Курсовая работа: Методические особенности изучения темы "Бактерии" в школьном курсе биологии
Развитие знаний о значении бактерий продолжается на следующем уроке, на котором рассматривается роль бактерий в народном хозяйстве и в быту человека.
Учитель сообщает о том, что бактерии отличаются большим многообразием по использованию различных источников питания. Их можно выращивать на дешевом сырье, отходах производства. Эта способность бактерий используется в народном хозяйстве, в новой перспективной отрасли производства — микробиологической промышленности. В ней бактерии используются для производства разнообразных органических веществ: уксуснокислые бактерии применяют для производства столового уксуса, для получения кефира, сметаны и других кисломолочных продуктов используют молочнокислые бактерии. Эти же бактерии применяют для консервирования продуктов при засолке, мочении, силосовании. С помощью бактерий производятся ферменты, лекарства и другие ценные вещества. Бактерии используются также в текстильной и кожевенной промышленности: с их помощью осуществляется вымачивание льна, обработка кожи. Учащиеся подводятся к выводу, что применение бактерий в производстве экономически выгодно: создаваемые ими органические вещества обходятся дешевле, чем при выращивании растений и животных.
На следующем этапе урока рассматриваются способы хранения продуктов питания, предохранения их от гниения: консервирование, соление, пастеризация, квашение и др.
С целью закрепления знаний о значении бактерий организуется просмотр кадров диапозитивов «Бактерии» и проводится беседа по вопросам: какую роль играют бактерии в природе? Почему без бактерий была бы невозможна жизнь на Земле? Почему бактерии широко используются в промышленном производстве различных веществ: лекарств, витаминов и др.? Как сохранить продукты питания от гниения? Какие способы хранения пищевых продуктов используются человеком? На чем они основаны?
Отдельным учащимся дома предлагается подготовить сообщения о болезнетворных бактериях, о мерах борьбы с заболеваниями, вызываемыми бактериями, о достижениях науки в борьбе с болезнетворными бактериями.
Болезнетворные бактерии и меры борьбы с ними. Специальный урок необходимо выделить на изучение болезнетворных бактерий — возбудителей многих заболеваний человека, животных, растений, на ознакомление учащихся с мерами предупреждения болезней, вызываемых бактериями.
Содержание урока имеет большое мировоззренческое значение, способствует атеистическому и гигиеническому воспитанию школьников; позволяет заострить внимание на познаваемости причин заболеваний, вызываемых бактериями; обосновать необходимость поддержания гигиенических условий, которые препятствовали бы распространению и размножению бактерий; показать роль научных знаний в разоблачении суеверий и предрассудков.
После проверки знаний о значении бактерий в природе, их использовании в целях получения ценных веществ для народного хозяйства и человека учитель спрашивает: все ли бактерии полезны для человека? В ходе беседы выясняется, что многие бактерии приносят большой вред народному хозяйству: портят продукты питания, разрушают деревянные постройки, рыболовные сети, шпалы, книги, рукописи, разлагают нефть, каучук, бетон, вызывают коррозию металлов, являются возбудителями заболеваний растений, животных, человека. От таких заболеваний человека, вызываемых бактериями, как чума, холера, сибирская язва, туберкулез и другие, в средние века гибло значительно больше людей, чем от войн и голода.
Затем заслушиваются сообщения учащихся о бактериях, вызывающих заболевания растений, животных, человека. Учащиеся демонстрируют результаты опыта, показывающего загрязненность воздуха различных помещений, улиц бактериями. Они показывают колонии, выросшие на питательной среде (желатин па мясном бульоне) в чашках Петри. В процессе беседы выясняются причины различного числа колоний бактерий, собранных в разных условиях, и обосновываются правила гигиены, условия предупреждения инфекционных заболеваний.
Знакомство учащихся с болезнетворными бактериями позволяет рассматривать болезнь как следствие их жизнедеятельности в организме человека, животных, растений, убедить школьников в познаваемости причин заболеваний. На основе актуализации знаний о растениях учащиеся называют меры борьбы с болезнетворными бактериями, применяемые в сельском хозяйстве: предпосевная обработка семян ядохимикатами, облучение, уничтожение болезнетворных бактерий в посевах и др.
Затем в процессе беседы с использованием кадров диапозитивов раскрываются меры борьбы с болезнетворными бактериями, вызывающими заболевания человека, заслушиваются сообщения учащихся по данному вопросу. В результате школьники подводятся к выводу, что предупреждению инфекционных заболеваний способствует соблюдение правил гигиены, поддержание чистоты помещений, одежды и тела, посуды, пищи и т. д. Такая профилактика препятствовала бы распространению и размножению бактерий.
