Методическая разработка урока по метапредметной теме: Постулаты и доказательства 11 класс биология

Метапредметная тема «Постулаты и доказательства»

1. Введение в проблему

Нам теорему доказать не сложно

Особенно, когда продуманно другими

Как начинать нам путь, куда идти, откуда…

Где вывод спрятан, где - противоречье?

Но если нас гипотеза пленяет,

А доказать ее порой не можем

И начинают мучить нас терзанья

Нам интуиция мешает спать

Тогда мы истину найти не можем

Мы можем лишь твердить: я прав, я верю…, ты - дурак

Поскольку, думаешь не так

Мы скоро устаем в ненужных спорах,

В которых, истина уж не родиться

Уж нам не нужно знать, как было…

И гордо заявив: «Я знаю лучше!»

мы продолжаем путь куда-нибудь…

Итак, говоря сегодня на уроке об основных постулатах и доказательствах биологии, я надеюсь, мы не будем уподобляться героям этого стихотворения…

Цель нашего урока научиться доказывать свою точку зрения аргументировано, в ходе дискуссии, заявлять свою позицию без оценивания позиции других. Поэтому познакомимся сначала с правилами ведения дискуссии (на слайде).

Наша дискуссия сегодня будем посвящена аксиомам (постулатам) биологии, и их доказательствам...

2. Актуализация понятий

Для начала давайте разберемся с понятиями

Итак, что же такое аксиома?

(аксиома - постулат, основное положение, принцип, закономерность, положенная в основу какой-либо теории)

«Аксиомы - концентрированный опыт человечества, стартовая площадка для взлета мысли»

«аксиома - это предрассудок, освященный тысячелетиями» Э.Белл.

«аксиома - основа формулировки задачи»

С каким из этих выражений вы в большей степени согласны?

Можем ли мы с вами сформулировать основные аксиомы (постулаты) биологии и доказать их?

Для того, чтобы это сделать (выделить основные постулаты биологии), нам нужно вспомнить, что изучает биология

• Жизнь

Что же такое жизнь?

Звучит песня «Есть только миг»

Учитель: о чем эта песня?

Всё то, что движет линию судьбы,

В оттенки цвета, в высоту полёта,

Всё то, что расширяет - Я,

До точки незабвенной - Мы,

От первого падения, до взлёта.

Всё то, в чём притяжение и свет,

гармония, знакомых с детства звуков,

всё в слове - жизнь,

Она даёт совет,

в желаниях - спросить

и открывать в себе ответы...

Учитель. Жизнь заполняет все уголки нашей планеты. Океаны, моря, озера, реки, горы, равнины, пустыни, воздух - населены живыми существами. Что же такое жизнь?

Что ассоциируется у вас с этим понятием?

Каждому ученику в классе предлагается произнести только одно слово. Появляется набор слов: рост, гамета, цветок, развитие, эмбрион, опыление, проросток, питание, ребенок, старение, семья, любовь и даже смерть, ненависть, болезнь и т.д.

Давайте попытаемся сформулировать понятие "жизнь" с точки зрения биологии.

Затем на каждый стол раздаются и анализируются листы с определением жизни мыслителями разных эпох. (Приложение 1).

Жизнь - это

• "питание, рост и одряхление" (Аристотель)

• «Жизнь - это тема детективного романа, всегда прерывающаяся на самом интересном месте» В.Я. Александров

• "стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний" (Г. Тревиранус)

• "совокупность функций, сопротивляющихся смерти" (М. Биша)

• "химическая функция" (А. Лавуазье)

• "сложный химический процесс" (И.П. Павлов)

• "особая, очень сложная форма движения материи" (А.И. Опарин)

• "способ существования белковых тел, основным атрибутом которого является обмен веществ" (Ф. Энгельс)

• «форма движения материи, которая, возникнув из неупорядоченного вещества небиологической природы, существует как комплекс единых по происхождению, гетерогенных по большинству параметров, открытых самоорганизующихся, самовоспроизводящихся, морфобиологических систем»;

• «саморазвивается путем роста гетерогенности, выражающегося как в прогрессивной дивергентной эволюции при исторически преобразуемом отражении условий внешней среды, движения материи, которая проявляет себя в виде надбиологического прогресса общества, преобразования мира человеком, познания им природы, самого себя» (Н.П. Дубинин)

• "макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии" (проф. В.Н. Ярыгин)

• "живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот" (М.В. Волькенштейн)

• «Наша жизнь, как только мы начинаем осознавать ее, - это подобное маятнику движение между двумя крайностями. Одна крайность - это некое абсолютное безразличие к жизни бесконечной вселенной, энергия, направленная только на удовлетворение потребностей своей собственной индивидуальности. Другая крайность - это полный отказ от этой индивидуальности, величайшая забота о жизни бесконечной вселенной, в полном согласии с ней, перенос всех наших желаний и доброй воли с себя самого на эту бесконечную вселенную и все создания, которые находятся вокруг нас.» (Блаватская)

• Отличить живое и неживое проще всего на рынке: за живую и дохлую лошадь дают разную цену» Б.М. Медников

• «Жить значит целесообразно откликаться на воздействие окружающей среды» Н. Д. Платэ

• «Жизнь-это плесень на поверхности небесных тел.» Джинс

2 этап. Какие определение жизни вам ближе …? Какие из них более корректные с точки зрения биологии - науки о жизни… Какие признаки живого вы знаете?

