Вопросы для контроля
Какие химические элементы преобладают в составе живых организмов?
Что такое микроэлементы?
Какие неорганические ионы содержатся в клетке?
Какова роль воды в жизнедеятельности клетки?
Назовите функции нерастворимых неорганических веществ в клетке.
Какие цветные реакции доказывают наличие белка?
Что такое денатурация? Может ли она быть обратимой?
Какие химические свойства характерны для белков? Приведите примеры.
Почему соли тяжелых металлов вызывают отравление организма?
Почему при попадании кислоты на кожу происходит ожог?
Как проявляется активность фермента каталазы в живых и мертвых тканях?
Как влияет измельчение ткани на активность фермента?
Различается ли активность фермента в живых тканях растений и животных?
Как бы вы предложили измерить скорость разложения пероксида водорода?
Как вы считаете, все ли организмы содержат каталазу – фермент, обеспечивающий разложение пероксида водорода?
Укажите основные особенности первичной, вторичной, третичной и четвертичной структур белка.
Каковы основные функции белка?
Какие углеводы содержатся в клетках животных и растений? Охарактеризуйте биологические функции углеводов.
На основании каких общих особенностей вещества относят к липидам?
Каковы биологические функции липидов?
Какие группы химических соединений представлены в числе липидов?
Перечислите основные разновидности нуклеиновых кислот.
Что такое принцип комплементарности?
Сравните функции ДНК и различных видов РНК.
Как используются в клетке макроэргические соединения?
Глава 2. Изучение вопросов биохимии в средней школе
Курс химии средней школы включает в себя самые разнообразные направления современной науки: общую, неорганическую, органическую, физическую и биологическую химию. Задача учителя состоит в том, чтобы показать учащимся взаимосвязи между различными отраслями химии, а также между химией и другими областями знаний, чтобы в сознании школьников выстраивалась целостная картина мира.
Биохимический материал способен изменить отношение школьников к химии. Традиционное содержание предмета создает у учащихся впечатление, что главное достижение науки химии — это современное химическое производство, ставшее одной из причин загрязнения среды обитания и ряда других негативных явлений. Биохимический компонент содержания школьного химического образования раскрывает значение химических исследований для разгадки самых сокровенных тайн природы — сущности и возникновения жизни на планете. При этом меняется угол зрения на цели и задачи химии, делается акцент на поиск путей построения гармоничных отношений общества и природы, в том числе и в сфере химического производства.
Кроме того, биохимические знания и эксперимент важны и для химико-экологического образования. Биохимический эксперимент позволяет обнаружить эффекты от воздействия различных факторов внешней среды на живые организмы, а биохимические знания — интерпретировать результаты исследований, раскрывая химические механизмы этих воздействий.
К сожалению, приходится констатировать, что выпускники педагогических вузов не готовы к реализации многогранных возможностей биохимического содержания школьного курса химии. Рассмотрим причины этого.
К числу объективных причин, не зависящих от подготовленности учителя, относится раздробленность биохимического содержания между разделами школьного курса химии. При этом в школьных программах, представленных разными авторами, объем биохимического материала довольно значителен, но его размещение не позволяет школьникам составить целостное представление о химических законах, действующих в живых системах. Рассеянность биохимического материала приводит к потере его обобщающего значения по отношению к химическим знаниям.
К субъективным причинам недостаточно высокого уровня освещения биохимических вопросов в школе относится слабая методическая подготовка выпускников педагогических вузов.
Задачи курса биохимии, ориентированного на методическую подготовку студентов
Соотнесение каждой темы вузовского курса со школьной программой по химии и биологии для того, чтобы установить, какие именно знания и умения и в каком объеме должны усвоить школьники, а также в какие темы и разделы эти знания включены.
Обучение будущих учителей такой схеме анализа биохимических понятий, которая позволила бы использовать эти понятия для обобщения химических знаний.
Обучение студентов планированию и использованию биохимического эксперимента в школьном курсе химии.
Закрепление методических умений, которые студенты приобретают в процессе изучения курса методики преподавания химии, на биохимическом материале (постановка педагогических целей и задач, учебных проблем, организация учебной деятельности школьников по их решению с применением определенных методов, форм и средств обучения).
