Биосинтез белков. Понятие о гене. Днк источник генетической информации. Генетический код

Общая биология, органическая химия, 10 класс.

Тема урока: Образование иРНК по матрице ДНК. Матричный принцип биосинтеза белков, раздел «Органическая химия и молекулярная биология».
Тип урока: Комбинированный урок с закреплением знаний, новым материалом, решением проблемных вопросов и познавательных задач; групповая работа.
I. Цель урока

• 
  Познакомить с молекулярными и цитологическими основами реализации наследственной информации на уровне синтеза полипептидной цепи и роли нуклеиновых кислот и белков в этом процессе.
  
• 
  Продолжить формирование естественнонаучной картины мира при рассмотрении успехи современной науки в решении вопросов, связанных с реализацией наследственной информации.
  
• 
  Продолжить формирование навыков эффективной работы с компьютерными курсами, закрепить навыки его использования в решении поставленных задач.
  

II. Основная воспитательная идея

• 
  Формирование принципов и форм внутригруппового взаимодействия с последующей оценкой вклада отдельного участника в общий результат, выявление особенностей такого взаимодействия, коррекция представлений о структуре ученического коллектива.
  

III. Комплексные задачи урока

А. Доминирующие образовательные задачи.

• 
  Актуализировать знания об этапах синтеза белка и принципах кодирования наследственной информации.
  

Б. Доминирующие воспитательные задачи урока.

• 
  Отработать навыки внутригруппового взаимодействия и адекватной оценки вклада отдельного участника в общий результат.
  

В. Доминирующие задачи развития.

• 
  Продолжить формирование навыков обобщения знаний в виде таблиц, схем; навыков работы с текстом (устным, экранным) и изображениями как основой для самостоятельного решения задач.
  
• 
  Развивать навыки работы с интерактивными моделями как виртуальным отображением реальных процессов и явлений.
  
• 
  Закрепление навыков работы в многооконном режиме, в т.ч. с текстовым редактором.
  

IV. Учебное оборудование

модели РНК и ДНК; модель-аппликация «Синтез белка». Кабинет информатики, имеющий рабочие места перед компьютерами и обычные столы для лекционной работы. Компьютерный курс «Открытая биология 2.6» или «Химия, Биология, Экология» (или мультимедтийная библиотека «Биология - молекулярная и клеточная биология, 10–11 классы» из серии «Открытая Коллекция» (все продукты ООО «ФИЗИКОН»).
Предполагаемый образовательный продукт, который будет создан учащимся.

Текстовый документ, предпочтительно MS Word, с ответами на вопросы (возможно выполнение заданий и решение задач на распечатанном бланке); по итогам мнений учащихся о личном вкладе в групповую работу преподаватель рассчитывает Коэффициент индивидуального участия (КТУ) и – с его помощью – индивидуальный рейтинговый балл каждого участника занятий.

V. Структура урока

Краткий план занятия:

До занятия учителю необходимо проверить корректность работы всех компонентов компьютерного курса «Химия, Биология, Экология» (обратить внимание на интерактивные модели и тесты, после проверки последних обнулить результаты последнего тестирования). Перед уроком необходимо открыть на всех машинах стартовую страницу компьютерного курса «Химия, Биология, Экология» и текстовый документ «Задания для групповой работы учащихся» (или в ходе урока раздать распечатанные бланки для работы)

Занятие рассчитано на один академический час в кабинете информатики, имеющем рабочие места перед компьютерами и обычные столы для лекционной работы. Указанное время каждого этапа ориентировочное, т.к. все группы работают в своем темпе, учитель лишь рекомендует переходить от этапа к этапу и напоминает о возможности вернуться к заданиям.

1. 
   Организационный момент (пояснение цели и структуры занятия, формы его проведения, требований к отчету и – оговаривается без пояснения – необходимости оставить 4-5 минут в конце урока для завершения групповой работы) - 3-5 минут;
   
2. 
   Разделение учащихся на группы – 3-5 минут (если есть возможность, желательно заблаговременно разделить на группы);
   
3. 
   Актуализация изученного материала (повторение сведений об интерфейсе компьютерного курса «Химия, Биология, Экология», навигации по ресурсу; повторение теоретического материала по разделу 3.2.4. Биологические полимеры – нуклеиновые кислоты компьютерного курса) – 3-5 минут;
   
4. 
   Решение задач по изученному материалу (работа с текстовым файлом с задачами или бланком и таблицей генетического кода, Блок 1) – 10-12 минут;
   
5. 
   Изучение нового материала (по разделу 4.1. Анаболизм компьютерного курса, работа с моделью 3.12. Синтез белка) – 10-12 минут;
   
6. 
   Решение задач по изученному материалу (работа с текстовым файлом с задачами или бланком, Блок 2) - 8-10 минут;
   
7. 
   Возвращение на места, заполнение анкеты о вкладе в общий результат – 2-3 минуты.
   
