Профориентационный урок-эксперимент по биологии «Выделение молекулы ДНК банана»

Автор: Кирсанова Наталья Егоровна

Организация: МКОУ Мироновская СОШ

Населенный пункт: Новосибирская область, Баганский район, с. Мироновка

Цель занятия: познакомить учащихся с простейшими методами биотехнологии на примере выделения молекулы ДНК, конкретизировать представления учащихся о молекуле ДНК.

Задачи занятия: создать условия для развития универсальных учебных действий:

1. познавательных:

-через актуализацию теоретических знаний о строении функциях молекулы ДНК в процессе выполнения практических заданий;

-владение логическими операциями (анализ, синтез, сравнение, обобщение), через развитие умения наблюдать за происходящими процессами и фиксировать результаты наблюдений

2. регулятивных:

-через создание условий для развития умений, связанных с целеполаганием, планированием предстоящей деятельности, поиском способов решения поставленной проблемы, содержательной и личностной рефлексии, контролем и самооценкой достигнутого;

-посредством развития умения самостоятельно организовывать рабочее место;

-личностного самосовершенствования через проведение личностной рефлексии в рамках работы в группе.

-ценностно-смысловых посредством развития внутренней мотивации к изучению реальных объектов действительности, ощущения собственной уникальности;

3. Информационно – коммуникативных:

-посредством развития умения использовать разные источники информации (руководство по проведению работы, речь учителя) для решения поставленной цели;

-посредством развития умений диалогической речи через организацию работы в группах на рабочих местах.

Целевые ориентации урока:

Предметные: способствовать формированию знаний об особой роли нуклеиновых кислот в живой природе – хранении и передаче наследственной информации, умение характеризовать особенности строения и функций молекулы ДНК; выполнять практическую экспериментальную работу.

Метапредметные: способствовать развитию логического мышления, умению анализировать, сравнивать, делать обобщения и выводы, работать с различными источниками информации, с демонстрационным материалом.

Личностные: создать условия для формирования понимания развития своего интеллекта как ценностной характеристики современной личности; создать условия для совершенствования навыков и умений, необходимых для индивидуальной и групповой работы, делась правильный выбор будущей профессии.

Планируемый результат обучения, в том числе и формирование УУД:

  • образовательные (формирование познавательных УУД) обучающийся должен знать об особенностях строения ДНК: строении отдельного нуклеотида, соединении отдельных нуклеотидов в одну цепь, соединении цепей нуклеотидов в одну молекулу ДНК, основанную на принципе комплементарности, о функциях ДНК, о механизме удвоения ДНК, определении ключевых понятий, уметь пользоваться терминологией.
  • воспитательные (формирование коммуникативных и личностных УУД): умение сотрудничать с учителем и одноклассниками, полно и точно выражать свои мысли, отвечать на вопросы, применять в своей речи логические приемы, соблюдать процедуру группового обсуждения, воспитывать усидчивость, дисциплинированность.
  • развивающие (формирование регулятивных УУД): развитие логического мышления, внимания творческих и познавательных способностей, умения анализировать, самостоятельно прорабатывать учебный материал, владеть умениями сравнения, доказательства, вычленения основных идей в учебном материале, оценивать качество и уровень усвоения материала.

Форма: урок-эксперимент «Выделение ДНК»

Технологии, применяемые на уроке:

  • технология проблемного обучения;
  • информационная технология;
  • технология групповой деятельности;
  • технология исследовательского обучения.

Ведущая педагогическая идея: реализация метапредметного подхода в преподавании биологии через организацию активной познавательной деятельности учащихся на уроке.

Оборудование: мультимедийная презентация по теме занятия, лабораторное оборудование для работы в группах: перезрелый банан, физиологический раствор, медицинский спирт, дистиллированная вода, моющее средство, пробирки, воронка, ступка с пестиком, стеклянная палочка, фильтровальная бумага, блендер, стеклянный стакан, мерный стакан, соль, нож, разделочная доска.

инструктивные карты для работы в группах (приложение №1), протокол выполнения работы для каждого учащегося (приложение №2).

Организационный момент. Актуализация знаний

Ребята, вы находитесь почти на пороге выхода из школы. Перед вами встают вопросы «Кем я хочу стать? Будет ли рабочее место для меня? Какой мне сделать выбор экзаменов?»

- Давайте посмотрим видеофрагмент о профессиях будущего (видеоролик 5 минут)

- Какие профессии будущего были представлены в ролике?

