|
Это первая публикация по обобщению опыта работы учителя биологии в экспериментальном классе Петрозаводской гимназии №30, где РТВ и ТРИЗ введены как самостоятельные предметы в образовательную программу с первого по одиннадцатый класс. Использование этого ресурса в предметном обучении – особенность преподавания, в частности биологии.
Основная идея, которой подчинен отбор содержания предмета – системное представления о феномене жизни. Ведущий подход в процессе обучения – проблемный.
Обучение биологии в школе по-прежнему ориентированно, как и сто лет назад, на организменный уровень. Что же все-таки изучает биология? Ответ и прост и сложен одновременно – феномен жизни. Наука подошла к представлению о том, что жизнь - это система, система сложноорганизованная, термодинамическая, открытая. Несмотря на разнообразие структур, набор основных функций (в биологии трактуемых как свойства живой материи) ограничен:
> обмен веществ и энергии;
> саморегуляция;
> самовоспроизведение;
> способность к росту и развитию;
> дискретность.
Итак, системный подход является сегодня ведущим в биологии. Освоение ТРИЗ создает хорошую базу для применения этого подхода в школьном обучении.
Собственно, изучая растения, животных, микроорганизмы, грибы, мы выясняем, как они дышат, питаются, развиваются, размножаются и как в связи с этим устроены. Выполнение общих функций в разных условиях, с использованием разных ресурсов определяет строение. Функция определяет структуру, а не наоборот. Рассмотрим функцию “самовоспроизведения”, другими словами – размножение организмов.
К размножению способны все организмы, но половое размножение – удел немногих. Хотя точнее было бы сказать, что есть группы, для которых бесполое размножение более характерно (например, бактерии), группы, в которых половой и бесполый типы равно представлены (растения, низшие животные) и группы, способные к размножению только половым путем (мы с Вами относимся к таким существам).
Каждый школьник объяснит биологические преимущества полового пути по сравнению с бесполым: повышение разнообразия генетического материала путем “перемешивания”, что имеет важное значение для адаптаций к среде и эволюции. Итак, в половом процессе участвуют два организма. Если это два одноклеточных организма, да еще способных к передвижению, ничто не мешает им сблизиться и обменяться генетической информацией (вспомним конъюгацию инфузорий, бактерий и т.д.). Кстати, половой процесс есть , а размножение? Размножения как такового, то есть увеличения числа особей, при этом нет.
Проблема 1.: как предотвратить увеличение генетического материала в процессе слияния ядерного содержимого клеток?
Сформулируем противоречие: 1 + 1 = 2, но 1 + 1 = 1
Решение проблемы предотвращения кратного увеличения генетического материала в процессе слияния ядерного содержимого клеток состоит в чередовании митотического (из одной клетки получается две с точно такой же генетической информацией) и мейотического (редукционного: из одной клетки получается 4 с уменьшенным вдвое количеством ДНК) клеточных делений.
Представим теперь два многоклеточных организма, не способных к передвижению, например, две нитчатых водоросли.
Проблема 2.: как обеспечить контакт двух неподвижных, находящихся на рсстоянии объектов?
Вам поможет противоречие: неподвижное должно быть подвижным.
Решение проблемы контакта двух неподвижных, находящихся на расстоянии объектов: выделить подвижную часть.
Поскольку все клетки многоклеточного организма несут одинаковую генетическую информацию, достаточно для обмена выделить по одной клетке – “представителю” (половые клетки, или гаметы). Эти клетки должны удовлетворять ряду условий:
1. представлять набор генов своего организма;
2. предотвращать кратное накопление генетического материала у последующих поколений.
3. быть способными к движению;
4. нести запас питательных веществ, обеспечивающих начало развития нового организма;
Первые две особенности половых клеток мы рассмотрели. А вот способности к движению и накоплению запаса питательных веществ явно противоречат друг другу. Очевидно, быстрее будет передвигаться не обремененная грузом, снабженная органоидом движения клетка.
Противоречие: гамета должна быть легкой, чтобы лучше двигаться, гамета должна быть тяжелой, чтобы иметь больший запас питательных веществ.
Если разделить функции между двумя гаметами, то мы сконструируем пол. Женские гаметы, яйцеклетки, крупные, неподвижные, несут запас питательных веществ. Мужские сперматозоиды мелкие, чрезвычайно активные.
В группе водорослей природа имеет несколько вариантов решений.
Компромиссное решение представлено зооспорами хламидомонады (одноклеточной зеленой водоросли). Гаметы обоих организмов подвижны, так как имеют жгутики, и несут небольшой запас питательных веществ. Обратите внимание, что половое размножение происходит у организмов без выраженного пола. Нельзя сказать, которая из водорослей “мужская”, а которая “женская”.
У спирогиры одна из гамет подвижна, а другая неподвижна, хотя размеры у них одинаковые.
Существует еще один вариант (у фукусов, некоторых видов хламидомонад), когда одна гамета большая и неподвижная, а вторая небольшая и подвижная.
Какой вариант более идеальный? Правильно. Это оптимальное решение закрепилось у высших растений и у животных.
| 
вверх
