В.Г. СМЕЛОВА,
учитель биологии МОСШ N 7,
г.Ноябрьск, Ямало-Ненецкий а/о.

Строение клетки

Модульное обучение

В последнее время всё больше учителей-практиков склоняются к мысли о том, что процесс обучения в школе, особенно в старших классах, не должен сводиться к простой передаче некой суммы знаний от учителя к ученику. Важно научить школьников самостоятельно добывать знания, направлять их поиск, т.е. осуществлять мотивационное управление их учением. В этой ситуации особая роль отводится системе модульного обучения, которая интегрирует всё прогрессивное, что накоплено в педагогической теории и практике, и обеспечивает образовательные потребности каждого ученика в соответствии с его склонностями и возможностями.

Не затрагивая подробно все аспекты данной методики, о которой много написано в последние годы в разных методических изданиях, мне хотелось бы предложить свой опыт развития гибкого управления деятельностью учащихся, переходящего в самоуправление, при изучении темы «Строение клетки». Основная идея — использование кибернетического подхода. Учитель выстраивает алгоритмы действия учащихся при работе с учебной литературой и на выходе получает не только сформированность учебно-познавательных навыков (составление плана выступления, умение пользоваться языком науки), но и учебно-организаторских умений (планировать текущую и перспективную учебную работу, организовывать себя на составление задачи и её решение).

Перед учащимися ставится комплексная дидактическая цель — добиться полного усвоения знаний о клетке как единице строения и функций живого организма. Совокупность модулей, обеспечивающих достижение этой цели, включает алгоритмы по изучению каждого из органоидов клетки. Алгоритм содержит два основных учебных элемента. УЭ-1 — самостоятельное изучение строения органоида, и УЭ-2 — подготовка выступления перед классной аудиторией по этому вопросу. Алгоритмы составлены по двум уровням сложности: первый уровень — усвоение учебного материала с использо-ванием лишь одного учебника; второй уровень — ориентация на изучение учебного содержания следующих тем с использованием нескольких учебников, в том числе и вузовского уровня.

Для составления алгоритмов был взят широко используемый во многих школах с углублённым изучением биологии учебник «Биология» (авт. Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор. Т.1. — М.: Мир, 1990).,

Работу с алгоритмом ученик может осуществлять как в классе (при наличии времени), так и дома или в библиотеке. Наиболее эффективный — вариант домашней работы с последующей консультацией у учителя.

Кажущаяся на первый взгляд подробность составления алгоритма совершенно оправдана на первых этапах формирования учебно-познавательных навыков. Следующий этап — составление самим учеником алгоритма подготовки к выступлению по заданному разделу программы.

Параллельно с изучением темы «Строение клетки» осуществляется постановка спектакля «Жизнь и смерть клетки обыкновенной» (см.: «Биология», 13/1996). Таким образом происходит глубокое погружение в тему и формируется взгляд на неё изнутри, что в конечном счёте обеспечивает её полное усвоение.

Всего на изучение темы «Строение клетки» отводится 10 уроков, из которых девятый урок — лабораторный практикум «Строение растительной, животной, бактериальной и грибной клеток под микроскопом» и десятый урок — контрольная работа.

Урок 1. КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ

Цель: сформировать у учащихся целостное представление о строении клеточных мембран в связи с выполняемыми ими функциями;

— начать формирование навыков учащихся по работе с алгоритмами подготовки сообщения на заданную тему;
— воспитывать чувство ответственности за выполнение заданного объёма работы.

Оборудование: таблицы «Строение животной клетки», «Строение растительной клетки», «Строение бактериальной клетки», «Строение плазмалеммы», термины по теме, учебник Н.Грина, У.Стаута, Д.Тейлора «Биология». Т.1.

ХОД УРОКА

I. Организационный этап

II. Подготовка к осознаному восприятию нового материала. Вступительное слово учителя о роли мембран в жизнедеятельности клетки и их разнообразии

Мембраны играют ключевую роль как в структурной организации, так и в функционировании всех клеток — прокариотических и эукариотических, растительных и животных. Данные, полученные при изучении клеток млекопитающих методом электронной микроскопии, свидетельствуют о наличии широко развитой сети внутриклеточных мембранных образований, которая занимает значительную часть внутреннего объёма клетки. Мембраны формируют клеточные отсеки (компартменты), которые участвуют в образовании некоторых клеточных органоидов (ядро, митохондрии, хлоропласты, комплекс Гольджи, лизосомы), с мембранами связаны многие клеточные ферменты, с участием мембран протекают многие жизненно важные процессы в клетке, такие как образование АТФ, репликация прокариотической ДНК, биосинтез белков и их секреция, функционирование систем гормонального ответа и др.
Сейчас уже не вызывает сомнений, что основные принципы структурной организации всех мембран по сути одинаковы.

III. Изучение нового материала

1. Модели клеточных мембран

А. Рассказ учителя о начале исследований мембраны.

В середине XIX в. был осознан факт, что плазматическая мембрана, окружающая клетки, представляет собой вполне определённую структуру.