Мы сегодня попробуем себя в одной из представленных профессиях.

На предыдущих уроках мы с вами изучали органические вещества, входящие в состав клеток.

-Какие? (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты).

-В чём особенность их строения? (белки, углеводы и нуклеиновые кислоты - биополимеры, состоят из мономеров).

II. Изучение нового материала.

Сегодня на уроке мы с вами продолжим изучение одного из биополимеров, а именно какого, скажите вы, прослушав информацию.

Как передаётся информация внутри живых существ? Как от одного поколения в другое передается информация о зарождении именно зелёной лягушки, а не красного жасмина?

Как и где она хранится?

Ответ известен: эта удивительная молекула является носителем наследственной информации называется ДНК.

Эта информация, «путешествующая» в молекуле ДНК от матери и отца к их потомству, является «инструкцией», «книга жизни», другие «свидетелем и уликой» и «секретным хранилищем», которая позволяет механизму в оплодотворенной клетке строить новый живой организм.

Интересные факты

Длина молекулы ДНК одной клетки человека составляет около двух метров!

В организме человека находится от 75 до 100 триллионов клеток.

Длинна всех молекул ДНК человека: 150 миллиардов километров.

Этого достаточно, чтобы 3,5 миллиона раз обернуть Землю по экватору и 400 раз долететь до Солнца и вернуться обратно!

  • Можно ли увидеть молекулу ДНК своими глазами?
  • Какое лабораторное оборудование можно для этого использовать? (посмотреть в микроскоп)
  • Что нужно сделать с клетками, чтобы получить из них молекулу ДНК?

Цель нашего занятия - познакомиться с простейшими методами биотехнологии на примере выделения молекулы ДНК банана.

- Люди какой профессии, занимаются изучением молекулы ДНК? (врачи генетики)

- Что изучает генетика?

На сегодняшний день исследование ДНК, выделенной из объектов биологического происхождения, является общепринятой и наиболее информативной и точной в медицинской практике.

- Для чего выделяют ДНК?

Для анализа улик (в криминалистике)

Для тестирования новорожденных на генетические заболевания

Для установления родства

Для изучения генов, участвующих в образовании раковой опухоли

Для анализа археологического материала

Для идентификации личности людей

- Научные методы, позволяющие выделять ДНК, слишком трудны как в техническом, так и в теоретическом плане. В условиях школьных лабораторий невозможно найти нужное оборудование для проведения работы. А как хочется увидеть ДНК!

За основу взят метод, предложенный В. Артамоновой в популярной статье «Как увидеть ДНК» (Химия и жизнь, Школьный клуб, 2002, №2, стр. 48-49.)

Алгоритм эксперимента прост в исполнении. Эксперимент нагляден, информативен по содержанию и занимателен по форме.

Объект исследования:

Выделенные из тканей животного и растения молекулы ДНК

Предмет исследования:

Структура ДНК

Выделенные из банана молекулы ДНК

Химический состав нуклеопротеидов

Физические свойства ДНК

Репарация ДНК

Для этого понадобится….

Дегергент (жидкое моющее средство «Fairy») 2 столовые ложки. Разрушает липидные мембраны клеток и ядерную мембран, высвобождая ДНК.

Этанол 95% 15-30 мл. Экстрагирует молекулы ДНК из водного раствора.

Поваренная соль (NaCl) 0,9г. Создает физиологическую среду, препятствуя разрушению молекул ДНК.

Пробирки, химические стаканы или другую посуду.

Пипетки.

Для наблюдения использовался школьный цифровой микроскоп, компьютер, телевизор.

 

Просмотр видеофрагмента о строении молекулы ДНК и её значении в организме.

Фронтальная беседа о строении молекулы, ее местоположении в клетке, способе укладки молекулы ДНК.

Организация поисковой деятельности учащихся по решению проблемного вопроса «Предположите, что нужно сделать, чтобы увидеть молекулу ДНК?» [слайд]. При организации беседы надо подвести учащихся к тому, что способ извлечения есть результат «упаковки», т.е. зная, как упакована, молекула ДНК в клетке (а мы это повторили), мы должны ее распаковать. Предположения учащихся учитель кратко фиксирует на доске, чтобы потом проверить правильность их предположений.

Выбор объекта для выделения ДНК

В общем, если перед исследователем не стоит какой-то специальной задачи, он старается выбрать для работы ткань, в которой мало межклеточного вещества и много самих клеток.

