18616-1 (Формирование понятия “фермент” в школьном курсе биологии и связь с школьным курсом химии)

Формирование понятия “фермент” в школьном курсе биологии и связь с школьным курсом химии.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из фундаментальных понятий, как биологии,так и химии является понятие “фермент”.Изучение ферментов имеет большое значение для любой области биологии,а также для многих отраслей химической,пищевой и фармацевтической промышленности,занятых производством биологически активных веществ для медицины и народного хозяйства.

Поэтому одним из ключевых понятий общей биологии является понятие “фермент”.В школьном курсе биологии оно начинает формироваться с 1Х класса в курсе “Анатомия,физиология и гигиена человека”.В Х классе с этим понятием учащиеся не встречаются,а в Х1-- оно дается при объяснении ряда важных биологических положений на качественно новом уровне.В школьном курсе химии понятию “фермент” уделяется мало внимания,упоминание о ферментах можно найти только в Х1 классе,поэтому на предмет биология выпадает главная роль при знакомстве учащихся с одним из главных понятий биологии и химии.

Формирование понятия “фермент” в курсе “Анатомия,физиология и гигиена человека”

Впервые с термином “фермент” учащиеся встречаются во вводной главе курса “Анатомия,физиология и гигиена человека”,которая называется “Общее знакомство с организмом человека”,в ней дается общее представление о жизненных процессах клетки.Здесь же впервые дается определение этому понятию:ферменты — это белки,ускоряющие химические превращения,происходящие в клетке.Акцент,в определении,на белковую природу ферментов позволяет создать учащимся общее преставление о строении,составе и свойствах ферментов,по аналогии с белками.

К сожалению,при изучении тем: “Опорнодвигательная система”,”Кровь”, “Кровообращение” и “Дыхание”,которые по плану изучения анатомии идут после главы “Общее знакомство с организмом человека”,понятие “фермент” не упоминается и,следовательно,не закрепляется и из активной биологической лексики “выпадает”.

Нам кажется,что было бы целеособразнее,определение понятия “фермент” давать учащимся при изучении темы “Пищеварение”,где на конкретных примерах можно объяснить биологическую роль,механизм действия,значение и другие свойства ферментов.Характерной особенностью этой темы с точки зрения понятия “фермент” является то,что разбирается процесс пищеварения дробно,т.е. отдельно для каждого отдела желудочно-кишечного тракта.Это позволяет познакомить учащихся с большим количеством ферментов,а для них легче запомнить.

При изучении этой темы учащиеся узнают,что расщепление основных компонентов пищи представляет собой сложный биохимический процесс,который осуществляется с помощью пищеварительных ферментов.Важно создать у учащихся представление о ферментах,как строго спецефичной группе белков:одни ферменты воздействуют на углеводы,другие на белки,третьи --- на жиры.Также создать понятие о четкой функциональной специализации ферментов на определенные биологические субстраты.В этой же теме дается представление об оптимальных условиях для проявления спецефических свойств ферментов:температура,кислотность среды.

При изучении пищеварения в ротовой полости ученики знакомятся с расщеплением крахмала.Здесь они узнают,что в слюне содержится два фермента,которые вырабатываются в эпителиальных клетках слюнных желез.Под действием одного из них крахмал расщепляется на вещества,имеющие менее сложные молекулы — солодовый сахар,в присутствии другого фермента солодовый сахар превращается в глюкозу.От учителя учащиеся узнают,что в слюне содержатся амилолитические ферменты:птеолин,расщепляющий крахмал до мальтозы,и мальтаза,расщепляющая мальтозу до глюкозы.Условия действия ферментов слюны- это слобощелочная среда и температура 37 градусов по Цельсию.

При изучении пищеварения в желудке учащиеся знакомятся с новым ферментом,содержащимся в желудочном соке — пепсином.Пепсин расщепляет белки и может действовать только при температуре нашего тела и в кислой среде.Такую среду в желудке создает соляная кислота,которая содержится в самом желудочном соке.

Пищеварение в двенадцатиперстной кишке промсходит под воздействием поджелудочного сока.Три фермента этого сока действуют на все органические соединения.Под влиянием трипсина в основном завершается начавшееся в желудке расщепление белков до образования растворимых в воде аминокислот.Под действием липазы происходит расщепление жиров на глицерин и жирные кислоты.В присутствии фермента амилазы крахмал,не подвергшийся пищеварительному действию слюны,расщепляется до глюкозы.Ферменты поджелудочного сока действуют только в щелочной среде при температуре нашего тела.

При характеристике ферментативной деятельности пищеварительных желез,в различных отделах пищеварительного тракта,важно обратиь внимание учащихся на спецефичность их расщепляющего действия на определенные биологические вещества.Так в ротовой полости проявляется действие ферментов,расщепляющих крахмал;в желудке —расщепляющие белки;в кишечнике,под действием ферментов секрета поджелудочной железы происходит расщепление всех основных компонентов пищи: белков,углеводов и жиров.

При изучении темы “Пищеварение”,для лучшего усвоения материала целесообразно использовать таблицу,в которую входили бы отделы пищеварительного тракта;ферменты,содержащиеся в секрете желез каждого из этих отделов;субстраты и продукты реакции,а также условия протекания реакции.

Например:

В заключении нашего обсуждения темы “Анатомия, физиология и гигиена человека “ можно сделать следующие выводы: в этом курсе учащиеся знакомятся с ферментами в ознакомиткльном плане, их действии на уровне всего организма.

