Статьи • 27.06.2023
383

Нестандартный подход в изучении сложных тем по биологии с сервисом «Облако знаний»

Показываем на конкретных примерах, как научная фантастика помогает в изучении биологии. И какие задания сервиса «Облако знаний» можно использовать, чтобы закрепить сложные темы.

В школьном курсе биологии есть темы, которые вызывают затруднения у обучающихся. Среди них: реакции матричного типа в молекулярной биологии, теория симбиогенеза и некоторые другие вопросы эволюционной теории, особенности обмена веществ и строения представителей разных царств живой природы. Как учителю заинтересовать учеников, донести до них сложные темы? Помогает в этом нестандартный подход в объяснении.

Пример 1. Теория симбиогенеза (эндосимбиотическая теория)

Согласно данной теории в какой-то момент развития ранний предок эукариотической клетки поглотил использующую кислород нефотосинтезирующую прокариотическую клетку, и между ними установились взаимовыгодные отношения.

В курсе биологии изучаются такие процессы, как фаго- и пиноцитоз, внутриклеточное расщепление сложных веществ с участием ферментов лизосом, поэтому у учеников может возникнуть вопрос: почему поглощённые клетки не подверглись расщеплению и последующему внутриклеточному перевариванию? Почему поглощённые клетки стали эндосимбионтами? В чём заключалась выгода для будущих митохондрий и хлоропластов? Какие признаки сближают митохондрии и хлоропласты с прокариотами?

Задания сервиса «Облако знаний» помогают закрепить особенности строения органоидов клетки.

Задания сервиса «Облако знаний» помогают закрепить особенности строения органоидов клетки.

Ещё один сложный для усвоения момент: имея собственную ДНК и рибосомы, митохондрии и хлоропласты тем не менее нуждаются в «центральном» управлении ядром клетки. В настоящее время достоверно известно, что многие ферменты и белки, необходимые для функционирования митохондрий, кодируются хромосомами ядра клетки. Необходимые митохондриям вещества синтезируются в цитоплазме клетки и только потом транспортируются в них.

Запомнить процесс образования клеточных эндосимбионтов в виде митохондрий и хлоропластов поможет небольшой текст, написанный в жанре научной фантастики:

Капитан: Экипаж «Прото-1», внимание! Нас окончательно поглотила вражеская станция! Они подключились к нашей энергетической системе.

Штурман: Капитан, разрешите ещё раз отправить другим нашим кораблям сигнал бедствия?

К.: Послушайте, штурман, мы уже отправляли его двадцать семь раз сегодня и три сотни раз вчера. Всех захватили, наш флагман был последним.

Ш.: Что тогда прикажете делать?

К.: Мы усилили защитные экраны, разрушить они нас не могут! Готовьте капсулы для внедрения изменённого программного кода, покажем этим отморозкам!

Хозяин: Внимание, экипаж «Прото-1»! К вам обращается высший разум и по совместительству ваш хозяин. Прекратите сопротивление, отзовите свои вредоносные программы!

К.: Что, не нравится?! Мы будем мстить вам, подлые захватчики!

Х.: Экипаж «Прото-1», снаружи агрессивная среда. Вы не выживете, если мы вернём вас обратно. Прекратите внедрять изменённый программный код, семьсот тысяч наших организменных симбиотических систем уже погибло из-за мутаций вместе с вашими кораблями! Нам нужен мир!

К.: Нам тоже! И желательно весь! Мы готовы пойти на любые жертвы ради свободы, это вы без нашей энергосистемы не сможете утилизировать свои токсины!

Х.: Экипаж «Прото-1», предлагаем сделку: мы даём вам защиту, а вы отдадите приказ не внедрять свой изменённый программный код? И немного поделитесь энергией...

К.: Сделка? Мы согла… Нет! Больше прав!

Х.: Всё им мало… Чего ещё хотите?!

К.: Так, записывайте по пунктам. Полная защита и договор о ненападении. Автономия и выделенная линия для передачи нашей конфиденциальной информации. Гарантированный доступ к управлению вашей организменной симбиотической системой и личный обслуживающий персонал. Ещё нам нужно полное пожизненное довольствие, включая индивидуальные поставки кислорода.

Х.: За наш счёт?! Вам там не слипнется?

К.: Ладно, уговорили. Избытком энергии с наших генераторов поделимся, если будете хорошо себя вести. Но это не точно…

Голос разума: Хозяин, ты хочешь согласиться на такие условия? Они же сожрут все наши ресурсы и потребуют ещё.

Х.: Не потребуют. Они пока не разобрались, но наш геном уже кодирует синтез их собственных белков. Да и строить новые корабли они смогут теперь только под нашим руководством. Нечего было внедрять свой программный код…(орфография и пунктуация автора сохранены, – прим. редакции).

© Н.Н. Кириллова

Пример 2. Возникновение первых живых организмов

Долгое время одной из ведущих теорий происхождения живого на Земле была коацерватная теория академика А.И. Опарина. Согласно этой теории коацерваты возникли в первичном бульоне. По способу питания пробионты были анаэробными гетеротрофами.

Изучение вопроса происхождения жизни на Земле необходимо начинать с формирования у обучающихся знаний о возможных способах получения питательных веществ и энергии ныне существующими живыми организмами.