8. 
   Итог урока, домашнее задание.
   

Подробный конспект занятия.

1. 
   Организационный момент. При пояснении цели и структуры занятия, формы его проведения, важно обратить внимание на то групповой характер работы (так, объем и сложность заданий превышают возможности отдельного ученика, необходимо коллективное выполнение заданий). Важный момент – подготовка к делению класса на группы (см. подробнее «Организация групповой работы учащихся»). Оптимальный вариант деление (именно это и нужно объяснить) – по набору лидеров: 6-8 учеников – будущих лидеров групп (количество определяется количеством работающих машин), занимающих первые места в рейтинге (по предыдущей теме, контрольной работе по биологии и т.п.), приглашают выйти к доске. Они по очереди приглашают к себе в группы других учеников класса, которые выходят и становятся за спиной у лидеров. (Желательно сформировать группы заранее, до урока).
   
2. 
   Разделение учащихся на группы проводится описанным выше методом.
   
3. 
   Актуализация изученного материала. Специальное повторение сведений об интерфейсе компьютерного курса «Химия, Биология, Экология», навигации по ресурсу не требуется, т.к. на предыдущем уроке работали с компьютерным курсом фронтально; только индивидуальная помощь. Повторение теоретического материала осуществляется в т.ч. и по разделу 4.1. Анаболизм компьютерного курса.
   
4. 
   Решение задач по изученному материалу. Работа с текстовым файлом (бланком) с задачами, Блок 1, и таблицей генетического кода. Все задачи решать не обязательно, предлагается выбрать 2-4, желательно разных типов. По прошествию некоторого времени (приблизительно 7-9 минут) учитель рекомендует всем перейти к следующему этапу работы, указывая при этом, что при желании и резерве времени к этому заданию можно будет вернуться.
   
5. 
   Изучение нового материала. Материал предлагается на самостоятельное изучение по разделу 4.1. Анаболизм компьютерного курса и модели 3.12. Синтез белка. Учитель разъясняет по индивидуальным обращениям сложные места, однако рекомендует более сильным ученикам в группах объяснить остальным материал (при описанном способе деления на группы практически в каждой группе есть сильные ученики).
   

6. 
   Решение задач по изученному материалу. Групповая работа – заполнение таблицы и ответы на вопросы, Блок 2 в текстовом файле с заданиями (бланке) и моделями 3.10. Репликация ДНК, 3.11. Транскрипция, 3.12. Синтез белка компьютерного курса.
   
7. 
   Возвращение на места, заполнение анкеты о вкладе в общий результат. За несколько минут до окончания занятия после завершения отчета ученики рассаживаются по местам для фронтальной (лекционной) работы. На небольших листочках они записывают состав своей группы, подчеркнув фамилию лидера и отметив восклицательным знаком (галочкой) свою фамилию, а потом записывают против каждой фамилии вклад (в процентах) каждого в общий результат, и сдают учителю. Например, это может выглядеть так (как оценивает ученица Михайлова вклад каждого из членов группы под руководством Николаева):
   

Николаев – 30%

Бережная – 35%

 Михайлова – 20%

Волгин – 15%

По этим данным будет рассчитываться коэффициента индивидуального участия ученика в общем результате.

8. 
   Итог урока, домашнее задание:
   

По учебнику: Общая биология: Учеб. для 10-11 классов общеобразоват. учреждений / Д.К.Беляев, Н.Н. Воронцов, Г.М. Дымшиц и др.; под ред. Д.К. – 9-е изд. – М.: Просвещение, 2000. - § 14.

По учебнику: Рувинский А.О., Высоцкая Л.В. и др. Общая биология. Учебник для школ с углубленным изучением биологии. – М.: Просвещение, 2000. - § 15.