В конце XIX в. Овертон обратил внимание на корреляцию между скоростью, с которой небольшие молекулы проникают в растительные клетки, и их коэффициентом распределения между маслом и водой; это привело его к мысли о липидной природе мембран.

В 1925 г. Гортер и Грендел провели элегантный и простой эксперимнт с мембранами эритроцитов с целью установления количества липидных слоёв в мембране.

Учащимся предлагается внимательно прослушать схему эксперимента и самостоятельно попробовать сделать вывод.

1. Взяли определённое количество эритроцитов (1000 шт.)
2. Липиды эритроцитов экстрагировали ацетоном.
3. В кювете Лэнгмюра получали из них тонкую плёнку на поверхности воды.
4. С помощью поплавка сжимали слой липидных молекул на границе раздела вода—воздух до тех пор, пока этот слой не начинал оказывать сопротивление дальнейшему сжатию — образовалась плотноупакованная мономолекулярная липидная плёнка.
5. Измерили площадь, занимаемую липидами (А).
6. Вычислили общую площадь поверхности взятых эритроцитов. (В).
7. Соотношение А : В оказалось равным 2 : 1

Какой вывод сделали Гортер и Грендел?

— Мембрана эритроцитов состоит из липидных молекул расположенных в два слоя.

Б. Заслушивание выступающего по алгоритму «Модели клеточных мембран». (Cм. Приложение 1).

В. Конкретизация. Учащиеся фиксируют в тетради историю изучения клеточной мембраны в виде таблицы.

2. Строение и функции клеточных мембран

А. Выступление учащегося по алгоритму «Клеточные мембраны: функции, строение». (См. Приложение 2).

Б. Конкретизация. Учащиеся записывают в тетради функции клеточных мембран.

Учащиеся заносят в тетрадь сведения о липидах мембраны.

В. Рассказ учителя о мембранных белках.

Рассказ сопровождается вычерчиванием на доске схемы жидкостно-мозаичной модели мембраны с обозначением поверхностных, погружённых и трансмембранных белков и пояснением выполняемых ими функций.

Например:

— поверхностные белки — гликопротеины — комплекс белка и гликозильного компонента (разветвлённой олигосахаридной цепи) — рецепторная функция;
— погружённые белки — ферменты, переносчики электронов, преобразователи энергии;
— трансмембранные белки — образуют каналы или поры, через которые в клетку и из клетки проникают полярные молекулы и т.д.

IV. Первичная проверка понимания

1. Расположите последовательно

1) Бислой липидов, окружённый двумя слоями белка.
2) Мембраны состоят из липидов.
3) Бушующий океан липидов, в котором плавают айсберги белков.
4) Липиды в мембране расположены в два слоя.

(Ответ: 2 — 4 — 1 — 3)

2. Найдите пару

(Ответ: 1-Б, 2-В, 3-А)

V. Выводы.

1. Как правило толщина клеточных мембран составляет 7,5 нм.
2. Мембраны — это липопротеиновые структуры (липид+белок). К некоторым липидным и белковым компонентам на внешней поверхности мембраны присоединены углевод-ные компоненты.
3. Липиды спонтанно образуют бислой.
4. Мембранные белки могут по разному располагаться в мембране и выполнять разные функции.
5. Гликозильные (углеводные) группы связаны с механизмом распознавания.
6. Две стороны мембраны отличаются друг от друга по составу и свойствам.
7. Мембранные липиды и белки могут двигаться в мембране, если только они не ограничены в своём передвижении.

VI. Задание на дом.

§ 7 (плазматическая мембрана) по учеб. под ред. Д.К. Беляева, проработать материал, записанный в тетрадях.

Приложение 1.

Алгоритм для изучения темы «Модели клеточных мембран»

УЭ-0. Интегрирующая цель: проработав материал учебника, ты должен понять:

— в чём принципиальное отличие трёх моделей клеточных мембран;
— почему модель Сингера и Николсона считается наиболее верной.

УЭ-1. Цель: отработать навыки работы с учебной литературой.

Последовательность действий.

1. Пойди в библиотеку и возьми учебник «Биология» (Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор. Т.1.)
2. Приготовь ручку, тетрадь и чистый лист бумаги.
3. Открой книгу на с.218. Нужный тебе материал начинается со слов: «На рис.7.8 изображена мицелла...». Внимательно прочитай весь абзац до слов: «...мембраны эритроцита». Рассмотри рис.7.9.
4. Как ты думаешь, почему модель Давсона и Даниэлли назвали «моделью сэндвича»?
(Справка: сэндвич — закрытый бутербод).
5. Запиши в тетрадь фамилии этих учёных, год открытия ими модели мембраны и сделай рисунок этой модели.
6. Внимательно прочитай следующие два абзаца со слов: «В 1959 г. ...» — и до слов: « ...поверхность мембраны».
7. Есть ли принципиальные отличия модели мембраны Робертсона от модели Давсона и Даниэлли?
8. Выпиши в тетрадь фамилию Робертсона, год создания его гипотезы и основные постулаты:

а)
б)
в)