Экспериментальное подтверждение теория Опарина-Холдейна получила после проведения опытов по моделированию условий абиогенного синтеза в аппарате Миллера-Юри. По итогам эксперимента в установке появились аминокислоты, сахара, жиры, а также предшественники нуклеиновых кислот, что позволяет предположить принципиальную возможность такого пути возникновения жизни.

Выполняя интерактивные задания, обучающиеся определяют соответствие между элементами установки Миллера и Юри и возможными процессами на древней Земле.

Выполняя интерактивные задания, обучающиеся определяют соответствие между элементами установки Миллера и Юри и возможными процессами на древней Земле.

Для подготовки к ЕГЭ по биологии и в углублённом курсе биологии в школе рассматривается гипотеза Claudia Huber and Günter Wächtershäuser: абиогенный синтез, возможно, происходил в подводных вулканических источниках, и первыми организмами были хемоавтотрофы, которые встраивались в геохимические циклы. В экосистемах недавно обнаруженных подводных «чёрных курильщиков», своеобразных оазисах жизни на глубинах свыше 2000 метров, сосуществуют хемоавтотрофные бактерии (продуценты) и некоторые виды животных (консументы), но отсутствуют растения.

Интерактивные задания «Облака знаний» помогают обобщить информацию обо всех теориях происхождения жизни на Земле.

Интерактивные задания «Облака знаний» помогают обобщить информацию обо всех теориях происхождения жизни на Земле.

Для усвоения и запоминания названных гипотез происхождения жизни на Земле можно вместе с обучающимися разобрать отрывок из научно-фантастического романа Н.Н. Кирилловой «Троподианский аквариум» и предложить найти в тексте аргументы, подтверждающие те или иные гипотезы. А заодно порассуждать о том, могла ли эволюция пойти по пути закрепления автогетеротрофности у многоклеточных организмов и наличие каких продуктов обмена веществ доказывает гетеротрофное питание описываемых во фрагменте организмов:

— Мы — самая древняя ветвь эволюции, особь Грант, — чуть качнул опушенной верхушкой синторианин, — и самая развитая.

Профессор склонил голову, скрывая усмешку: говорящие кактусы совсем осмелели. Обогащенная газовая смесь действовала на них хорошо. Настолько хорошо, что говорящие растения больше не просили дополнительного освещения, так и сидели в полутьме, освещаемые лишь несколькими светодиодами аварийного освещения теплицы. Только вот лабораторным мышам, похоже, перемены не понравились, из клетки на соседнем столе за неделю пропало четыре образца. Разбежались? Он и сам не мог понять, да и не до этого сейчас. Глядя через настольную лупу, он пытался вынуть из-под кожи последний оставшийся шип этих самых растений, возомнивших себя венцом эволюции. Сегодня синториане попросили подложить новый грунт в самую середину колонии, росли они густо, так что без заноз не обошлось.

— Разум во Вселенной появился вместе с нами. Мы и есть разум!

— Боюсь, что кроме способности говорить, разумной форме жизни желательно обладать рядом других биологических особенностей.

— Мы — потомки самых первых живых организмов. Лука (LUCA, Lust Universal Common Ancesor – последний общий предок всех живых организмов на Земле, – прим. редакции) был одним из нас.

— Вообще-то первые организмы по теории одного земного ученого были гетеротрофами, а у вас самый типичный автотрофный процесс получения питательных веществ. — Грант наконец отложил пинцет и откинулся на спинку стула. Троллить кактусы? Почему нет? На счет их интеллектуальных способностей он, пожалуй, не сомневался: теорию Опарина-Холдейна они знали, но вот заносчивость растений переходила все пределы.

На днях пропал его ассистент, скорее всего, сбежал в поисках более выгодной оплаты своего труда, и теперь ухаживать за этими говорящими кактусами, подключать им обогащенную газовую смесь и подливать воды в систему орошения приходилось ему самому. И выслушивать их, кстати, тоже. Как они ему надоели! «Ещё немного и я сам буду искать новое место работы», — подумал он, глянув на покачивающиеся верхушки.

— Гетеротрофами? Ошибаешься, — произнес кактус и как-то странно хлюпнул, как будто усмехнулся. — Люди ошибаются очень часто. Но тех ваших учёных мы бы послушали... — он хлюпнул еще раз. — И тебя тоже. Подкрути-ка подачу воды на сектор утилизации азотистых веществ… (орфография и пунктуация автора сохранены, – прим. редакции).

© Н.Н. Кириллова

Таким образом, использование в курсе биологии интерактивных заданий сервиса «Облако знаний» и научно-фантастических текстов повышает вовлечённость обучающихся, помогает мотивировать их, а учителю даёт возможность сделать сложные темы понятными и запоминающимися.

Материал подготовлен при помощи эксперта – методиста «Облака знаний» Наталии Кирилловой.

Было полезно?

Рекомендуем

Вы учитель или ученик?
Познакомьтесь с нашим образовательным онлайн-сервисом с тысячами интерактивных работ
Учителю
Удобно проводить уроки в классе, назначать работы на дом и анализировать результаты всего класса или конкретных учеников
Ученику
Самостоятельно изучать новые и повторять пройденные темы, готовиться по индивидуальной траектории и оценивать результаты на наглядных графиках
Зарегистрироваться в «Облаке знаний»