АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ШУМЕРЛИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ» МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ (АУ СПО «ШУМЕРЛИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ» Минобразования Чувашии) УРОК НА ТЕМУ: «СЕЛЕКЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ» Автор: Сафронова Татьяна Александровна, преподаватель общеобразовательных и общепрофессиональных дисциплин Шумерля, 2014 г. АННОТАЦИЯ: Даная методическая разработка посвящена проблеме внедрения интерактивных технологий в образовательный процесс. На практике применения кейс-технологии выявлены преимущества и недостатки ее использования. Предложенный материал можно использовать при изучении биологии и естествознания со студентами 1 курса. ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение 2. Основная часть 3. Заключение 4. Список использованной литературы 1. ВВЕДЕНИЕ В настоящее время перед образовательными учреждениями стоит задача в подготовке высококвалифицированных, конкурентоспособных выпускников. В связи с этим, преподавательский состав, ориентируясь на потребности рынка труда, готовит креативных, творческих студентов. Но подготовить всестороннеразвитых выпускников невозможно, используя только традиционную классно-урочную систему. Поэтому работа современного педагога носит инновационный характер. Инновационная педагогическая деятельность – это целенаправленное изменение, вносящее в образовательную среду стабильные элементы (новшества), улучшающие характеристики отдельных частей, компонентов и самой образовательной системы в целом, поиск идеальных технологий и методик, их внедрение в образовательный процесс и их творческое переосмысление. В своей практике работы преподавателем чаще всего я использую кейс-технологию. Это метод обучения, когда студенты и преподаватели участвуют в непосредственных дискуссиях. Примеры случаев обычно готовятся в письменном виде как отражение актуальных проблем, изучаются студентами, затем обсуждаются ими самостоятельно, что дает основу для совместных дискуссий и обсуждений в аудитории под руководством преподавателя. Кейс-метод, таким образом, включает специально подготовленные обучающие материалы и специальную технологию использования этих материалов в учебном процессе. Метод конкретных ситуаций или «кейс-технология» – это интерактивный метод обучения, в основе которого лежит имитация соответствующего содержанию обучения реального процесса. Учащимся предлагается случай из жизни, содержащий проблему, для анализа и предложения своих решений. Кейс-метод порожден естественной потребностью участников образовательного процесса обращаться к жизненным реалиям для их последующего осмысления и преобразования. Используя кейс-технологию в учебном процессе, я выявила следующие преимущества и недостатки применения данной технологии ПРЕИМУЩЕСТВА: - Организация деятельности студентов в группах; - Высокая активность студентов в работе группы; - Самостоятельная познавательная деятельность студентов под руководством педагога; - Педагог руководит деятельностью студентов; - Осуществляется эффективная обратная связь; - Активная мыслительная деятельность студентов; - Формируются мыслительные и коммуникативная компетенции студентов; - Повышается успеваемость студентов НЕДОСТАТКИ: - Трудоемкая подготовительная деятельность педагога по созданию кейс-ситуации и по оформлению кейса; - Невозможно использовать в работе со студентами, у которых не сформированы навыки работы в группе. Данная кейс-технология предназначается для студентов гуманитарного профиля, а именно «Экономика и бухгалтерский учет», так как в предложенной ситуации нужно не только хорошо ориентироваться в понятиях биотехнологии, но и грамотно рассуждать как менеджер. Приведенную ниже кейс-технологию можно использовать при проведении уроков биологии на I курсе, в разделе «Учение о клетке», тема «Прокариотические клетки». 