• 
  Посещение сайта «Протеиновая машина» EMBOSS Transeq (http://www.ebi.ac.uk/emboss/transeq/). Это онлайновая программа, осуществляющая перевод с нуклеотидных последовательностей на аминокислотные. Представлена возможность выбора разных вариантов генетического кода (основной, бактериальный, митохондрий разных организмов и т.п.). Можно также ознакомиться с практической работой по теме “Генетический код и его свойства” (http://www.kozlenkoa.narod.ru/lessons/gencode.htm), разработанный для работы с программой.
  

Рекомендации для учителя по оцениванию заданий

Оценивание рекомендуется осуществлять в форме накопительного рейтинга (каждый из видов работы оценивается в некоторое произвольное количество баллов и набранные за разные виды работ баллы суммируются).

Предлагаемые максимальные баллы «Задания для групповой работы учащихся»:

• 
  Блок 1. Четыре обязательных задачи (в любом наборе); если решено больше, то баллы за «дополнительные» задачи делятся на 2. В каждой из задач 1 балл обязательно дается за ответ на вопрос о свойстве генетического кода, которому посвящена задача, и 4 балла – за правильное решение самой задачи. Максимальная оценка задач: 1, 4, 5, 6 – 5 баллов, 2, 3 – 9 баллов.
  
• 
  Блок 2. Заполнение таблицы – 8 баллов максимум, ответ на вопрос 1 – 3 балла, 2 – 6 баллов.
  

Для получения индивидуального рейтингового балла ученика необходимо набранное группой количество баллов умножить на рейтинговый коэффициент индивидуального участия в групповой работе.

Приведенные цифры являются ориентировочными, учитель может сам менять коэффициенты в зависимости от условий конкретного урока.

Задания для групповой работы учащихся

Класс 10 Участники группы: ______________________________________________

Блок 1

Внимание!

• 
  Все приведенные в задачах последовательности нуклеотидов – фрагменты иРНК.
  
• 
  Для всех задач необходимо указать, какое свойство (свойства) генетического кода лежит в основе задачи.
  

1. Переведите приведенную ниже последовательность на язык аминокислот.

AUGUCCAGAGCAUACCCGUAUUCU

Сколько аминокислот в пептиде?

2. Ниже приведены две последовательности нуклеотидов, различающиеся между собой по 11 позициям из 18. Переведите обе последовательности в белки. Сколько аминокислотных различий между ними?

1) AUGUCUAGAUUAGGCUCA 2) AUGAGCCGGCUCGGAAGU

3. Переведите приведенную ниже последовательность в белок. Запишите полученный белок. А теперь попробуйте удалить первые два нуклеотида и получить другой пептид. Запишите полученный пептид и сравните с первым.

UAUGCUAAGAUUCCUUUCGGA
4. Необходимо по молекуле белка восстановить последовательность нуклеотидов (точнее, один из возможных вариантов состава) иРНК:

Аминокислоты: Метионин - Аргинин - Лизин - Валин - Триптофан - (стоп-кодон)

5. Переведите приведенную ниже последовательность на язык аминокислот. Обратите внимание, что фрагмент состоит из 24 мономеров. Сколько аминокислот в пептиде?

AUGUACCCGUAUUCCAGAGCAUAG

6. Переведите приведенную ниже последовательность в белок. Запишите полученный белок. Сколько аминокислот в пептиде?

UACAGACCCAUAUGCGGUACUUGA

Блок 2

Чтобы сравнить два ключевых понятия биосинтеза белка, воспользуемся четырьмя вопросами из «алгоритма Цицерона». Отвечая на руководящие вопросы, составьте определения понятий:

Термин	Что?	Где?	Как?	Зачем?
Транскрипция
Трансляция

Вопросы.

1. Можно ли утверждать, что в основе процесса трансляции лежит, как и в случае с транскрипцией, принцип комплементарности? Почему?

2. Какой из ферментов (органоидов), участвующих в биосинтезе белка, «умеет переводить», т.е. знаком с обеими знаковыми системами (и аминокислотами, и белками), а также их соответствием одна другой?

Организация групповой работы учащихся
Одной из форм внутриклассной дифференциации, хорошо зарекомендовавшей себя не только в личностно-ориентированной педагогике, но и еще в «старой», «советской» школе, является групповая работа. Обычно объединение учеников в группы используется при проведении лабораторных и практических работ на уроках биологии, химии, физики, но возможно применение этой формы занятий и на самостоятельных работах, в том числе носящих творческий характер.

