педагогічних умов професійного самовизначення учнів в процесі навчання біології; а також формування стійкої позитивної мотивації до вивчення курсу біології та розвиток професійного самовизначення учнів при вивченні курсу "Загальна ...