Программа «Биоквантум»

В процессе проведения занятий обучающиеся должны получить навыки поиска информации по интересующей тематике, решения поставленных задач, опираясь на знание физических законов и физиологических явлений, регистрации и интерпретации различных сигналов, имеющих биологическую природу, а также выполнить проектную работу по выбранной тематике.

В процессе получения знаний, обучающиеся научатся правильно ставить цели, планировать наиболее рациональные пути их достижения, самоорганизовываться и организовывать других для решения поставленных задач, достигать практически значимых общественно полезных результатов. применять инженерные подходы в решении поставленных задач.

Биология, биотехнологии – активно развивающиеся отрасли современной научной мысли.

Современные биологические знания позволяют создавать методики, направленные на конструирование клеток нового типа; несуществующие в природе сочетания генов; проектировать и внедрять в производство различные интерфейсы взаимодействия человека и электронных устройств.

Описываемая образовательная программа интегрирует в себе достижения современных направлений в области биологии, биотехнологий, а также нейротехнологий.

Занимаясь по данной программе, обучающиеся должны получить передовые знания в перечисленных областях, уметь планировать и реализовывать конкретные исследовательские и прикладные задачи, понимать роль научных исследований в современном мире и значимость международного сотрудничества.

Практические навыки работы, обучающиеся могут получить на различных видах современного оборудования. Так, например, ламинарный шкаф используется в процессе изучения микроклонального размножения; биореактор – для моделирования разных микробиологических процессов, а также синтеза веществ; микроскоп с флуоресцентным модулем – для изучения окрашенных флуоресцентными красителями микропрепаратов (например, для определения свежести продуктов) и т.д.

Педагоги

Лапина Майя Сергеевна

Содержание программы

1. Введение. Структурные уровни организации живой материи и соответствующие им области научных знаний.

1.1. Методы исследования в биологии: наблюдение невооруженным глазом или с использованием оптических и иных приборов, визуализация живых структур и процессов, недоступных для прямого наблюдения.

Теоретическая часть: Правила техники безопасности. Биология как наука о живой природе. Сущность жизни и свойства живого.

Практическая часть: Понятие проекта. Структура проекта. Постановка изобретательских задач. Изобретательская разминка. Исследовательская деятельность. Моделирование.

1.2. Освоение техник микроскопии.

Теоретическая часть: Техника безопасности при работе в биологической лаборатории. Систематическое разнообразие живого. Номенклатура и классификация.

Практическая часть: Навыки наблюдения с использованием оптических приборов: работа с лупой, микроскопом. Освоение техник микроскопии. Чтение микропрепаратов. Изготовление простейших микропрепаратов.

Приготовление микропрепаратов: «Приготовление микропрепарата кожицы чешуи лука», «Ножка мухи», "Строение крыла насекомых".

 

1.3. Структурные уровни организации живой материи. Сущность жизни и свойства живого.

Теоретическая часть: Свойства живой материи: особенности биологического уровня организации.

Практическая часть: Отличие живого от неживого. Уровни организации живой материи и области научных знаний.

 

1.4. Систематическое многообразие живой природы. Теория решения изобретательских задач.

Теоретическая часть: Разнообразие живых организмов.

Практическая часть: Изобретательская разминка. ТРИЗ задачи по биологии

 

2. Молекулярно-генетический и клеточный уровни организации живой материи.

2.1.Основные биологические теории, законы и закономерности.

Теоретическая часть: Истории создания клеточной теории, её современные положения. Основные формулы.

Практическая часть: Методы изучения клетки и её органоидов. Выбор темы проекта. Поиск информации. Изобретательская разминка.

2.2. Строение клетки.

Теоретическая часть: Структурные компоненты клетки. Оболочка клетки. Функции клеточной мембраны. Механизм транспорта веществ через мембрану.

Практическая часть: "Транспорт веществ через мембрану«.

2.3. Обмен веществ.

Теоретическая часть: Понятие обмена веществ. Пластический и энергетический обмен. Сравнение анаболизма и катаболизма. Функции обмена веществ. Схема обмена веществ.

