АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

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/