Групповая форма проведения занятий имеет ряд крупных преимуществ перед фронтальной и индивидуальной формами:

• 
  во-первых, это психологический аспект – при работе в группах ученики привлекаются к коллективной творческой деятельности, осмысленному общению и взаимодействию, распределению труда между членами группы; осуществляется взаимообучение и взаимоконтроль;
  
• 
  во-вторых, упрощается процедура проверки работы учителем (вместо 25 –35 работ ему нужно проверить 6 – 9 групповых отчетов).
  

В некоторых случаях, например, при организации работы в компьютерном классе, где количество ПК меньше количества учеников, организация групповой работы является одним из наиболее эффективных подходов.

Вместе с тем у групповой работы есть ряд существенных недостатков, понимание которых необходимо для их преодоления:

• 
  часто в одной группе оказываются разные по силам ученики, и одинаковая для всех участников группы оценка не будет отражать вклад определенного ученика, т.е. будет несправедливой;
  
• 
  неодинаковыми по силе могут оказаться и группы в целом, и, хотя это можно скорректировать разными по сложности заданиями, тогда возникает проблема «весового» наполнения оценки, ее дифференцированности;
  
• 
  наконец, в практических и лабораторных работах сложно оценить степень овладения учениками суммой практических навыков, на развитие которых нацелена работа.
  

Каждый учитель, используя групповую форму работы, ищет и находит свои способы преодоления указанных недостатков. Уже первый этап любой групповой работы – разделение учеников и формирование групп – позволяет определиться с подходами к использованию тех или иных достоинств и преодолению недостатков этой формы работы. Разные способы формирования групп, их достоинства и недостатки, а также способы коррекции последних, представлены в таблице.

№	Способ формирования группы	Достоинства	Недостатки и пути их преодоления
1	По решению учителя	Можно выровнять группы по силе учеников, в них входящих (ценой разной силы групп)	Сложно учесть симпатии и антипатии учащихся (необходимую информацию может дать социометрия)
2	По желанию учеников	Обычно в таких группах нет психологической несовместимости, контакт между учениками лучше	Возможна разная сила учеников в группе и разная сила групп в целом, разная численность учеников (в какой-то мере учитель может это исправить, перемещая отдельных учеников из одной группы в другую)
3	По знакам Зодиака	Необычное решение, обычно впечатляющее учеников; совместимость в группах, неожиданные сочетания учеников	Сложно просчитать состав групп (затраты времени учителя), не все трины представлены в классе одинаково, нет гарантии совместимости; открытым остается вопрос о силе групп
4	По набору лидеров (первым по рейтингу 5 - 7 ученикам представляется право набрать себе группы)1	Относительное равенство групп по силе, достаточно высокая совместимость в группах; психологическая подготовка к рынку труда	Психологический пресс на тех, кого выбирали последними2 или вообще не хотели выбирать; разный вклад учеников в ответ (учитывается путем расчета коэффициента индивидуального участия)
5	По стилю интеллектуальной деятельности (эрудит – критик – генератор идей)	Максимальная эффективность труда, большой творческий потенциал групп	Не всегда соответствует симпатиям - антипатиям учащихся, нет простого адекватного теста для выделения стиля деятельности, сила групп не сбалансирована
6	По темпераменту, преобладающему полушарию мозга и др. психологическим характеристикам	Эффективность работы, мотивированность сочетания учеников в группах, неожиданность состава	Требует больших предварительных исследований, ряд характеристик можно оценить лишь приблизительно, не всегда можно решить, какие типы людей совместимы, а какие - нет
7	Комплексный подход (по 2, 5, 6, возможно, 3, учитывая 4)	Учитывается большой круг психологических аспектов личности (от совместимости до типа ВНД), максимальная эффективность	Громоздкие и сложные расчеты, отсутствие соответствующих компьютерных программ, которые могли бы упростить процедуру расчета, разная сила учеников в группе (нужен расчет коэффициента индивидуального участия)

«Коэффициент индивидуального участия» ученика в общей работе
Применение рейтинговой системы к оценке знаний учеников на отдельном уроке (а не только к тематическому, семестровому или годовому итогу работы учеников) может помочь в преодолении некоторых недостатков групповой работы, в том числе – такого сложно корректируемого показателя, как вклад каждого из членов группы в общий результат, и оценка этого вклада. Одним из приемов, хорошо работающих в системе накопительного³ рейтинга, является расчет коэффициента индивидуального участия. Большим достоинством этого метода является привлечение самих учеников к оценке вклада отдельной личности в общий результат. Наиболее удобным способом деления учеников на группы в этом случае является 4-й способ – набор групп руководителями из числа сильнейших (первых по рейтингу) учеников.

