АННОТАЦИЯ электронного эстафетного учебно-методического комплекса “Основы биоэнергетики для школьника, абитуриента и студента”

АННОТАЦИЯ
электронного эстафетного учебно-методического комплекса
“Основы биоэнергетики для школьника, абитуриента и студента”
Электронный учебно-методический комплекс “Основы биоэнергетики для школьника,
абитуриента и студента” является оригинальной разработкой в области преподавания естественнонаучных дисциплин в средней и высшей школе, выполненной в соответствии с задачами ФЦП “Развитие единой образовательной информационной среды”. Программы комплекса
базируются на материале классических учебников и современных монографий. Второе издание комплекса будет состоять их двух мультимедийных учебных программ, снабженных методическими пособиями. Первая программа — “Энергетика живой клетки” — предназначена
для использования в школах, лицеях и колледжах для обучения школьников и подготовки
абитуриентов по общей биологии, химии, физике (первая ступень); вторая программа —
“Наглядная биоэнергетика ” — разработана для студентов естественных факультетов, занимающихся по курсу “Общая биохимия” и ряду спецкурсов (вторая ступень). Такой эстафетный подход позволяет, с одной стороны, обеспечить более плавную поэтапную подготовку
школьников к поступлению в высшее учебное заведение (см. рис), с другой – сократить аудиторное время и активные часы учителей и преподавателей.
*На схеме приведены названия программ 1-го издания Комплекса.
Важнейшей характеристикой представляемой разработки, отличающей ее от всех существующих за рубежом и в России учебных электронных изданий, является комплексность
подхода к идеологии, структуре, дизайну учебных программ и алгоритму их последовательного, эстафетного использования в учебном процессе в линейке “школьник–абитуриент–
студент”.
2
Компьютерные программы данного комплекса являются полноценными учебными пособиями, содержащими как обучающий материал, так и вопросы для самотестирования. Их
отличает наличие специально разработанной для самоподготовки школьников и студентов
системы проверки знаний, дающей учащемуся объективное представление об уровне его подготовки. Это достигается путем чередования тестирующего и тренингового режимов компьютерного теста.
Важной особенностью комплекса является также многовариантность прохождения
материала обучающего блока. Структура программ такова, что позволяет учащемуся знакомиться с материалом различной сложности в зависимости от собственного уровня подготовки, особенностей восприятия и запоминания информации.
Успешно решена проблема совместимости компьютерных программ комплекса с различными операционными системами-модификациями Windows и конфигурациями компьютеров. Программы работают с компакт-диска, не занимая места на жестком диске и не требуя
специальной установки.
В течение 8-ми лет (с 2000 года) разные части комплекса дополнялись и модифицировались с учетом опыта применения, рекомендаций специалистов и отзывов студентов. Целесообразность применения 1-го издания комплекса в учебном процессе доказана в ходе испытаний в Казанском государственном университете. Показано, что эффективность усвоения
информации студентами при использовании программ комплекса в качестве основного или
дополнительного материала для самоподготовки и при проведении семинаров возрастает на
25-30%.
В настоящее время программы комплекса применяются в Казанском университете на
кафедрах биохимии, общей физики, факультете повышения квалификации, в Институте повышения квалификации и переподготовки работников образования Республики Татарстан, в
ряде школ города Казани. За пределами Татарстана комплекс используется в учебном процессе на кафедре биохимии Тверского госуниверситета, кафедре химии Ингушского госуниверситета, на химико-биологическом отделении Благовещенского государственного педагогического университета.
Первая ступень: мультимедийное учебное пособие «Энергетика живой клетки»
Мультимедийная программа «Энергетика живой клетки» составлена согласно рекомендациям издания «Примерные программамы среднего (полного) общего образования»
(Сост. Н.Н. Гара, Ю.И. Дик. – М.:Дрофа, 2000. – 464с.). Программа включает в себя следующие основные средства подачи материала: текст, иллюстрации (различных видов), звуковое
сопровождение. Особое внимание уделено анимационным (динамическим) иллюстрациям.