Чтобы решить поставленные задачи, потребовалось внести изменения в структуру содержания курса биохимии, который переполнен частными фактами в ущерб формированию целостной картины обмена веществ. Для будущего учителя важно усвоить главную идею курса, т. е. уметь объяснить, каким образом из неживых химических структур возникает новое качество — жизнь.
В связи с этим содержание курса биохимии для будущих учителей было выстроено на основе принципа содержательного обобщения1. В соответствии с этим принципом в основу содержания положено одно наиболее общее понятие — обмен веществ, а изложение построено по принципу «от общего к частному». Понятие «обмен веществ» фиксирует главную идею биохимии, суть которой состоит в том, что ни одна химическая структура, взятая в отдельности, не является живой, только взаимное влияние, взаимосвязь, взаимная обусловленность химических структур и процессов приводят к возникновению жизни. Взаимосвязь структур и процессов, их взаимное влияние и взаимное проникновение и составляют обмен веществ. Наличие самопроизвольно протекающего внутреннего и внешнего обмена веществ служит существенным отличием биологической системы от систем неживой природы.
Весь последующий процесс изложения основ биохимии представляет собой наполнение общего и абстрактного понятия «обмен веществ» конкретным содержанием. Для этого каждое новое понятие биохимии соотносится с понятием «обмен веществ», встраивается в него и тем самым его конкретизирует. Процесс встраивания частных понятий в наиболее общее основывается на установлении между ними связей различных типов. В результате сложилась схема анализа каждого биохимического понятия на трех уровнях, основанная на целостном подходе к изучению любого объекта.
Во-первых, схема предусматривает возможность установления эволюционных связей биохимического объекта, выяснения его происхождения. Эволюционный подход позволяет определить, какие характеристики объекта являются существенными, отличают его от аналогичных объектов неживой природы. Например, установление отличительных особенностей строения белков по сравнению с другими классами полимеров через анализ их происхождения дает возможность объяснить особую роль, которую играют белки в химической организации живого.
Исследование эволюции химических процессов позволяет выявить особенности процессов биологического окисления и синтеза, которые лежат в основе целостного обмена веществ.
Во-вторых, для каждого понятия биохимии можно установить структурно-функциональные связи, позволяющие осмыслить зависимость между химической организацией и биологическими функциями структур и процессов.
В-третьих, можно определить экологические связи объекта. Экологический подход дает возможность рассмотреть вклад той или иной химической структуры или процесса в поддержание жизни биологических систем разных уровней организации (клетка, организм, популяция, биогеоценоз, биосфера), а также зависимость химической целостности биосистем от разнообразных факторов окружающей среды (абиотических, биотических, антропогенных).
Для того чтобы соединить в целостном учебном процессе усвоение биохимического содержания и методических умений, мы используем метод моделирования проблемных методических ситуаций. Условием решения методической проблемы является осознание студентами собственной учебной деятельности в сравнении с профессиональной деятельностью учителя химии и биологии. Будущему учителю нужно уметь посмотреть на один и тот же учебный материал как глазами студента-ученика, так и глазами учителя.
Взгляд учителя — это взгляд изнутри содержания: анализ структуры изучаемого материала, постановка педагогических целей, выделение учебных проблем, моделирование учебных проблемных ситуаций и выбор форм, методов и средств их разрешения.
Учащийся воспринимает учебный материал как целое — это взгляд на содержание как бы сверху. Для ученика важно субъективное восприятие — интересно или неинтересно, понятно или непонятно, трудно или легко. Взгляд на учебный материал с таких позиций позволяет учителю выявить интересы, мотивы, субъективные затруднения школьников при изучении той или иной темы.
Для того чтобы побудить студента проанализировать изучаемый материал с точки зрения учителя, мы использовали методические проблемные ситуации.
Проблемная ситуация 1. Представьте себе, что вы учитель химии (биологии), начавший подготовку к системе уроков по теме «Белки, их строение, свойства и биологические функции». Какие новые понятия должны усвоить учащиеся при изучении этой темы? Как оценить готовность класса к восприятию нового материала? Какие опорные понятия потребуется актуализировать перед началом изучения темы?
Для разрешения данной проблемной ситуации необходимо проанализировать школьные программы по химии и биологии. Новые и опорные понятия нужно разбить на три группы в зависимости от типа связей, которые они позволяют установить между наиболее общим понятием «обмен веществ» и понятием «белки». В результате будущие учителя получат представление об объеме и структуре изучаемой темы в школьных курсах химии и биологии.