Основные признаки живого.

1. Способность к движению. Признаки, наглядно появляющиеся у животных, Многие из которых способны активно передвигаться. У простейших органами передвижения являются жгутики, реснички и пр. У более организованных животных появляются конечности. Для растений также характерна способность к движению. У одноклеточной водоросли хламидомонады есть жгутики. Рассеивание спор, распространение семян, передвижение в пространстве с помощью корневищ все это варианты движения.

2. Способность расти. Все живое способно увеличиваться в размерах и массе за счет растяжения, деления клеток и т. д.

3. Питание, дыхание, выделение - процессы, посредством которых обеспечивается обмен веществ.

4. Раздражимость - способность реагировать и давать ответные реакции на внешнее воздействие.

5. Размножение и связанное вместе с ним явление изменчивости и наследственности - самый характерный признак живого. Любой живой организм производит себе подобных. Потомки сохраняют признаки родителей и приобретают признаки только им характерные.

3. Доказательства.

Заметим, что отдельные свойства могут встречаться и в неживой природе, но только в совокупности эти свойства присущи живой материи.

Итак, попытаемся доказать первый постулат биологии:

живое можно отличить от неживого тремя признаками: по веществу (в живом - органические биополимерные молекулы), по структуре (живой организм состоит из отдельных живых клеток), функционально (живое воспроизводит себя).

Давайте первую часть аксиомы докажем вместе, а остальные 2 части в ходе групповой работы:

1. Так как, мы выяснили, что основной признак жизни это самовоспроизведение, размножение, давайте подумаем, какие молекулы на это способны

(ДНК, РНК)

2. Чтобы обеспечить любые реакции, в том числе, и реакции репликации ДНК, необходимы ферменты, а ферменты всегда имеют белковую природу.

3. Следовательно, в основе жизни - органические биополимеры (белки и нуклеиновые кислоты)

Задания группам:

• 1 группа: доказать, что живой организм всегда состоит из живых клеток (для этого воспользуйтесь текстом с описанием клеточной теории Шлейдена и Шванна). §5.5

• 2 группа: доказать, что любой живой организм должен воспроизводить себя

Воспользоваться текстом «Размножение и развитие»

• 3 группа работает с учителем: мы докажем, что вирусы - неклеточная форма жизни, и начинают обладать признаками живого только попадая в живую клетку.

Доказательства: мы говорили, что признаки живого определяют жизнь в совокупности. Вирус состоит из белка и ДНК или РНК. Однако, вирус не способен воспроизводить себя, пока не попадет в клетку - хозяина. То есть основа жизни - клетка.

Что произошло? (Доказывая постулат о том, что вирусы - начинают проявлять свойства живого только в чужой клетке, мы доказали еще один постулат: в основе жизни - клеточное строение. Для доказательства использовали доказанную ранее аксиому: живое отличается от неживого наличием биополимерных органических молекул)

Выступления групп: доказательства 1 группы:

1. Любой живой организм состоит из клеток, так как, на уровне клетки протекают все процессы жизнедеятельности (элементарная живая система, способная к саморазвитию, самовосстановлению и обмену веществ)

2. Микроскопическими исследованиями доказано, что клетка - мельчайшая морфологическая структура любого организма

3. Клетки всех живых организмов принципиально не отличаются по строению

4. Рост организма происходит за счет деления клеток,

5. Клеткам присуще единое мембранное строение

6. Клеточное строение организмов - доказательство того, что растения и животные имеют единое происхождение

Доказывая одну аксиому, мы доказали еще одну: единство происхождения всего живого на планете Земля!

2 группа: Дискретность живой материи предполагает процесс воспроизведения себе подобных, необходимое условие размножения наследственность, т. е. воспроизведение свойств родителей.

Известны 2 способа размножения: бесполое и половое. Половое размножение происходит при участии половых клеток. Бесполое размножение - при участии клеток тела. В любом случае организм воспроизводит себе подобных, но в случае полового размножения образуется не точная копия, а комбинация наследственных свойств родителей. Исключение составляет партеногенез (развитие из неоплодотворенной яйцеклетки).

4. Промежуточный вывод. Все постулаты биологии взаимосвязаны. Доказывая одну аксиому, мы неизбежно доказываем другую. Для доказательства мы используем другие аксиомы.

Скажите, а вывод, который мы сделали - является биологической аксиомой. (Это аксиома формулирования теорий, аксиома использования путей познания окружающего мира)

• Давайте проверим это, доказывая 2 аксиому биологии: Все живые организмы представляют собой единство фенотипа и генотипа - программы для его построения.

• Вспомним, определения понятий: генотип, фенотип.

• Доказательства:

• Мы уже говорили, какая молекула способна к самокопированию (репликации)

-ДНК

• А где располагаются гены? (участки молекулы ДНК)

• Что они кодируют? (структуру белков, определяющих все признаки организма, т.е. фенотип)

• Итак, фенотип зависит от генотипа, так как признаки, свойства - определяются белками, а структура белков закодирована в генотипе.

