Изучение вопросов биотехнологии в курсе химии средней школы (стр. 13 из 18)

В 11 классе программой предусматривается рассмотрение темы «химия и общество» (8 ч.). Необходимо отметить наличие в ней следующих вопросов: биотехнология и генная инженерия, а также химия и пища. В учебнике О.С. Габриеляна Г.Г. Лысовой, реализующих данную программу, тема содержит объёмный материал, но методам очистки сточных вод и биохимическим основам пищевой промышленности практически ничего не отводится.

Н.С. Ахметов в 9 классе при изучении «металлургии» затрагивает проблемы безотходного производства и охраны окружающей среды. При этом возможно включение основ биометаллургии. Также автор предлагает рассмотрение темы «химия и охрана окружающей среды», в частности вопросов охраны гидросферы.

В учебнике 10–11 классов в разделе «химия и химическая технология» рассматривается производство этанола из древесины, а также «охрана гидросферы» и «биогеохимические процессы».

Г.И. Шелинский предусматривает тему «роль химии в прогрессивном развитии человеческого общества» в 11 классе.

Программа Н.Е. Кузнецовой, И.П. Титовой, А.Ю. Жегина, Н.Н. Гара предназначена для общеобразовательных учреждений естественнонаучного профиля, поэтому в ней прослеживается экологизация курса химии. Авторы раскрывают роль химии в обеспечении жизни и прогрессивном развитии общества. И в 10 классе предлагаются темы: «вещества живых клеток» – полипептиды в природе (гормоны, антибиотики), а также «особенности процессов биотехнологии» – микробиологический синтез, применение генной инженерии и белковой инженерии, бактериальное выщелачивание, проблемы экологического и гуманитарного характера.

В 11 классе авторы рекомендуют темы «гидросфера», где рассматриваются биологические методы очистки воды и «биосфера», где затрагивается проблема микробиологического белка.

Л.С. Гузей, Р.П. Суровцева и Л.М. Кузнецова в своих программах не затрагивают, в явной форме, вопросы биотехнологии.

2.3 Вывод (оптимизация изучения основных направлений биотехнологии в средней школе)

Проанализировав школьные учебники и программы относительно содержания в них материала по вопросам биотехнологии, можно сделать вывод о том, что далеко не все программы предусматривают рассмотрение последних, а если и рассматривают, то в неполном объёме. Таким образом, помимо разработки единого комплекса уроков (элективного курса) по теме «особенности процессов биотехнологии» мы предлагаем примерный план включения материала с биотехнологическим уклоном в «стандартные» темы школьного курса химии.

Функция включения материала, в форме элективного курса – внутрипрофильная специализация обучения, в форме комплекса фрагментов – расширение знаний учащихся, преодоление оторванности учебного материала от жизни[1].

3. Разработка элективного курса и педагогический эксперимент

3.1 Тематическое планирование элективного курса «Основы биотехнологии»

1. Биотехнология. Биотехнологические процессы в пищевой промышленности.

2. Биотехнологическая переработка отходов.

3. Бактериальное выщелачивание.

4. Основы получения БАВ. Производство кормового белка.

5. Производство аминокислот, витаминов и антибиотиков.

6. Применение ферментов.

7. Практическая работа «Приготовление иммобилизованных ферментных препаратов.

8. Основы генной инженерии.

9. Применение генной инженерии.

10.Итоговая проверочная работа.

3.2 Поурочное планирование элективного курса

УРОК №1 по теме «Биотехнология. Биотехнологические процессы в пищевой промышленности»

Задачи:

1. Образовательная: знакомство с биотехнологией как ярким примером интеграционных взаимодействий научных дисциплин. Хронология развития биотехнологии. Основные биотехнологические процессы в пищевой промышленности допастеровской эры.

2. Развивающая а) развитие познавательного интереса учащихся при знакомстве с данным направлением человеческой деятельности;

б) формирование логического мышления в ходе изучения нового материала;

в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.

3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать познаваемость природы, на примере влияния человека на биотехнологические процессы пищевой промышленности;

б) воспитание такта и дисциплины на занятиях в общеобразовательном учреждении.

Ход урока:

1. Организация класса

2. Актуализация знаний

Биотехнология – что это такое? (мнения учащихся)

Биотехнология – использование в промышленности биологических систем или процессов (под запись).