Глава 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ «БАКТЕРИИ»
3.1 Урок–лекция «Бактерии»
Впервые бактерии были описаны в 1683 г. Антони ван Левенгуком.
В настоящее время известно около 3000 видов бактерий. На земном шаре нет мест, где бы они ни обитали. Так в 1 г пахотной земли содержится от 1 до 20 млрд бактерий, даже в 1 г льда Антарктиды можно найти до 100 бактерий. К концу первых суток в организме новорожденного ребенка живет 12 видов бактерий.
Бактерии – это мельчайшие прокариотические организмы, имеющие клеточное строение. Величина большинства бактерий колеблется от 0,2 до 1,3 мкм. Форма бактерий достаточно разнообразна.
Формы бактерий
Бактериальная клетка покрыта оболочкой, которая состоит из плазматической мембраны, клеточной стенки и капсулы. Полупроницаемая плазматическая мембрана обеспечивает избирательное поступление веществ в клетку и выделение в окружающую среду продуктов обмена веществ. В мембранах располагаются окислительно-восстановительные ферменты, a у фотосинтезирующих бактерий – и соответствующие пигменты, благодаря чему осуществляется поглощение энергии света при фотосинтезе. Бактериальные мембраны полифункциональны и способны выполнять те функции, которые в клетках эукариот осуществляют митохондрии, хлоропласты, эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи. При клеточном делении иногда образуются впячивания плазматической мембраны внутрь цитоплазмы – мезосомы.
Прочная клеточная стенка придает бактериальной клетке определенную форму, защищает ее содержимое от неблагоприятных воздействий окружающей среды и выполняет ряд других функций. Многие виды бактерий образуют вокруг клетки слизистую капсулу.
В центральной части бактериальной клетки находится кольцевая цепочка ДНК, которая контролирует нормальный ход всех внутриклеточных процессов и является носителем генетической информации. Ядрышки у бактерий не обнаружены. В цитоплазме имеется огромное количество рибосом, на которых происходит синтез белков. У некоторых водных и почвенных бактерий имеются газовые вакуоли. Регулируя количество газа в них, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на ее поверхность, а почвенные – передвигаться в капиллярах почвы. В клетках бактерий откладываются запасные питательные вещества полиоксибутират, гранулеза, полифосфаты.
Большинство бактерий бесцветны, и только зеленые и пурпурные бактерии содержат пигменты. Некоторые бактерии имеют органоиды движения – жгутики, состоящие из особого белка – флагеллина. Число жгутиков может достигать 50. Они могут быть расположены на одном конце клетки, на двух или по всей поверхности клетки. Многие бактерии способны к скользящему движению благодаря наличию на поверхности клетки слизистой капсулы.
Бактерии всасывают питательные вещества всей поверхностью клетки, которая у них очень велика по отношению к объему. Поглощение питательных веществ происходит за счет активного транспорта и диффузии.
Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами – бактерии-сапрофиты или органическими веществами живых организмов – бактерии-паразиты. Некоторые виды бактерий синтезируют органические вещества из неорганических – автотрофные бактерии, используя для этого энергию света (фотосинтезирующие пурпурные и зеленые бактерии) или химическую энергию (хемосинтезирующие бактерии). Хемосинтез впервые был открыт русским микробиологом Виноградским в конце XIX в. Хемосинтезирующие бактерии с помощью ферментов окисляют неорганические вещества (аммиак, сероводород, серу, закись железа и т.д.), – в ходе этих реакций выделяется энергия. Есть бактерии, которые переводят в связанную форму газообразный азот воздуха.
Использование полученных или синтезированных питательных веществ у бактерий осуществляется в разных формах. У ряда бактерий оно, как и у человека, животных и растений, состоит в окислении различных органических веществ кислородом воздуха, а конечным продуктом этого процесса (дыхания) является углекислый газ. У некоторых форм реакция окисления не доходит до конца, и углекислый газ не выделяется. Так, например, уксуснокислые бактерии этиловый спирт окисляют лишь до уксусной кислоты. Другие бактерии получают энергию за счет брожения – расщепления сложных органических соединений до более простых без участия свободного кислорода. Бактерии, нуждающиеся в свободном кислороде, называются аэробными, а те, которые могут без него обойтись, – анаэробными. Факультативные анаэробные бактерии могут жить как в кислородсодержащей среде, так и в бескислородной (например, молочнокислые бактерии), а для облигатных анаэробных бактерий (маслянокислые бактерии, бактерии столбняка) свободный кислород ядовит.