2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Цели урока: Обучающая: - изучить особенности селекции микроорганизмов; - раскрыть понятие «Биотехнология»; - ознакомиться с новым методом обучения на примере конкретной ситуации Развивающая: - развивать восприятие, внимание, память; - развивать логическое мышление; - развивать умения обучающихся систематизировать, анализировать, обобщать, делать выводы; Воспитывающая: - воспитывать ответственность, добросовестность, дисциплинированность; - воспитывать коллективизм; - воспитывать профессиональные убеждения Тип урока: комбинированный Вид урока: урок-объяснение; урок-доклад, урок - решение конкретной жизненной ситуации (практикум) Методы обучения: словесный, наглядный, практический, интерактивный, частично-поисковый Межпредметные связи: «Экономика» Внутрипредметные связи: «Эукариотические клетки» Материально-техническое оснащение: раздаточный дидактический материал, компьютер, мульти-медийный проектор СТРУКТУРА УРОКА: 1. Организационная часть (2 мин.): - приветствие; - фиксация отсутствующих; - проверка готовности студентов к уроку - сообщение темы, целей урока 2. Актуализация опорных знаний (4 мин.) 3. Изучение нового материала (12 мин.): а) рассказ учителя об особенностях селекции микроорганизмов; б) доклад студента на тему: «Биотехнология» 4. Решение конкретной жизненной ситуации (24 мин.) - ознакомительный этап - основной (аналитический) этап - итоговый этап 5. Подведение итогов работы (2 мин.): - оценка деятельности; 6. Ориентация обучающихся на выполнение домашнего задания (1 мин.) 1. Организационная часть 2. Актуализация опорных знаний - что изучает селекция? - что такое порода, сорт, штамм? - какие методы используют в селекционной работе? - каков вклад отечественных ученых в достижениях селекции? Приведите примеры. 3. Изучение нового учебного материала а) Микроорганизмы были открыты в в. XVII голландским натуралистом Антони ванн Левенгуком (1632-1723). К микроорганизмам относят всех прокариот, а из эукариот — простейших, микроскопические формы грибов и водорослей. Все они находят широкое применение в промышленности, микроорганизмов сельском в хозяйстве, медицине и производстве лекарств, энергетике. биологически Роль активных соединений, кормовых добавок, бактериальных удобрений, в хлебопечении, виноделии, в производстве многих молочных продуктов невозможно переоценить. В связи с этим постоянно ведется поиск новых высокопродуктивных штаммов микроорганизмов. Селекция микроорганизмов, в отличие от селекции растений и животных, имеет ряд особенностей. На небольшой площади в специальных аппаратах с питательной средой в считанные дни можно вырастить миллиарды особей. Мутационный процесс в селекции микроорганизмов можно использовать более эффективно, чем у высших организмов, так как геном большинства микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выявлять любые мутации уже в первом поколении. Методы селекции микроорганизмов От методов селекции высших эукариот они отличаются существенно. До недавнего времени основными методами получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов были искусственный мутагенез и последующий отбор групп генетически идентичных клеток — клонов. После выделения из дикого штамма микроорганизмов, обладающих полезными для человека свойствами, проводится отбор наиболее продуктивных штаммов среди них. Следующий этап, как правило, — применение искусственного мутагенеза, позволяющего усилить появление различных мутаций. В качестве мутагенов используются ионизирующие излучения, некоторые химические вещества, а также ультрафиолетовое излучение, обладающее хотя и низкой проникающей способностью, но достаточной для появления мутаций у микроорганизмов. Вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов та же, что и у всех других организмов, — примерно 1 мутация на 1 млн особей по каждому гену. Однако, учитывая то, что получить миллионное и миллиардное потомство у микроорганизмов нетрудно, вероятность выделения мутаций по данному гену достаточно высокая. Для получения культуры микроорганизмов — мутантов с нужными качествами учеными-селекционерами разработаны специальные методы отбора. Отобранный клон подвергается многократному пересеву на питательную среду с контролем на образование требуемого продукта. Цель такого многократного клонирования — получение наиболее однородной популяции клеток. После получения продуктивных штаммов приступают к их размножению. Использование данной технологии позволило селекционерам получить штаммы, продуктивность которых в сотни и тысячи раз выше по сравнению с исходными штаммами микроорганизмов, взятыми из природы. б) Термин «Биотехнология» получил широкое распространение начиная с середины 1970-х г.