Важно то, что человек смог создать самолет по принципу птицы, многоотсечные подводные лодки по принципу кольчатых червей (бионика – подражание природе), но даже не смог приблизиться к уникальности биологических систем в отношении узнавания и катализа (вспомните специфичность и активность ферментов).

Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди занимались пивоварением, пекли хлеб. Они придумали способы хранения и переработки продуктов путем ферментации (сыр, уксус), изготавливали простейшие лекарства и т.д. Однако только разработка методов генетической инженерии привела к «биотехнологическому буму», свидетелями которого мы являемся.

3. Изучение нового материала

Но пойдем по порядку.

В своем современном варианте биотехнология, пожалуй, наука синтетическая:

Но у вас не должно быть мнение о ней как о прикладной дисциплине: «Нет и еще тысячу раз нет: я не знаю такой науки, которую можно было бы назвать прикладной. Есть наука и есть области её применения, и они связаны друг с другом, как плод с взрастившим его деревом» (Луи Пастер, 1871 г.)

Съезд европейской ассоциации биотехнологов разделил развитие биотехнологии на пять этапов: (под запись) [16]

1) допастеровская эра (до 1865 года) – самобытные производства пива, вина, хлеба, сыра;

2) послепастеровская (1866–1940) – производство органических кислот, растворителей, кормовых дрожжей, вакцин, очистка сточных вод.

В конце 19 века Луи Пастер установил, что микробы играют ключевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании отдельных продуктов участвуют разные их виды;

3) эра антибиотиков (1941–1960) – началом которой послужило открытие Александром Флемингом способности Penicillium вызывать гибель микроорганизмов;

4) эра управляемого биосинтеза (1961–1975) – производство аминокислот, витаминов, ферментов. Достижения, главным образом, селекции и биохимии микроорганизмов;

5) эра генетической инженерии (70-е годы) – технология гибридных ДНК.

Сегодня мы разберем основные процессы допастеровской эры – производство некоторых продуктов питания (таблица выполняется на доске).

Пищевой продукт	Сбраживающие организмы	Основной процесс
Молочнокислые продукты	Стрептококки, молочнокислые бактерии	Молочнокислое брожение: C6H12O6 2CH3CH(OH) COOH глюкоза молочная кислота
Сыр	Молочнокислые бактерии, Ренин из сычуга	Маслянокислое брожение: C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + глюкоза масляная кислота + 2CO2 + 2H2 + образование сгустка казеина
Сметана, сливочное масло	Особые молочнокислые бактерии	Лимоннокислое брожение: C6H12O6 + H2O = C6H8O7 + 3Н2 лимонная кислота
Хлебопродукты	Дрожжи Saccharomyces	Анаэробное сбраживание глюкозы: C6H12O6 = 2C2H5OН + 2СО2
Изоглюкоза («кукурузный сироп»)	Гидролазы и изомеразы различных микроорганизмов	Гидролиз крахмала: (C6H10O5)n + n H2O = n C6H12O6 глюкоза Изомеризация глюкозы: 2n C6H12O6 = n C6H12O6 + n C6H12O6 глюкоза глюкоза фруктоза
Пиво, вино	Дрожжи Saccharomyces	Анаэробное сбраживание глюкозы: C6H12O6 = 2C2H5OН + 2СО2
Уксус (≥ 4º)	Acetobacter	Аэробное окисление спирта: (1) C2H5OН + 1/2О2 = [CH3C(O) H] + Н2О ацетальдегид (2) CH3C(O) H + 1/2О2 = CH3CОOH уксусная кислота

4. Вывод

Итак, изменилось ли ваше представление о биотехнологии, производстве продуктов питания?

УРОК №2 по теме «Биологическая переработка отходов»

Задачи:

1. Образовательная: изучение основ получения биогаза и очистки сточных вод. Знакомство с экологической биотехнологией.

2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса при знакомстве с новым направлением биотехнологии;

б) формирование логического мышления в ходе систематизации материала;

в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.

3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать использование человеком процессов и объектов живой природы для нужд общества;

б) воспитание мотивации к обучению в связи актуальности экологических проблем в современном мире.

Ход урока:

1. Организация класса

Вспомните, какой этап развития биотехнологии мы разобрали на предыдущем уроке?