9. В чём заключается преимущество метода «замораживания — скалывания» перед химической фиксацией мембраны?
10. Внимательно прочитай последние два абзаца до параграфа «Белки».
11. Чем модель мембраны Сингера и Николсона отличается от модели Давсона и Даниэлли? Почему проводится аналогия первой модели с бушующим морем, в котором плавают айсберги? Какое органическое вещество символизирует айсберги, а какое — бушующее море?
12. Запиши в тетрадь фамилии Сингера и Николсона и год создания их модели.
13. Внимательно рассмотри рис.7.11. на с.220. На первый взгляд он кажется громоздким и непонятным. Сосредоточься на рис. А. в правом верхнем углу. Сравни его с предлагаемым ниже рисунком; разберись, где находятся липиды, где белки и какими тремя способами белки могут располагаться в мембране. В этом тебе помогут учебник биологии под ред. А.О. Рувинского (с.47, рис.17), учебник биологии под ред. Д.К. Беляева (с.34, рис.12). Сравни все рисунки между собой.

 Схема строения клеточной мембраны.

14. Теперь отложи в сторону книгу и сделай перерыв.

УЭ-2. Цель: подготовить сообщение по изученной теме для выступления на уроке.

1. Подготовься к выступлению на семинаре. В ходе изложения материала ты можешь пользоваться своими записями. Составь чёткий схематичный план и напиши его крупным шрифтом на отдельном листе (чтобы удобно было подсматривать). Несколько раз прорепетируй своё выступление дома и постарайся уложиться в 10—12 мин.
2. Во время выступления не забывай записывать на доске фамилии учёных, даты их открытий и делать рисунки мембран.

Приложение 2.

Алгоритм для изучения темы «Клеточные мембраны: функции, строение»

УЭ-0. Интегрирующая цель: проработав материал учебника, ты должен получить чёткое представление о строении и функциях клеточной мембраны.

УЭ-1. Цель: закрепить навыки работы с учебной литературой.

Последовательность действий.

1. Пойди в библиотеку и возьми учебник «Биология» (авт. Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор.Т 1)
2. Настройся на рабочий лад, отключи телефон.
3. Приготовь тетрадь, чистый лист бумаги, ручку или карандаш.
4. Открой книгу на с.213 и найди § 7.2.1 «Клеточные мембраны». Внимательно прочитай первый абзац со слов: «Клеточные мембраны играют важную роль...» — и до слов: «...как функционирует клетка».
5. Выпиши все функции, которые рассмотрены в абзаце, по порядку:

1.
2.
3.
4.

а)
б)

5.

6. Внимательно прочитай следующий абзац со слов: «С конца прошлого века...» — и до слов: « ...а другие нет».
7. Что такое избирательная проницаемость мембран. Выпиши определение на листок. Что такое диффузия? Определение этого понятия можно найти в учебнике физики или химии. Выпиши его на листок.
8. Внимательно прочитай следующие два абзаца, начинающиеся со слов: «Ранние работы...» — и заканчивающиеся словами: « ...от фосфолипидов и гликолипидов». (Тебе придётся перелистнуть с.214-217).
9. Вспомни, какие растворители относятся к органическим (посмотри в учебнике химии). Почему их так называют? Выпиши названия на листок.
10. Почему учёные предположили, что в состав мембран входят липиды? Как это было доказано?
11. Что собой представляет полярная группа или молекула? Выпиши определение на листок. Что такое неполярная группа или молекула? Выпиши определение (см. с.218).
12. Твоя задача — разобраться в том, чем отличаются друг от друга, а в чём сходны молекулы фосфолипидов, гликолипидов и стеролов. Открой тетрадь по биологии, найди конспект лекции, посвящённой липидам и вспомни данный материал.
13. Заполни таблицу.

14. Внимательно прочитай следующие два абзаца, начинающиеся со слов : «Если по поверхности...» — и заканчивающиеся словами: «...на его поверхности».
15. Что такое монослой? Выпиши определение. Зарисуй. Что такое мицелла? Выпиши определение. Зарисуй.
16. Сделай перерыв в работе.

УЭ-2. Цель: подготовить сообщение к уроку по изученной теме.

1. Подготовься к выступлению на семинаре. В ходе изложения материала ты можешь пользоваться своими записями. Составь чёткий, схематичный план и напиши его крупным шрифтом на листе бумаги (чтобы удобнее было подсматривать).
2. Начни с рассказа о функциях мембран. Записывать их на доске нет необходимости, но после рассказа ещё раз медленно повтори все функции, чтобы ученики успели записать. Термины «диффузия» и «избирательная проницаемость» выпиши на доске и продиктуй их определения.
3. Рассказ о липидах, входящих в состав клеточных мембран, проиллюстрируй начерченной на доске таблицей. Определение термина «Стеролы» продиктуй классу.
4. В заключение выступления расскажи о функциях и строении монослоя и мицеллы. Это новые термины, и их следует выписать на доске и проиллюстрировать рисунками.
5. Несколько раз прорепетируй своё выступление дома и постарайся уложиться в 12—15 мин.

Продолжение следует