г. Биотехнология – это использование живых организмов (особенно микроорганизмов) биотехнологии и биологических используются процессов успехи в биохимии, производстве. В микробиологии, инженерных наук. С помощью современной биотехнологии разработаны методы биологической очистки сточных вод, защиты растений от вредителей и болезней, производства антибиотиков, ферментов, гормонов и других биологически активных веществ. Разработаны промышленные методы получения белков, аминокислот. Отходы нефтяной промышленности создают питательную среду для некоторых бактерий и дрожжей. Созданный ими белок используется как полноценная кормовая добавка: он богат ценной незаменимой аминокислотой лизином. Нехватка лизина в растительной пище ведет к задержке роста сельскохозяйственных животных. Развитие клеточной и генной инженерии позволяет получить ценнейшие препараты: инсулин, интерферон, гормон роста человека и т.д. Методами клеточной инженерии получают культуры клеток или тканей, которые в дальнейшем могут использоваться для продукции ценных веществ, которые обычно синтезирует целый организм. Клеточная инженерия позволяет также получать гибриды на основе соединения не половых, а соматических клеток. Таким методом были получены продуктивные соматические гибриды картофеля, томатов, некоторых плодово-ягодных культур. Большое значение для медицины, в частности, для промышленного производства ценных лекарственных препаратов, имеет метод гибридизации животных клеток. Например, гибриды раковых клеток и клеток крови в больших количествах вырабатывают соединения, повышающие иммунитет организма. На основе генной инженерии возникла новая отрасль фармацевтической промышленности – «индустрия ДНК». Так, посредством рекомбинантных ДНК был получен инсулин человека. С помощью генной инженерии были разработаны методы перестройки генотипа некоторых прокариот, что позволяет управлять основными жизненными процессами организма. Методами генной инженерии удалось встроить ген человека, ответственный за синтез определенного белка в генотип бактерии кишечной палочки. В генной инженерии наиболее часто в качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку. Бактерии кишечной палочки со встроенным геном инсулина - основа промышленного производстваэтого ценнейшего гормонального препарата, используемого для лечения диабета (нарушения функции поджелудочной железы). С помощью кишечной палочки также синтезируются интерфероны – белки, подавляющие (ингибирующие) размножение вирусов. На базе биотехнологии родилась и интенсивно развивается микробиологическая промышленность. Современная микробиологическая промышленность выпускает высокоэффективные кормовые добавки, препараты для защиты растений от вредителей и болезней, бактериальные удобрения, препараты, использующиеся в пищевой, химической промышленности и других отраслях народного хозяйства. 4. Решение конкретной жизненной ситуации 1) Ознакомительный этап. На данном этапе происходит вовлечение учащихся в живое обсуждение реальной профессиональной ситуации. Введение в ситуацию. Действие разворачивается на предприятии «Рослизин», которое отрабатывает технологию производства аминокислоты L-лизин. Действующие лица: Генеральный директор, главный технолог предприятия, рабочий персонал. Описание ситуации. События разворачиваются в январе 2009 года. В апреле 2008 года на территории Шумерлинского района начала работу компания «Рослизин» по производству продукта L-лизин. Аналогов данного производства нет ни в России, ни в странах СНГ. L-лизин является незаменимой аминокислотой, поэтому используется как кормовая добавка для животных. Эту аминокислоту получают микробиологическим способом, т.