Преподавание курса “Общей биологии” в 10 – 11 химических лицейских классах

В конце ХХ века были сделаны крупнейшие открытия в биологии, особенно, в молекулярной биологии, биохимии и генетике. Был создан международный проект "Геном человека", который стимулировал развитие прежде всего генно-инженерных методов исследования. И, наконец, наступающая эра биотехнологии, которая стала не просто новым направлением научно-исследовательских работ, а наиболее весомым  фактором интенсификации производства.

В начале 80-х гг. прошлого века, когда биотехнология проходила период оформления в качестве нового, чрезвычайно перспективного направления научных исследований, она характеризовалась  "как использование культур клеток бактерий, дрожжей, животных или растений, метаболизм и биосинтетические возможности которых обеспечивают выработку специфических веществ". Согласно определению Европейской биотехнологической федерации, созданной в 1978 г., биотехнология на основе применения знаний и методов биохимии, микробиологии, генетики и химической техники позволяет извлекать полезные качества из свойств микроорганизмов и клеточных культур в технологических процессах.

Американская Ассоциация передовой науки считает генную инженерию таким же революционным открытием ХХ века, как открытие атома, преодоление земного тяготения и компьютеризацию. Создание совершенно новых генмодифицированных растений, различных  продовольственных и лекарственных продуктов, домашних животных с заданными свойствами позволяет человечеству решить одну из наиболее серьезных проблем - обеспечение продовольствием.

Это и широкомасштабное выращивание дрожжей, водорослей и бактерий для получения белков, аминокислот и витаминов, а также использование их ферментов. Это и рост производства продукции растениеводства за счёт клонирования и селекции сортов растений на основе тканевых и клеточных культур. Особое значение приобретает производство биопестицидов и получение растений, стойких к химическим средствам защиты от вредителей.

Поэтому знание основ и закономерностей биологических дисциплин и новых научно-практических областей необходимо, прежде всего, для специалистов естественнонаучного направления, в частности, химического. Биология как наука стала носить комплексный характер, её исследования производятся на стыке многих наук: химии, физики и математики. Это привело к возникновению целого ряда молодых наук, которые изучают глубинные, физико-химические основы живого. К таким перспективным направлениям можно отнести молекулярную биологию, биохимию, биофизику, генную инженерию и другие науки. Современный биохимик, молекулярный биолог или исследователь в области генной инженерии должен обладать широким научным кругозором, быть подкованным теоретически и практически как в области химии, так и в области биологии, свободно владеть химическими и биологическими методами исследования.

В этом аспекте преподавание биологии в химических лицейских классах приобретает совершенно особое звучание. Поскольку школа №171 имеет большой опыт в становлении и развитии лицейских классов химического направления, то администрация школы, педагогический состав этих классов отнеслись с  большим пониманием к вопросу взаимопроникновения этих двух смежных наук и важности преподавания биологии будущим специалистам-химикам. Нередко часть выпускников химических лицейских классов принимают решение поступать в медицинские вузы или на биологический факультет МГУ, и тогда биология становится для них профилирующим предметом со всем объёмом знаний, требуемым в этих вузах. Поэтому в 10-х – 11-х классах на преподавание этого курса предусмотрено 3 часа в неделю. За семь лет преподавания этого курса в лицейских химических классах школы № 171 была модифицирована программа с учётом специфики классов и требований современности. В случае, если учебный план не вмещал достаточное количество часов для освоения программы, часть вопросов программы выносилась на факультативные занятия.

Цель курса – ознакомление со спецификой биологического естественнонаучного знания, его роли в развитии промышленности и культуры, а также с основными идеями и теориями ХХ столетия, характеризующими современную биологию. Поэтому в задачи данного учебного курса – общей биологии – входят формирование знаний о фактах, общих закономерностях развития живой природы, попытки раскрыть сущность жизни, её основные формы. В результате освоения программы учащиеся должны уметь самостоятельно применять биологические знания в сфере химии, уметь наблюдать и объяснять биологические явления. В программе предусмотрено также формирование некоторых экспериментальных навыков: умение пользоваться приборами (микроскоп) и инструментами, применять элементарные статистические навыки при обработке измерений (составление вариационного ряда модификационной изменчивости), делать выводы на основе экспериментальных данных, соблюдать правила техники безопасности. Очень важно, чтобы ученики-лицеисты не только основательно усвоили учебный материал, но и научились применять биологические знания в своей будущей практической деятельности. В результате объединения наук произошло интенсивное обогащение биологии фактическим материалом, новыми теориями, обобщениями. Современная биология настолько сложна и разнообразна, что можно заранее говорить о нелёгком пути в изучении предмета "Общая биология".