Тип построения и расположения материала в программе – «дерево», от общего к частному. Это достигается наличием основного линейного блока, от которого «ответвляются»
экраны с дополнительным материалом. Встроенная система помощи описывает все операции, выполняемые в программе, а также другую необходимую информацию: об авторе, авторских правах, технические требования к системе и т.д. Количество вложенных рабочих
окон чаще всего не превышает трех, включая основной экран. Использование активных элементов программы максимально простое и дополнительно разъясняется в системе «Помощь». Предусмотрен словарь терминов, а также возможность прямого перехода к конкретному термину с рабочего экрана. Есть также возможность работать со словарем терми-
3
нов как с отдельной частью программы. Понимание смысла терминов необходимо для эффективного изучения материала курса.
Программа реализована для работы в операционных системах Windows 95/98 и
Windows Me/XP/2000/Vista (на персональном компьютере Pentium-200MHz (и выше) при отключении локальной сети или с доступом на правах администратора). Необходимо также
наличие CD-ROM и звуковоспроизводящих компонентов. Программа содержит около 400 Кб
текстового материала (приблизительно 11 печатных листов), более 250 иллюстраций, 30 красочных схем, 15 авторских анимационных фрагментов, 35 контрольных вопросов.
Краткое содержание курса:
Раздел I: Поток энергии
Метаболизм: понятие и функции
Макрометаболизм: живая планета
Метаболизм в организме
Раздел II: Метаболизм глюкозы
Фотосинтез
Катаболизм глюкозы. Гликолиз
Цикл лимонной кислоты
Цепь переноса электронов
Анаболизм глюкозы. Глюконеогенез.
Режимы работы с программой предполагают изучение материала, подаваемого на
экране, и тестирование в конце программы. На основных (корневых) экранах размещен минимум текстовой и графической информации, сопровождаемой авторскими комментариями.
В ряде случаев основные экраны рассматриваемой части курса представляют собой «миниоглавления», с каждого из пунктов которых можно перейти к подробным текстовым, графическим материалам и к звуковому сопровождению. Материал детализирован на вложенных
(дополнительных) экранах. Они вызываются с основного экрана с помощью специальных
управляющих элементов. Часть дополнительных материалов носит факультативный характер. Их объем определяется самим педагогом с учетом форм и методов обучения, календарно-тематических планов и т.д. Таким образом, создаются условия для творчества учителя,
дифференциации образовательного процесса.
Вторая ступень: мультимедийная обучающая программа «Наглядная биоэнергетика»
(выход в свет в декабре 2005 г.)
Мультимедийная программа будет выполнена в строгом соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для специальности 012300-биохимия. Она предназначена для применения на естественных факультетах вузов и «принимает эстафету» у программы «Энергетика живой клетки». В связи с этим, программа несет большое количество дополнительной информации, а основной материал сильно
детализирован.
Перечень вопросов, рассматриваемых в курсе:
1) Поток биологической энергии. Законы термодинамики в биологических системах. Энтропия
биологических систем.
4
2) Метаболизм: понятие и функции.
3) Макроскопический аспект метаболизма. Автотрофы и гетеротрофы. Аэробы и анаэробы. Круговороты N, CO2 , O2.
4) Метаболические пути: линейные и циклические. Катаболические и анаболические пути и их
взаимосвязь. Регуляция метаболических путей: по типу обратной связи, гормональная регуляция, индукция ферментов.
5) Законы биоэнергетики (по В.П. Скулачеву): протонный и натриевый потенциал, три закона
биоэнергетики.
6) История изучения строения мембран. Типы мембран в клетке и их функции, мембранные белки.
7) Мембранные системы транспорта: Na/K-АТФаза (локализация, структура, реакционный
цикл). Мембранные системы транспорта: Ca-АТФаза (локализация, структура, реакционный
цикл). Регуляция активности АТФаз. Бактериальные фосфотрансферазы, периплазматические
транспортные системы, вакуолярные Н-АТФазы. Транспортные системы, сопряженные с переносом электронов или с поглощением света: цитохром-оксидаза, бактериородопсин. Каналы, поры, переносчики: понятия. Классификация транспортных белков, основанная на механизме их действия и энергетике. Переносчики (пермеазы, транлоказы): активные - пассивные,
симпорт - антипорт - унипорт. Первичные - вторичные активные переносчики. Каналы и поры: потенцил-зависимые Na- и Са-каналы. Каналы и поры: щелевые контакты. Каналы и поры: ядерные поровые комплексы. Порины: структура, функции. Транспорт белков через мембрану (на примере тетрагидрофолатредуктазы). Ионофоры: свойства, примеры.