Практическая часть: «Выделение воды организмами», «Выделение кислорода растениями», «Поглощение воды и веществ корнями растений», "Изучение действия ферментов желудка и поджелудочной железы".

2.4. Фотосинтез.

Теоретическая часть: Внешнее строение листа. Анатомическое строение листовой пластинки. Сущность процесса фотосинтеза.

Практическая часть: "Фотосинтез у растений«.

2.5. Биосинтез белка.

Теоретическая часть: Этапы синтеза белка. Вещества, участвующие в процессе биосинтеза белка. Генетический код. Свойства генетического кода.

Практическая часть: «Биосинтез белка». Схема биосинтеза белка. Транскрипция. Трансляция. Решение задач по теме "Биосинтез белка«.

2.6. Сравнение прокариот и эукариот.

Теоретическая часть: Строение эукариотической клетки. Число и набор хромосом. Химический состав хромосом. Органоиды клетки. Процессы жизнедеятельности.

Практическая часть: «Изучение микропрепаратов (эукариотические и прокариотические клетки)». Простая геометрия. Фигуры на плоскости.

2.7. Вирусы.

Теоретическая часть: Открытие вирусов. Размеры и форма вирусов. Точки зрения на происхождение вирусов. Схема строения вирусов. Бактериофаги. Репродукция вирусов. Жизненный цикл вируса гепатита С.

Практическая часть: Значение вирусов. Простая геометрия. Области применения.

 

2.8. Хранение и передача наследственной информации.

Теоретическая часть: Понятие о хромосомах. Строение хромосом. Хранение наследственной информации. Структура ДНК. Гомологичные хромосомы. Функции хромосом. Ген и генетический код. ГМО.

Практическая часть: «Структура молекулы ДНК», «Выявления ДНК содержащихся в генетически модифицированных организмах растительного происхождения».Простая геометрия. Практическое применение

 

3. Организменный уровень организации жизни.

3.1. Бесполое размножение.

Теоретическая часть: Формы бесполого размножения (деление, спорообразование, почкование, фрагментация, вегетативное, полиэмбриония). Клонирование.

Практическая часть: "Сравнительный анализ способов деления клетки на основе изучения микропрепаратов".

 

3.2. Половое размножение.

Теоретическая часть: Особенности полового размножения различных организмов. Способы полового размножения различных организмов и их особенности. Биологическое значение.

Практическая часть: -

 

3.3. Жизненные циклы.

Теоретическая часть: Классификация жизненных циклов. Этапы развития организмов. Развитие с неполным и полным превращением.

Практическая часть: "Анализ жизненных циклов разных организмов".

 

3.4. Организм как целостная система.

Теоретическая часть: Взаимосвязь молекул, органелл, клеток, тканей, органов, систем органов в организме.

Практическая часть: "Анализ готовых микропрепаратов тканей растений и животных".

 

3.5. Ткани у растений.

Теоретическая часть: История изучения тканей растений. Классификация тканей растений (проводящая, покровная, основная, образовательная, механическая). Знакомство с клеточной технологией.

Практическая часть: "Работа с ламинарным боксом. Культуральная посуда, культуральная среда«.

 

3.6. Ткани у животных. Органы и системы органов у животных.

Теоретическая часть: Обсуждение техник соблюдения стерильности. Состав питательной смеси.

Практическая часть: «Приготовление микропрепаратов тканей растений и животных». Постановка экспериментов с культурой тканей.

 

3.7. Органы, системы органов у человека

Теоретическая часть: Функции систем органов, их взаимосвязь со строением.

Практическая часть: "Моделирование процессов, происходящих в системах органов человека".

 

3.8. Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живых организмов.

Теоретическая часть: Закономерности наследования признаков. Основы генетики. Закономерности изменчивости.

Теория вероятностей. Комбинаторика.

Практическая часть: -

 

4. Популяционно-видовой уровень организации.

4.1. Популяционно-видовой уровень организации

Теоретическая часть: Вид и популяция. Популяционная структура вида.

