Транспорт веществ через биологические мембраны и его изучение в школе

Транспорт веществ через биологические мембраны рассматривается в курсе общей биологии в старших классах при изучении раздела «Основы цитологии». Элективный курс «Поверхностный аппарат клетки» для 10 класса.

Ключевые слова: биомембраны, транспорт через биологические мембраны, элективный курс «Поверхностный аппарат клетки»; пассивный трансмембранный транспорт; активный трансмембранный транспорт; везикулярный транспорт веществ.

Главным и самым первым источником научной информации в деятельности школьника является учебник. Овладение учащимися умением рационально работать с учебником — важное условие для успешного самостоятельного выполнения заданий на уроке и дома, самообразования [1,2].

Исследование содержания учебников средней школы показало, что тема транспорт веществ через биологические мембраны в школе раскрыта не в полном объеме. В настоящее время единой программы по биологии, официально утвержденной Министерством образования и науки, не существует. Рассмотрев федеральный перечень учебников, рабочими программами по биологии рекомендованных к использованию в школах и убедились, что в изучение транспорта веществ через мембрану выделяют недостаточно количество часов.

Стоит отметить, что в единичных учебниках рассматривается активный и пассивный транспорт веществ через биологическую мембрану, хотя именно мембраны и мембранный транспорт обеспечивают поддержание постоянства внутренней среды как в одноклеточных, так и в многоклеточных организмах.

В ходе исследования было изучено 11 учебников, рекомендованных министерством образования из них с 5–6 класса по 11 класс, так же были рассмотрены учебники в старших классах с углубленным изучением биологии. В результате исследования выявлено, что тема транспорт веществ через биологические мембраны изучается постепенно. В средних классах с 5–8, учащимся предлагается термин «транспорт» и рассматривается это на самом простом уровне. Нет представления о самой организации биомембраны, транспортная функция представлено в основном везикулярным транспортом и то, не всегда в полном объеме. В 9 классе начинается введение в общую биологию, где постепенно начинает изучаться раздел «Основы цитологии», в котором рассматривается строение биологических мембран в отдельном пункте общей темы. Транспортная функция биологической мембраны раскрывается на том же уровне. В 10–11 классе, к сожалению, представления о строении клеточной мембраны не изменяются, нет представления о разновидности белков и липидов, которые включены в мембрану. В таких учебниках, транспорт веществ изучается только в рамках везикулярного транспорта. В большинстве, но не во всех учебниках, для углубленного изучения биологии для 10–11 класса, дается более полная картина о происхождении, строении биологических мембран, разбираются процессы активного и пассивного, везикулярного транспорта веществ, так же эти процессы наглядно проиллюстрированы.

В настоящее время в учебниках по биологии и общей биологии для средней школы биологическим мембранам практически не уделяется внимания, хотя именно мембраны и мембранный транспорт обеспечивают поддержание постоянства внутренней среды организмов. В связи с этим, предлагается разработка программы элективного курса по биологии «Поверхностный аппарат клетки» для 10 класса, которая позволит сформировать у учащихся более полное понимание особенностей структурной организации и функционирования биологических мембран и мембранных транспортных систем [3].

Предлагаемый элективный курс «Поверхностный аппарат клетки» поддерживает и углубляет базовые знания по биологии. Он предназначен для учащихся 10-х классов профиля общеобразовательной школы, а также учащихся, проявляющих интерес к цитологии.

Преподавание элективного курса предполагает использование различных современных педагогических методов и приемов: лекционные, семинарские системы занятий, лабораторные работы, групповые, индивидуальные работы [4]. Нами были подобраны интересные и необходимые для изучения курса следующие лабораторные работы: физические свойства клеточной мембраны; химические свойства белка пероксидазы; плазмолиз и деплазмолиз клетках в клетках кожицы лука [3].

Предполагается, что учащиеся должны научиться объяснять особенности структуры биологических мембран с выполняемыми мембранами функциями; распознавать и описывать процессы переноса веществ; уметь схематично изображать строение клеточной мембраны и все виды транспортных систем; уметь отличать типы переноса веществ при помощи белка-переносчика; проводить лабораторные наблюдения, описывать и объяснять результаты опытов.