Особенности преподавания по предложенной программе

В самом начале курса учащиеся знакомятся с основами цитологии, куда включаются вопросы не только традиционной науки, но рассматриваются также  представления о жизни и втором законе термодинамики, критериях живой материи, о свойствах живых систем, обеспечивающих снижение энтропии и уровнях регуляции морфогенетических процессов в живых системах. В разделе биохимии рассматриваются дополнительно процессы фотодыхания, С4 – путь фотосинтеза и особенности строения С4 – растений, а также пути повышения продуктивности с/х растений. В результате обучения учащиеся обязаны уметь анализировать сложные биохимические циклы, как, например, цикл Кальвина, Бенсона и Бессемона в темновой стадии фотосинтеза или цикл Кребса в аэробном расщеплении сложных органических веществ. В разделе генетики нами  предлагаются темы, раскрывающие различные типы наследования не только менделирующих признаков, но также Х-доминантное и Х-рецессивное наследование, взаимодействие аллельных и неаллельных генов, типы определения пола, синдромы человека и генные заболевания. Учащиеся должны уметь решать основные виды генетических задач, составлять родословные, уметь ориентироваться в них и определять типы наследования в поколениях. Также подробно анализируются темы мутационной изменчивости, которые рассматриваются как с позиции экологии, так и с позиции репаративных процессов в организме человека. Ученики знакомятся со строением гена  прокариот (оперонная структура) и эукариот (прерывистость генной структуры), с реакциями матричного синтеза в свете последних открытий в этой области. Поэтому зачастую приходится использовать научно-популярную литературу  последних лет изданий, так как эти области биологии достаточно молодые и развиваются стремительно.

В разделе селекции особое место уделяется биотехнологии. Нами даётся определение биотехнологии, описание генно-инженерных методов и основные направления развития в растениеводстве, животноводстве, медицине и производстве. Ознакомление включает в себя изучение сущности генно-инженерных методов и применение их для получения различных целевых продуктов: инсулина, соматотропина, токсинов в растениях против насекомых-вредителей, веществ, придающих устойчивость растениям к гербицидам.

В разделе эволюционного учения упор делается на синтетическую теорию эволюции: процессы микроэволюции и макроэволюции. Подробно рассматривается учение о популяции, как единице эволюционных процессов. Учащиеся должны уметь разбираться в разнообразии изоляционных процессов и ориентироваться в различных типах видообразования.

Преподавание курса "Общей биологии" ведётся в лекционной системе до окончания целой большой темы. При подаче лекционного материала используются таблицы, наглядные пособия, преподаются и зарисовываются схемы, например, реакций матричного синтеза или уровней компактизации ДНК. По окончании темы производится детальный анализ пройденного материала, сначала в виде устного опроса части учащихся, либо в виде специально подготовленного теста (с использованием программы 1С: Репетитор. Биология. Москва, 1998; Биология: пособие для подготовки к тестированию, Москва, 2005; ЕГЭ 2003: Контрол. измерит. материалы: Биология, 2004), а потом – тотального опроса в виде контрольной письменной работы, оцениваемой по пятибалльной шкале. Таким образом, закрепление материала осуществляется на двух уровнях: устном и письменном.  В ходе подачи материала проводятся лабораторно-практические работы (по 4 работы в год), согласно государственной программе по биологии. В программе приведён перечень возможных лабораторно-практических работ, соответствующих каждому изучаемому разделу.

Различная форма контроля уровня знаний учащихся (устная, письменная и в виде теста) позволяет подготовить учащихся к различной форме сдачи  экзаменов: выпускного в виде устного экзамена и вступительных экзаменов на соответствующие отделения вузов в виде устного, письменного экзамена или в виде тестирования.

В конечном счёте, как показали результаты выпускных экзаменов по биологии в 11-х классах, эффективность подобного подхода оказалась достаточно высокой (качество административных работ в 11-х классах доходило до 90% и выше).

Распределение занятий по выделенным учебным часам

Курс "Общей биологии" преподаётся в течение двух лет: в 10 и 11 классах.

Первый год обучения – 10 класс (учебных недель 35, по 3 часа в неделю, всего за год 105 часов).

Лекции, всего 74 лекции в год, 74 часа.

Лабораторно-практические занятия, 4 занятия в год, 4 часа.

Занятия на закрепление материала, решение задач, проверочные работы по генетическим задачам, 20 занятий в год, 20 часов.

Контрольные работы – 7 в год, 7 часов.

Второй год обучения – 11 класс (учебных недель 34, всего за год 102 часа).

Лекции, всего 77 лекций в год,  77 часов.

Лабораторно-практические занятия, 4 занятия в год, 4 часа.

Занятия на закрепление материала, решение задач, проверочные работы по генетическим задачам, 15 занятий в год, 15 часов.

Контрольные работы – 6 в год,  6 часов.

Экзамен, 4 часа.

Кроме изучения обязательного программного материала, учащиеся могут подготовить рефераты по интересующим их актуальным проблемам современной биологии, а также выполнить проектные работы на соответствующем научном уровне. Защита рефератов и научно-проектных работ происходит на выпускном экзамене по биологии или на специальной школьной научной конференции и сопровождается, как правило, живой дискуссией и постановкой ряда интересующих вопросов. Список научно-проектных и реферативных работ приведён в конце программы. Подобный род деятельности позволяет выявить учеников, тяготеющих к экспериментальной научной работе, сформировать у них навыки самостоятельной работы, развить научный интерес. Как показал опыт, подобные работы вызывают у лицеистов энтузиазм.

Нередко для школьников-лицеистов проводятся встречи с учёными различных биологических направлений, прежде всего, генетиками и эволюционистами, что позволяет развить у школьников навыки общения с представителями академической научной общественности, а также значительно расширить научный кругозор лицеистов.