Практическая часть: "Изучение популяций животных".

Теория множеств. Операции над множествами.

 

4.2. Структура и динамика популяции

Теоретическая часть: Популяция как элементарная эволюционная единица.

Практическая часть: "Изучение популяций растений«.

Теория множеств. Операции над множествами. Доработка проектов. Обсуждение.

 

4.3. Видовое многообразие

Теоретическая часть: Видовое многообразие как результат эволюции органического мира.

Практическая часть: : «Моделирование видообразования у растений и животных», «Современные системы органического мира». Теория множеств. Практическое применение.

 

4.4. Основные направления биологической эволюции.

Теоретическая часть: Основные направления биологической эволюции. Основные этапы эволюции органического мира.

Практическая часть: «Основные направления биологической эволюции в царствах „Растения“ и „Животные“». Теория множеств. Практическое применение. Повторная доработка проекта.

 

4.5. Этапы и направления эволюции человека.

Теоретическая часть: Этапы антропогенеза. Биологические и социальные движущие силы антропогенеза. Влияние окружающей среды на работу органов и систем органов человека. Будущее вида Homosapiens.

Практическая часть: «Влияние окружающей среды на работу органов и систем органов человека», "Выявление мутагенов в окружающей среде и косвенная оценка возможного их влияния на организм«.

 

 

5. Экосистемный (биогеоценотический и биосферный) уровни организации жизни.

5.1. Организмы в окружающей среде.

Теоретическая часть: Среды жизни и адаптация к ним организмов.

Практическая часть: «Адаптация растений и животных к разным средам обитания». Графы. Наглядное описание. Основные типы.

 

5.2. Связи организмов в экосистеме.

Теоретическая часть: Структура экосистемы. Движение вещества и энергии в экосистеме. Продуктивность биоценозов. Саморегуляция и гомеостаз экосистем.

Практическая часть: «Построение цепей питания», «Изучение экосистемы аквариума», «Моделирование экосистем». Графы. Области применения

 

5.3. Динамика экосистем.

Теоретическая часть: Сукцессия. Искусственные экосистемы.

Изучение параметров оценки окружающей среды

Тест-системы на токсичность, безопасность

Практическая часть: «Изучение особенностей строения организмов биодеструкторов». Графы. Практическое применение

 

5.4. Биосфера как глобальная экосистема.

Теоретическая часть: Структура биосферы. Круговорот веществ и поток энергии – основные условия существования биосферы.

Практическая часть: Экологически игры: «Круговорот углерода и азота в природе». Графы. Практическое применение

 

5.5. Науки, изучающие жизнь на экосистемном уровне

Теоретическая часть: Экология, биогеоценология, космическая биология, география.

Практическая часть: -

 

5.6. Смотр проектных работ

Теоретическая часть: Ориентировочные темы проектных работ приведены в Приложении 1.

Практическая часть: смотр проектных работ

 

5.7. Планирование проектной деятельности на следующий учебный период

Теоретическая часть: подведение итогов

Практическая часть: -

Цели программы

Присвоение обучающимися через погружение в исследовательскую и проектную деятельность способов непротиворечивого взаимодействия в рамках системы «Природа – Общество – Человек». Создание условий для формирования инженерно-биологического мышления у современных школьников, развитие естественного интереса к познанию, выстраивание личной и командной истории успеха.

Результат программы

Личностные:

Обучающийся будет демонстрировать в деятельности:

• применение экологических принципов в организации личного и группового пространства;

• принцип непротиворечивого взаимодействия «Человек – Среда», встраивая в повседневность биологические компоненты для оптимизации жизненного пространства;

• освоение межпредметной коммуникации (постановка задачи для представителей других областей знания в реализации комплексных проектных замыслов);

• самостоятельный выбор цели своего развития, пути достижения целей, постановку для себя новых задач в познании;

• анализ результата деятельности и замысла, выбор способа действий в рамках предложенных условий и требований, в соответствии с изменяющейся ситуацией;

• соотнесение собственных возможностей и поставленных задач.