В благоприятных условиях бактерии размножаются очень быстро – путем прямого деления (амитоза) на две клетки примерно каждые 40–60 мин. Если бы такому делению ничто не мешало, то одна бактерия за 5 суток размножилась бы так, что ее потомство заняло бы все моря и океаны нашей планеты. Этого не происходит из-за недостатка пищи, накопления продуктов обмена веществ, гибели от неблагоприятных условий, поедания бактерий другими организмами. В последнее время у бактерий обнаружены вещества, которые регулируют их численность и «не разрешают» размножаться свыше определенного предела.
Небольшая группа бактерий – бациллы – способна образовывать споры. При этом бактериальная клетка претерпевает ряд существенных биохимических и морфологических изменений. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность, клетка сжимается и покрывается очень плотной оболочкой. Споры обеспечивают бактериям возможность переносить неблагоприятные условия. Они выдерживают длительное высыхание, нагревание свыше 100 °С и охлаждение почти до абсолютного нуля.
Значение бактерий очень велико. Благодаря их жизнедеятельности происходит разложение и минерализация органических веществ отмерших растений и животных. Образовавшиеся при этом простые неорганические соединения (аммиак, сероводород, углекислый газ) вовлекаются в общий круговорот веществ, без которого невозможна жизнь на Земле. Бактерии принимают участие в почвообразовательных процессах. Особую роль в природе играют бактерии, способные связывать свободный молекулярный азот, совершенно недоступный для высших растений. Населяя почву, такие свободно живущие бактерии обогащают ее азотом. Другая группа азотфиксаторов – клубеньковые бактерии поселяются в корнях бобовых растений. Проникая через их корневой волосок в корень, клубеньковые бактерии вызывают сильное разрастание ткани корня в виде клубеньков. Получая от растения углеводное питание, бактерии начинают фиксировать азот с образованием аммиака, а из него – нитритов и нитратов. Образовавшихся азотистых веществ достаточно и для бактерий, и для растения. Кроме того, часть азотистых соединений выделяется в почву, повышая ее плодородие. Здесь мы встречаемся с явлением симбиоза – взаимовыгодным сожительством двух организмов: бактерии получают от своего хозяина необходимые для питания углеводы, образующиеся при фотосинтезе, а сами снабжают растение аминокислотами и другими продуктами связывания молекулярного азота.
Цикл развития спорообразующих бактерий
Бактерии играют положительную роль в хозяйственной деятельности человека. Молочнокислые бактерии, питаясь молочным сахаром (лактозой), выделяют молочную кислоту, благодаря которой происходит сквашивание. Эта их особенность используется для получения и приготовления разнообразных пищевых продуктов из молока (сметаны, простокваши, кефира, масла, йогурта, сыра), а также при квашении и мочении овощей, при силосовании кормов. Уксуснокислые бактерии используются человеком для получения уксуса. Многие отрасли промышленности не могут обходиться без таких продуктов жизнедеятельности бактерий, как этиловый спирт, уксусная кислота, бутиловый спирт, ацетон. Без бактерий не обходятся сушка листьев табака, дубление кожи, производство какао, кофе. В процессе жизнедеятельности бактерий образуются биологически активные вещества – антибиотики, витамины, аминокислоты. Спороносные анаэробные бактерии, вызывающие разрушение пектиновых веществ в процессе брожения при мочке льна, конопли, разрушают межклеточное вещество и способствуют освобождению прядильных волокон. Человек использует бактерии и для обработки сточных вoд: сообщество самых разнообразных бактерий разрушает и окисляет все вещества, поступающие с отходами и образовавшаяся после высушивания масса используется как удобрение. С помощью генной инженерии в геном бактерий внедряют гены, кодирующие нужные человеку вещества, например инсулин или гормон роста.
Велика и отрицательная роль бактерий. Многие бактерии вызывают порчу самых разных материалов и пищевых продуктов. Наряду с выделением углекислого газа, аммиака и энергии, избыток которой вызывает нагревание субстрата (например, навоза, влажного сена, зерна) вплоть до его самовоспламенения, бактерии образуют целый ряд ядовитых веществ. Велика роль паразитических и патогенных бактерий. Они способны проникать в ткани растений, животных и человека и выделять при этом токсичные вещества, отравляющие организм хозяина. Продукты жизнедеятельности многих патогенных микроорганизмов (дифтерийная и столбнячная палочки, стафилококк, холерный вибрион и др.) особо ядовиты. Они вызывают такие опасные для человека заболевания, как дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, холера. Возбудители этих заболеваний унесли человеческих жизней во много раз больше, чем все войны вместе взятые. Русские летописи донесли до нас боль и горечь людскую. «Только выйдоша из города пять человек, город затвориша» – так повествует летопись об эпидемии чумы в Смоленске в 1387 г. Поражая растения, бактерии вызывают у них так называемые бактериозы: пятнистость, увядание, ожоги, мокрые гнили, опухоли.