Причём желательно, чтобы ткань легко распадалась на эти составляющие, а клетки не были перегружены белками (как мышечные), липидами

(как жировые) или полисахаридами (как клетки мозга).

Выделение ДНК

- Ребята, каждая группа получила инструкцию по выделению ДНК из банана.

Обратить внимание на необходимость строгого соблюдения инструкции!

Под руководством учителя проводит эксперимент по выделению ДНК из банана.

Алгоритм проведение эксперимента « Как самому выделить ДНК» лежит на парте.

Методика и этапы работы:

Организация выполнения практической части в соответствии с инструктивными картами. По ходу практической части учащиеся заполняют протокол практической работы.

- Ребята, пользуясь инструкцией по выполнению работы, под моим руководством, мы с вами попробуем быть в роли генетиков.

- На слайды тоже обращаем внимание.

Пошаговая инструкция по выделению молекул ДНК

Для эксперимента подойдет любой растительный материал. Проще работать с тем, что легче измельчить, например мякоть банана.

Чтобы извлечь ДНК из ядра растительной клетки, нам потребуются:

  • ступка с пестиком, дома можно использовать блендер;
  • воронка;
  • стеклянная посуда: колба, стакан, пробирка;
  • фильтровальная бумага или марля;
  • хлорид натрия (поваренная соль) — 1,5 г;
  • гидрокарбонат натрия (сода) — 5 г;
  • весы, позволяющие взвешивать от одного до нескольких грамм; в отсутствие весов для соли и соды можно использовать мерные ложки — здесь главное соблюсти пропорции ингредиентов;
  • детергент (лат. detergio — стираю) — это разновидность поверхностно-активного вещества, которое уменьшает поверхностное натяжение воды и способствует ее проникновению в поры и между волокнами; детергенты помогают отмывать что угодно от грязи; в домашних условиях в качестве детергента можно использовать мыло, средство для посуды;
  • дистиллированная вода — 120 мл;
  • 95%-й этиловый спирт.

Шаг 1. Готовим буферный раствор

Буферными (англ. buff — смягчать удар) называют растворы с определенной устойчивой концентрацией водородных ионов. Проще говоря, pH такого раствора почти не меняется, даже если мы добавляем в него кислоту или щелочь.

Чтобы приготовить буферный раствор для нашего эксперимента, наливаем в колбу 120 мл дистиллированной воды и добавляем в нее 1,5 грамма хлорида натрия. В домашних условиях можно использовать поваренную соль, это, конечно, не химически чистый NaCl, но для нашей миссии подойдет.

Далее взвешиваем и добавляем в раствор 5 грамм гидрокарбоната натрия (мы используем соду).

После добавления перемешиваем содержимое колбы до полного растворения.

Шаг 2. Смешиваем буферный раствор с детергентом

В качестве детергента мы используем средство для мытья посуды. Нам будет вполне достаточно 50–60 мл. Добавляем его в буфер и перемешиваем полученную смесь в течение трех минут.

Шаг 3. Подготовка сырья для извлечения ДНК

Мякоть банана тщательно измельчаем до однородного состояния. Это удобнее сделать блендером.

Шаг 4. Разрушение клеточных стенок

К полученной массе добавляем холодную смесь буферного раствора с детергентом. Тщательно перемешиваем. Детергент разрушает клеточные мембраны и мембраны ядер клеток. Таким образом, нити ДНК окажутся свободно плавающими.

Шаг 5. Получение молекул в растворе

Разрушив клеточные стенки, удаляем их: для этого фильтруем раствор в течение 10 минут при помощи воронки с фильтром. В нашем случае мы используем фильтровальную бумагу, но дома можно взять ткань или даже марлю.

- Просмотр видеоролика из передачи «ДНК» по НТВ.

Шаг 6. Визуализация

К полученному фильтрату по стенке сосуда под острым углом осторожно приливаем охлажденный в морозилке 95% этиловый спирт, чтобы он не перемешивался с содержимым. Добавляем сколько не жалко. Но в целом количества, равного половине имеющегося в колбе фильтрата, будет достаточно.

И вот на границе раздела двух жидкостей мы наблюдаем, как постепенно появляются белые нити ДНК.

Из всех клеточных компонентов только ДНК быстро выпадает в осадок в спирте, образуя видимые глазу белые нити.

Все остальные компоненты остаются в водной фазе.

Шаг 7. Нанизать деревянной палочкой молекулу ДНК и посмотреть под микроскопом.