Метапредметные результаты:

• Выделение оснований различения для классификации объектов, классификация, самостоятельный выбор основания и критериев для классификации, установление причинно-следственных связей, логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии), выводы.

• Работа с понятиями с применением средств других дисциплин (к примеру, принцип фильтрации в живых системах, объясняя языком физики и математики), умение выявлять и строить понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии.

• Выявление дисциплин, в рамках которых происходит обсуждение феномена, и способность пересборки материала с постановкой вопросов к специалистам.

• Понимание принципа устойчивой неравновесности живых систем.

• Умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с наставником и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учета интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение.

Предметные результаты:

 

• Понимать актуальность научного объяснения биологических фактов, процессов, явлений, закономерностей, их роли в жизни организмов и человека.

• Раскрывать на примерах роль биологии в формировании современной научной картины мира и в практической деятельности людей.

• Проводить наблюдения за живыми объектами, собственным организмом; описывать биологические объекты, процессы и явления; ставить несложные биологические эксперименты и интерпретировать их результаты.

• Распознавать клетки (прокариот и эукариот, растений и животных) по описанию, на схематических изображениях.

• Различать на организменном уровне принадлежность биологических объектов к царствам и более мелким систематическим единицам на основании одного или нескольких существенных признаков (типы питания, способы дыхания и размножения, особенности развития).

• Осознанно использовать знания основных правил поведения в природе и основ здорового образа жизни в организации собственного пространства жизнедеятельности и деятельности.

• Выбирать целевые и смысловые установки в своих действиях и поступках по отношению к живой природе, здоровью своему и окружающих; объяснять последствия влияния мутагенов, объяснять возможные причины наследственных заболеваний; объяснять негативное влияние веществ (алкоголя, никотина, наркотических веществ) на зародышевое развитие человека.

• Представлять биологическую информацию в виде текста, таблицы, графика, диаграммы и делать выводы на основании представленных данных.

• Понимать, описывать и применять на практике взаимосвязь между естественными науками – биологией, физикой, химией; устанавливать взаимосвязь природных явлений.

• Понимать смысл, различать и описывать системную связь между основополагающими биологическими понятиями: клетка, организм, вид, экосистема, биосфера.

• Использовать основные методы научного познания в учебных биологических исследованиях, проводить эксперименты по изучению биологических объектов и явлений, объяснять результаты экспериментов, анализировать их, формулировать выводы.

• Обосновывать единство живой и неживой природы, родство живых организмов, взаимосвязи организмов и окружающей среды на основе биологических теорий.

• Приводить примеры веществ основных групп органических соединений клетки (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот).

• Устанавливать связь строения и функций компонентов клетки, обосновывать многообразие клеток.

• Выявлять морфологические, физиологические, поведенческие адаптации организмов к среде обитания и действию экологических факторов.

• Оценивать результаты взаимодействия человека и окружающей среды, прогнозировать возможные последствия деятельности человека для существования отдельных биологических объектов и целых природных сообществ.

Материально-техническая база

1. Оптический микроскоп с системой визуализации с тринокулярным тубусом
2. Стереомикроскоп с системой визуализации с тринокулярным тубусом
3. Объект микрометр
4. Микроскоп учебный для школьников
5. Светодиодный и галогенный модуль освещения: наличие. Функция самостоятельной смены светодиодного осветителя на галогенный без вызова специалиста: наличие, LED индикаторы по обеим сторонам штатива: наличие
6. Камера Горяева 4-сеточная
7. Бокс ламинарный профессионального уровня класс защиты В
8. Вертикальный нисходящий однонаправленный (ламинарный) поток воздуха
9. ПЦР-бокс с УФ-облучением
10. Система гель-документирования с трансиллюминатором
11. Портативный люминометр
12. Камера для горизонтального электрофореза с источником питания
13. Генетический амплификатор БИС
14. Нагрев крышки до 110 °С – наличие; Наличие программ, шт. – не менее 96;
15. Гомогенизатор универсальный
16. Микроцентрифуга