е. с помощью бактерий. Компания БиоМИХ, которая тесно сотрудничает с «Рослизин», вывела штамм бактерий, который мог продуцировать лизин в количестве 120 г/л. Компания БиоМИХ зарекомендовала себя как надежный партнер многих фармацевтических и микробиологических производств. Производство продукта L-лизин является инвестиционным проектом. Инвесторами выступают Голландцы. Начавшийся в 2008 году кризис заставил инвесторов прекратить вложение денег в данную сферу деятельности. Об этом персоналу стало известно в конце января 2009. До этого было запущено 3 цикла по отработке технологии производства лизина, но выйти на ожидаемые 120 г/л не удавалось. Генеральный директор кампании известил работников о возможном сокращении и предстоящей консервации установок. Главный технолог стал настаивать на проведении последней операции по отработке технологии производства лизина, обосновывая свое предложение тем, что потенциальным инвесторам «интереснее» будет вкладывать деньги в «конкретное дело», т.е. нужно получить 120 г/л, как предполагается в технологическом процессе. Генеральный директор объяснил, что эта операция будет энергоемкой, и предприятие рискует остаться без единой копейки. Тогда главный технолог предложил продать некоторое оборудование для расчета работников, но в этом случае заработная плата будет перечислена с задержкой в несколько месяцев. Перед генеральным директором встала задача: либо законсервировать завод, вовремя выплатить заработную плату, но технология так и не будет отработана, что вызовет трудности в поисках новых инвесторов; либо запустить 4-й цикл по отработке технологии, но оставить персонал без заработной платы на несколько месяцев. Проанализируйте ситуацию. Выявите проблемы, затронутые в данной ситуации. Как бы вы поступили на месте генерального директора? Информационный материал. Микробиологический способ получения аминокислот основан на культивации микроорганизмов в определенной питательной среде. Как источник углерода используются углеводы: глюкозу, сахарозу, реже фруктозу и мальтозу. Также в среду добавляют микро- и макроэлементы. На первом этапе микроорганизмы выращивают в специальных рассевных аппаратах при рН=7, t = 28-30 °С, т.е. формируют биомассу продуцента. На втором этапе биомассу подают в ферментер с питательной средой, проводят постоянно перемешивание и подачу стерильного воздуха. Цикл продолжается 55-72 часа. Далее из жидкости выделяют лизин методом ионообменной хроматографии; далее очищают и методом перекристаллизации получают лизин 97-98 % чистоты. 1 Сфера Сельское хозяйство, производство кормовых применения добавок. В России наблюдается непрерывный технологии. рост промышленного производства мяса птицы и свиней и рост производства кормов. Собственное производство лизина и других аминокислот в России отсутствует, и они, как и многие другие компоненты корма, полностью импортируются в страну. В силу ряда технологических и рыночных обстоятельств, компания имеет хорошие шансы стать единственным производителем лизина в России. Это приобретении независимости станет кормовой страны, важным и этапом в продуктовой поскольку компания Рослизин нацелена на создание современного гибкого биотехнологического производства, способного производить не только лизин, но и другие кормовые добавки. 2 Опытно-промышленное производство. Стадия разработки технологии. 3 Эффективность Успешная технологии. созданию реализация проекта приведет производства, к тысячекратно превышающее намеченное к запуску в рамках настоящего проекта, что даст мощный стимул развития сельского хозяйства в Чувашской республике и смежных секторов, исходя из дополнительных потребностей в фуражном зерне в объеме 140 тысяч тонн в год, создаст потребности в собственном строительстве жилья для занятых на производстве и финансированию профильных ВУЗов в Чувашской республике с целью подготовки кадров для производства. 4 Главные задачи Создание инновационного продукта – кормовой компании. добавки L-лизин – не производившейся ранее в Чувашской Республике и не имеющей производства в настоящее время в России. Организация импортозамещающего производство лизина с возможностью масштабирования многократного производства на дополнительных производственных мощностях. 