При изучении темы «Пассивный транспорт веществ» на этапе первичного понимания материала, учащимся предлагается задание объяснить, почему выделяется сок из клубники, посыпанной сахаром? На этапе закрепления материала, ребятам предлагается составить синквейн. Он позволяет заинтересовать учащихся, помогает лучше понять и осмыслить изучаемый материал [5]. При изучении активного транспорта веществ через биологические мембраны предполагается проведение семинара по следующим темам: активный транспорт в кишечнике; активный транспорт в нервах и мышцах; активный транспорт в почках. На этапе проверки домашнего задания учащиеся выполняют задание на соотношение вида пассивного транспорта и вещества [6].

Таблица 1

Задание на соотношение вида транспорта ивещества

Стоит отметить, что при изучении «Везикулярного транспорта» учащимся предлагается окунуться в мир медицины и посмотреть на видеоматериалах насколько реально процессы везикулярного транспорта проходят в организме. Например, как в кишечнике транспортируются иммуноглобулины, витамины, ферменты; как в основе феномена синаптической передачи лежат процессы экзо- и эндоцитоза синаптических везикул и трансцитоз как перенос антител.

В ходе элективного курса предполагается проведение контроля успеваемости в форме устного и письменного опроса, докладов, дискуссий, графических работ (интеллект карт, кластеров). Результатом элективного курса должно стать приобретение учащимися элементарных знаний о транспортных системах клетки, которые составляет основу физиологических процессов диффузии, осмоса, работы натрий-калиевого насоса и т. д. Все процессы транспорта веществ и энергии, которые обеспечивают жизнедеятельность любого организма, поддерживают избирательное концентрирование необходимых для жизнедеятельности ионов и веществ в клетке. В организме создаются градиенты концентраций, поддерживающие жизненные процессы, то есть с точки зрения термодинамики перенос веществ удерживает организм в равновесном состоянии, поддерживает жизнь [6].

Таким образом, цель курса сформировать у обучающихся целостного представления о структурной организации и функционирования биологических мембран; дать представление о мембранных транспортных систем, которые обеспечивают поступление в клетки необходимых для их жизнедеятельности веществ и удаление продуктов обмена веществ; оказать помощь учащимся в подготовке к поступлению в вузы, удовлетворение интересов увлекающихся цитологией.

В результате, по мере изучения курса достигается цель всего биологического образования — подготовка биологически грамотного человека, который должен понимать значение биологических мембран, которые обеспечивают поддержание постоянства внутренней среды. Все процессы транспорта вещества и энергии, которыми сопровождается и обеспечивается жизнедеятельность любого организма, происходят через биомембраны с непосредственным участием мембранных структур. Именно наличие и поддержание градиентов химических, электрохимических, электрических и тепловых величин на биологических мембранах отличает живое от неживого [7]. Практическая значимостьзаключается в том, что разработанный элективный курс по биологии для 10 класса может найти применение в практике в практике учителей, а также при подготовке студентов в вуз.

Литература:

1. Волобуева Н. Н. Учебник «Биология» как средство формирования информационных компетентностей учащихся. ИД «Первое сентября». Оргкомитет фестиваля «Открытый урок». http://festival.1september.ru/articles/519765/
2. Обухов Д. К., Кириленкова В. Н.Элективный курс «Клетки и ткани». 10–11 классы: методическое пособие М.: Дрофа.2008г.-128c
3. Трошин А. С. Распределение веществ между клеткой и окружающей средой. Л.: Наука,1985. — 191с.
4. Сивозглазов В. И., Морзунова И. Б. Программы элективных курсов. 10–11 класс. Сборник 1–4. Изд-во: Дрофа, 2005.-265с.
5. Заир-Бек С. И., Муштавинская И. В. Развитие критического мышления на уроке. Изд-во: «Просвещение». 2011г. — 223с.
6. Сайт: Открытый урок. Первое сентября. Еремеева Е. М. План-конспект урока «Плазматическая мембрана: строение, функции» http://festival.1september.ru/articles/556869/