Обсуждение эксперимента, оформление в тетради

- Ребята, давайте сделаем выводы по нашему эксперименту.

1. Что мы получили?

2. Зачем мы измельчали банан в блендере?

3. Что такое детергент

4. Зачем нужен спирт?

5 Думали ли вы, что можно в домашних условиях выделить молекулу ДНК и увидеть её своми глазами?

6. Цель нашего занятия достигнута?

-Ребята, заполняем протоколы и сдаём.

Заполнение протокола позволяет сделать работу учащихся более осознанной, развивать способности к рефлексии собственной деятельности, умению формулировать результаты наблюдений на письме. Следует обратить внимание, что колонка «Что делали?», не должна быть заполнена списанными из руководства по выполнению фразами, а должна быть заполнена самостоятельно, т.е. кратко описывать проделанную работу.

Подведение итогов работы.

Обсуждения практической значимости исследований молекулы ДНК. Например, значение ПЦР в медицине.

-Ребята, внимание на экран.

Ученые из Института Бабрахама в Кембридже совместно с известным музыкантом и звукорежиссером Максом Купером, а также мастером визуального искусства Энди Ломасом презентовали уникальную работу, демонстрирующую элегантный и сложный процесс организации генов в единую систему.

Хаотично движущиеся на видео линии — на самом деле компьютерная модель агрегации генетической информации, записанной на молекулах в ДНК, в живых клетках. «Это исследование меняет наше понимание биологии, показывая, как гены, которые находятся близко друг к другу в геноме, взаимодействуют и влияют друг на друга», — поясняет EurekAllert!.

При упоминании ДНК люди чаще всего представляют маленькие Х-образные хромосомы, расположенные в аккуратных маленьких линиях на большом расстоянии друг от друга. Но каждое ядро клетки, размером меньше песчинки, содержит длинные цепи ДНК. Большую часть времени 46 хромосом в человеческой клетке выглядят как часть запутанной массы ДНК — больше всего это похоже на маленький комок шерсти.

Ученые поясняют: движение генов может казаться хаотичным, но на самом деле они высокоорганизованны. Красным цветом на видео выделены области с наиболее высокой активностью генов. (Видео 3 минуты)

На этом заканчиваем наше занятие. Подведём итог, как мы работали. Перед вами смайлики, они отражают вашу работу. Возьмите тот смайлик который выражает вашу работу и прикрепите его на доску.

Ну а вообще, в нашей жизни бывает всякое, и мы должны быть готовы ко всему, чтобы прокормить себя.

Внимание на экран. (Видеоролик 2мин. « На вас персональный наряд на все 15 суток»)

Спасибо за работу!

Список используемой литературы

1. Буферные растворы: приготовление и использование [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://fb.ru/article/44036/bufernyie-rastvoryi-prigotovlenie-i-ispolzovanie

2. Введенский Э. Л., Плешаков А. А. Биология. Введение в биологию. 5 класс. Линия «Вектор». – М.: ООО «Русское слово - учебник», 2012

3. Великов В. А. Молекулярная биология. Практическое руководство. – Саратов: Издательство «Саратовский источник», 2013. – 84 с.2.

4. Лаборатория на кухне (выделение в домашних условиях ДНК) [Электронный ресурс]. – Examen.ru – портал для абитуриентов и их родителей. – Режим доступа:http://www.examen.ru/add/manual/school-subjects/natural-sciences/genetics/stati-2201/laboratoriya-na-kuxne-vyidelenie-v-domashnix-usloviyax-dnk

5. Сивоглазов В. И. Биология: общая биология. 10 кл. Базовый уровень. – М.: Дрофа, 2016. – 254 с.

6. http://wsyachina.narod.ru/technology/reduction_dna.html, http://www.venda.ru/mater/metod/bio/dnkvdomashnihuslovijah.htm, http://www.begin-edu.com/node/5824 .

Методические рекомендации:

Настоящая разработка представляет собой адаптированный вариант к конкретному классу. Занятие рассчитано на 1 учебный час и проводится после изучения учащимися темы «Нуклеиновые кислоты». В нашем случае оно проводилось как дополнительное профориентационное занятие по биологии.

Использование презентации и видеофрагментов.


Приложения:
  1. file0.docx.. 38,0 КБ
  2. file1_c8cc9ac8-bc51-43c8-8.. 33,4 МБ
Опубликовано: 23.11.2021