5 Общая информация производимом Лизин компании о микробиологическим Рослизин способом производится на основе кормового зерна низких сортов (пшеница IV и V инновационном классов), используемого в качестве основного продукте. сырья. В основе производства будет лежать современная производственная технология, являющаяся комбинацией стадий, разработанных российскими инженерами и учеными (получение глюкозного сиропа из крахмала и биосинтез лизина и высокобелковой биомассы), и открытых технологий, которые компания приобретет у лучших мировых комбинация производителей. позволит Такая Рослизину создать экономически эффективный процесс производства лизина. В результате разработок технологии создано Know-how, которое будет подлежать защите в режиме защиты коммерческой информации и не будет патентоваться. Лизин является аминокислотой, широко применяемой в птицеводстве и свиноводстве для составления сбалансированного рациона питания. Использование лизина в составе кормов животных улучшает баланс аминокислот, что способствует интенсивному усвоению кормов и активному росту животных, улучшению качества мяса, повышает сопротивляемость к заболеваниям. 6 Предполагаемый 67 млн.руб. (61 млн.руб. средства учредителя ) объем инвестиций. 7 Дополнительная информация. Потенциальные рынки сбыта: а) комбикормовые заводы – производители полноценных кормов. основным потребителем комбикормовых В свою очередь продукции заводов является птицеводческая отрасль, на втором и третьем месте по доле комбикормовых в ассортименте заводов находится комбикорм для свиней и крупного рогатого скота (КРС); б) производители премиксов и концентратов, которые используются в качестве ингредиентов на комбикормовых заводах и на фермах для приготовления полноценных сбалансированных кормов; в) животноводческие фермы (для организации собственной кормовой базы крупными хозяйствами или агрохолдингами); г) торговые компании, специализирующиеся на кормовых добавках. Глоссарий. Аминокислоты – структурные элементы, из которых построены белки. Представляют собою карбоновые кислоты, содержащие одну или две аминогруппы. Бактерии - обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Вместе с тем генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место – зону, называемую нуклеоидом. Организмы с таким строением клеток называются прокариотами («доядерными») в отличие от всех остальных – эукариот («истинно ядерных»), ДНК которых находится в окруженном оболочкой ядре. Микробиологический синтез – промышленный способ получения химических соединений и продуктов с помощью бактерий. Незаменимые аминокислоты – кислоты, которые не синтезируются клетками животных и человека и поступают в организм в составе белков пищи. Для разных животных набор незаменимых аминокислот неодинаков. Отсутствие или недостаток незаменимых аминокислот приводит к остановке роста, падению массы, нарушениям обмена веществ и к гибели организма. Штамм — чистая культура микроорганизмов одного вида, у которого одинаковые морфологические и физиологические особенности 2) Основной (аналитический) этап 1) вступительное слово учителя; распределение учащихся по группам (4-5 человек в каждой); организация работы групп: краткое изложение членами групп прочитанных материалов и их обсуждение; выявление проблемных моментов; определение докладчиков. 2) первый раунд дискуссии – обсуждение проблемных моментов в малых группах, поиск аргументов и решений. 3) второй раунд дискуссии – представление результатов анализа, общегрупповая дискуссия, подведение итогов дискуссии и найденных решений. 3) Итоговый этап Заключительная презентация результатов аналитической работы (студенты могут узнать и сравнить несколько вариантов решений одной проблемы); обобщающее выступление учителя – анализ ситуации; оценивание учителем учащихся. 5. Подведение итогов работы 6. Ориентация студентов на выполнение домашнего задания 3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Кейс-технологии способствуют развитию основных качеств студентов: - Гибкость и нестандартность мышления; - Чувство нового, умение применить его творчески; - Анализ действий и поступков; - Умение профессионально мыслить (мысленное моделирование событий); - Способность принимать оптимально-рациональное решение по проблеме; - Оперативно ситуациях принимать оптимальное решение в рискованных 4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Живухина Е.А., Клунова С.М., Егорова Т.А. Биотехнология. М.:Академия. - 2010 2. Константинов В.М. Общая биология: учеб. для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования/В.М. Константинов, А.Г. Резанов, Е.О. Фадеева; под ред. В.М. Константинова. – 3-е изд., стер. – М.:академия. – 2010. -256 с. 3. www.gripp.ru 4. www.xumuk.ru 5. www.libedu.ru 6. http://ru.wikipedia.org/