К сожалению,при изучении других тем данного курса,понятие “фермент” не затрагивается.Это очень плохо,т.к. у школьников создается впечатление,что ферменты участвуют только в процессах пищеварения.Поэтому задача учителя в следующих темах,таких как “Газообмен в легких и тканях”,”Белковый,жировой,углеводный обмен” не забывать знакомить учащихся с ферментами,принимающими участие в этих процессах.Для учеников 9 класса не важен механизм этого участия, важно,чтобы они усвоили,что все реакции нашего организма катализируются какими-то определенными ферментами.

Уже в 9 классе учитель должен показать важность межпредметных связей между биологией и химией.Следует использовать знания,полученные учениками при изучении неорганической химиии в курсе 8-9 классов (темы:”Кислород,оксиды,горение”, ”Водород”, ”Кислоты,соли,основания”, “Строение вещества”).

Формирование понятие “фермент” в курсе “Общая биология”

Дальнейшее знакомство с ферментами ученики продолжают в курсе “Общая биология”. Здесь происходит изучение ферментов на качественно новом уровне,закладываются основы для понимания важнейших процессов нашего организма .В этом курсе учащиеся изучают ферменты уже как часть нового класса органических соединений,с которым они позже встретяться в курсе “Органической химии”.Поэтому для учителя очень важно заложить начальные знания,которые потом понадобятся на уроках химии. Именно в этих курсах биологии и химии видна важность межпредметных связей,которую необходимо показать и ученикам.

Первая тема курса — “Учение о клетке”.Здесь дается понятие фермента как катализатора всех жизненно важных биохимических реакций,протекающих в элементарной структурной единице всего живого-клетке. При изучении этой темы учащиеся узнают о внутриклеточной локализации ферментов:в митохондриях,лизосомах,ядре,в мембранах или на мембранах.Так в частности,понятие “лизосома” объясняется следующим образом: расщепление пищевых веществ с помощью ферментов называется лизисом,отсюда и название-лизосома.Внутри них сконцентрированы ферменты,которые способны расщеплять все пищевые вещества,поступающие в клетку.”Для лучшего объяснения этой темы,а также для лучшего усвоения ее учащимися можно использовать таблицу: “Локализация ферментов внутри клетки” (Т.Т.Березов,Б.Ф.Коровкин,”Биологическая химия”,1982г.)

Завершение развития понятия “фермент” происходит в теме “Обмен веществ и превращение энергии в клетке”. В этой теме полное представление о ферменте,ферментативной реакции,значении их для обмена.Здесь дается учащимся представление о структуре,механизме действия,классификации ферментов.Вводятся новые понятия,которые позже будут использоваться в химии.Это субстратный комплекс,кофермент,регуляторный комплекс.Процессы ассимиляции и диссимиляции,их взаимосвязь в общем процессе метаболизма.Также важно объяснить,что все ферментативные процессы регулируются. Дальше в этой работе будет рассмотрен один из возможных вариантов проведения факультативного занятия по этой теме,где уже более детально будут рассмотрены эти вопросы.

Таким образом формирование понятия “фермент”,начинается в 9 классе,идет от простого к сложному.Наиболее сложный материал в 11 классе.Это связано с разным уровнем развития учеников 9 и 11 классов,с разной их способностью к восприятию сложного научного материала.

Благодаря тому,что учащиеся знакомятся с понятием “фермент” в курсе биологии достаточно рано и почти на протяжении всего курса все время с ним сталкиваютс и познают все глубже и глубже,это облегчает задачу учителя в курсе химии. А так как мы учителя биологии и химии,то это особенно важно для нас. На стыке этих двух наук учащихся важно познакомить с проблемой использования ферментов в промышленности.Этому мало уделяется внимания ,как в курсе биологии,так и химии.Поэтому можно провести отдельное факультативное занятие, как по химии,так и по биологии вместе.Темой для него послужит роль фермента в хозяйственном комплексе: в химической,пищевой,фармацевтической промышленности.Можно дать учащимся темы по которым они подготовят маленькие выступления по использованию того или иного фермента.В качестве материала в помощь может послужить следующая таблица:

Разработка методики факультативных занятий и системы самоконтроля.

Мы хотели бы предложить методические разработки для проведения факультативных занятий по теме “Ферменты и их роль “.Эти занятия должны проводиться,когда учащиеся проходят тему “Обмен веществ и энергии в клетке”.Главный смысл этих факультативных занятий-это более углубленное изучение учащихся с ферментами и их ролью .Это можно сделать на достаточно хорошем уровне,т.к. к этому моменту шклольники уже неоднократно сталкивались с понятием “фермент” в курсе биологии и проходят такие классы органических соединений ,как “Белки”,”Аминокислоты” в химии. Это дает учителю возможность во-первых более полно,и на качественно новом уровне говорить о биохимических процессах,проходящих в организме человека и роли в них ферментов в курсе биологии и во-вторых обратить внимание учащихся на важность таких классов соединений как “Белки”,”Аминокислоты” в процессах,протекающих в клетках и в организме в целом.Данные факультативные занятия целесообразно проводить в кабинетах химии и биологии,т.к. важно провести ряд химических опытов.

Занятие N1 “Знакомство со строением ферментов,их классификацией,ролью в организме”.

Ферменты-вещества белкововой природы,способные ускорять протекание химических реакций.Роль ферментов в жизнедеятельности колоссальна.