8) Катаболизм глюкозы: общая схема. Мобилизация запаса глюкозы из гликогена. Ферменты
гликолиза: функция, общая характеристика. Реакции гликолиза. Энергетический баланс гликолиза. Расстройства связанные с нарушением гликолиза.
9) Пути превращения пирувата. Лакт-ацидоз.
10) Ферменты цикла Кребса: функция, общая характеристика. Реакции цикла Кребса. Энергетический баланс цикла Кребса.
11) Источники электронов для е-транспортной цепи. Дыхательная цепь: комплексы, переносчики,
ингибиторы. Окислительное фосфорилирование: АТФ-синтетаза (структура, ротор и статор;
эксперименты по изучению механизма перекачки протонов ферментным комплексом). Окислительное фосфорилирование: хемиосмотическая теория, механизм создания трансмембранного градиента протонов. Общая схема окислительного фосфорилирования. Транспортные
(митохондриальные переносчики: АТФ/АДФ-транслоказа, переносчик фосфата, разобщающий белок) системы внутренней мембраны митохондрий: назначение, механизм функционирования. Челночные системы внутренней мембраны митохондрий: назначение, механизм
функционирования. Расстройства связанные с нарушением фосфорилирования.
12) Схема регуляции катаболизма глюкозы. Регуляция гликолиза, цикла Кребса. Регуляторные
взаимосвязи катаболизма глюкозы.
13) Рассеяние энергии дыхания при терморегуляции (по В.П.Скулачеву).
14) Энергетический баланс полного окисления молекулы глюкозы. Вторичные метаболические
пути: пентозо-фосфатный путь, глиоксилатный цикл.
15) Ферменты глюконеогенеза: функция, общая характеристика. Реакции глюконеогенеза. Субстраты для глюконеогенеза. Энергетический баланс глюконеогенеза. Расстройства связанные
с нарушением глюконеогенеза.
16) Фотосинтез общая схема и энергетический баланс. История изучения фотосинтеза. Световая и
темновая фазы фотосинтеза. Пигменты фотосинтеза и их роль, реакционный центр, фотосистемы. Модель световых реакций (Z-схема). Фотофосфорилирование (нециклическое и циклическое).С3-путь темновых реакций фотосинтеза. С4-путь темновых реакций фотосинтеза.
Фотодыхание у С3- и С4-растений и их продуктивность. САМ-метаболизм.
5
17) Эволюция биологических механизмов запасания энергии (по В.П.Скулачеву): «адениновый»
фотосинтез, бактериородопсиновый фотосинтез, хлорофилльный фотосинтез зеленых серных,
пурпурных и цианобактерий, дыхательное фосфорилирование.
18) Строение и механизм работы молекулярного «мотора» бактерий. Способы движения растений: внутриклеточные движения, локомоторные движения, рост растяжением, тургорные
движения.
19) Энергетика мышечных сокращений: строение мышечного волокна, модель скользящих нитей,
рабочий цикл актомиозинового комплекса.
20) Кинезин, динеин: строение, функции.
Программа будет содержать более 700 Кб текстового материала, более 300 иллюстраций и красочных схем, авторские анимационные фрагменты, информацию о российских и
мировых исследователях, внесших решающий вклад в решение ключевых вопросов биоэнергетики: Д.Кейлине, Г.Кребсе, П.Митчелле, Ф.Липманне, В.Скулачеве, Г.Кори, А.Ленинджере
и др., а также оригинальные контрольные вопросы. Важным отличием программы от ее
«школьного» предшественника является наличие большого количества примеров, характеризующих аномалии прохождения того или иного физиологического процесса в организме человека. Эта информация делает данный курс полезным для студентов медицинских вузов.