Поясним на примере. Допустим, ученикам предстоит выполнить на спецкурсе сложное большое групповое задание, максимальный балл за которое равен 8 (накопительный рейтинг, полностью свободный от привязки к стандартной четырехбалльной системе, в котором баллы определяются исключительно сложностью задания; особенно хорошо работают на факультативах и спецкурсах). Для выполнения работы первые по рейтингу ученики набирают по очереди из остальных одноклассников группы и приступают к выполнению задания.

За несколько минут до окончания занятия после сдачи групповых работ ученики рассаживаются по своим обычным местам. На небольших листочках они записывают состав своей группы, подчеркнув фамилию руководителя и отметив галочкой свою фамилию, а потом записывают против каждой фамилии вклад (в процентах) каждого в общий результат, и сдают учителю. Например, это может выглядеть так:

Мартыненко – 30%

Решетникова – 35%

 Михайловская – 20%

Кладченко – 15%

По всем ответам составляется примерно такая таблица:

ФИО ученика	Количество баллов, выставленное ему:				Сумма %%	Средний % (: 5)	КИУ
	Мартыненко	Решетниковой	Михайловской	Кладченко
Мартыненко	20	30	30	30	130	26	1,04
Решетникова	35	30	35	25	160	32	1,28
Михайловская	25	20	20	20	110	22	0,88
Кладченко	20	20	15	25	100	20	0,80

Пояснения:

1. 
   цветом выделены проценты, приведенные в примере выше;
   
2. 
   сумма складывается из мнения руководителя группы (того ученика, который ее набирал), умноженного на 2, и суммы мнений остальных членов группы;
   
3. 
   поэтому при подсчете среднего сумма делится не на 4 (количество учеников), а на 5 (количество мнений); для группы из n учеников сумма делится на (n + 1);
   
4. 
   коэффициент индивидуального участия рассчитывается по формуле
   

, для четырех учеников в знаменателе 25 %.

Теперь можно справедливо оценить работу учеников на уроке. Если групповая работа оценена в 7 баллов (из 8 максимально возможных, см. выше), то «чистый» балл, который получат ученики за эту работу, получаются путем перемножения группового балла на личный рейтинговый коэффициент:

Мартыненко – 7 * 1,04 = 7,28

Решетникова – 7 * 1,28 = 8,96

Михайловская – 7 * 0,88 = 6,16

Кладченко - 7 * 0,80 = 5,60

(Для вдумчивого преподавателя, обращающего внимание на отношения в классном коллективе, выставленные учениками себе и другим членам группы баллы могут рассказать многое.)

Хотя такая методика имеет свои недостатки (она требует затрат некоторого времени, впрочем, не очень больших; не избавлена полностью от субъективности), она позволяет достаточно точно отразить личный вклад в общую работу в оценке, в индивидуальном балле. При желании преподаватель может и за собой зарезервировать право на выставление процентов индивидуального участия учеников в групповом деле, но только наравне с мнением учеников (учитель может быть более субъективен, к тому же он не работал с группой и не представляет «изнутри» вклада в общий успех отдельного ученика). При некоторой изощренности можно применять подобную методику и в других видах рейтинга, или просто устанавливать границы оценок в обычной четырехбалльной системе (например, 8 и более баллов - «5», 6 – 8 – «4», 4 – 6 – «3», меньше 4 баллов – «2»). В любом случае, применение коэффициента индивидуального участия позволяет повысить эффективность групповой работы, внеся в нее существенный элемент индивидуализации учебного процесса.

1 Обычно это делается так: эти 5 – 7 первых по рейтингу выходят к доске и по очереди вызывают к себе в группу одного из сидящих в классе учеников.

2 Кстати, интересный способ ранжирования учеников – силами самих учеников, по их мнению.

3 Форма рейтинга, при которой баллы учащихся, набранные ими за выполнение отдельных видов работ, суммируются и накапливаются за определенный период времени (четверть) или раздел программы (тема); итоговое ранжирование осуществляется именно по сумме набранных баллов.