Данная аксиома не снимает многих важных для биологии вопросов. В частности: сколько нужно информации, содержащейся в генотипе, для создания фенотипа, вся ли информация используется, как реализуется генетическая информация в процессе развития, что оказывает влияние на степень проявляемости генов фенотипически?

Как вы думаете, где искать ответы на эти вопросы?

-в следующих аксиомах.

3 аксиома биологии: «Наследственные молекулы» (о каких молекулах идет речь?) синтезируются матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предыдущего поколения. (Что такое матрица?). Понятен ли вам смысл аксиомы?

Похожа ли данная аксиома на утверждения биологов предыдущих поколений:

Принцип Реди: «Живое только от живого»

Вирхова: «Клетка только от клетки»

Как бы вы реконструировали аксиому о ДНК, чтобы она звучала подобным образом

-(ДНК дочерняя от ДНК материнской (родительской)). (аксиома Кольцова)

Попытаемся доказать эту аксиому в ходе групповой работы и аргументировать свою точку зрения.

1 группа доказывает принцип Реди, пытаясь понять ход его рассуждений, и использует для этого компьютерную модель опыта.

2 группа доказывает принцип Вирхова, используя текст «Деление клеток»

3 группа доказывает аксиому Кольцова, используя текст «репликация».

Доказательства: 2 группа: при росте организма ткани формируются за счет клеток, новые клетки возникают путем деления митотически старых клеток. Новая клетка не может возникнуть из неклеточного вещества или отдельных молекул, такой процесс в природе не наблюдается.

Противоречие: 1 клетки возникли из коацерватов (пробионтов) - структур не имеющих клеточной мембраны - главного признака клетки, но обладали по теории Опарина всеми признаками жизни (способностью к самовоспроизведению, обмену веществ, росту и развитию).

Разрешение противоречия: этот процесс описывается Опариным теоретически, в лабораторных условиях долгоживущих коацерватов синтезировать не удалось, они быстро разрушаются в соляном растворе. Возможно условия на Планете Земля сильно отличались от современных условий, и воссоздать древние условия в лаборатории не удается. (на экране видео «Генезис»)

3 группа: репликация - процесс самоудвоения молекулы ДНК, который подтверждается структурой ДНК (двойная спираль, способная раскручиваться и образовывать репликативную вилку, наличие ферментов ДНК-репликазы, присоединяющего по принципу комплементарности новые нуклеотиды; лигазы, сшивающей участки молекулы ДНК). В основе деления клеток и передачи от клетки к клетке наследственной информации предварительная репликация самоудвоение молекулы ДНК.

Какие закономерности при доказательстве аксиом повторились?

-использование других аксиом (при доказательстве принципа Кольцова мы использовали клеточную теорию и принцип Вирхова)

-при доказательстве принципа Реди мы использовали результаты эксперимента

5. Расширение обобщения.

Не будем забывать, что речь идет об аксиомах, т. е постулатах, распространяющихся на более широкий круг явлений. Какой принцип можно использовать и для других областей знаний (вспомните определение матрицы, матричного принципа, которое вы дали)

Итак, матричный принцип лежит в основе биологических явлений: ДНК - матрица для и-РНК, и-РНК - матрица для белка, ген - матрица для белка, триплет гена - матрица для аминокислоты. По существу жизнь - это матричное самокопирование с последующей самосборкой. (доказывая аксиомы, мы ввели новое понятие жизни).

Однако, заметим, что понятие матриц широко используется в математике и физике, как определенной связи чисел в некоторой структуре - матрице, информатике при переводе одной системы счисления в другую, при кодировании информации, а принцип матричного копирования был известен уже тысячи лет, например, использование оттисков с печатей в древнем Египте и Месопотамии.

Где современный человек используем матричный принцип?

• Книгопечатание (есть даже такой термин - газетные матрицы)

• Чеканка монет

• Изготовление фотоснимков

Давайте дадим еще одно определение понятия жизнь и ее основного свойства - воспроизведения себе подобных, проведя аналогию с книгопечатанием.

-(Жизнь - книгопечатание в области молекул)

6. Введение противоречия.

Скажите, пожалуйста, описывают ли доказанные аксиомы принцип изменения матриц? Почему при сохранении матричного принципа вы не являетесь точной копией своих родителей? Какие процессы этому способствовали? (наследственная изменчивость: комбинативная и мутационная)

Для объяснения этих процессов необходимо ввести следующие аксиомы:

4 аксиома: В процессе передачи из поколения генетической программы, в результате многих причин изменяются случайно и не направлено (хаотически), и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными. Но закрепляются уже закономерно, так как, способствуют выживанию и появлению нового вида (эволюции).

Давайте посмотрим иллюстрирующий видеофрагмент «Хамелеон» и попытаемся доказать случайность изменения генотипа, но закономерное закрепление этих изменений в ходе эволюции.

Аксиома имеет не только биологический, но и глубокий физический, математический смысл: поведение молекул ДНК может быть описано на языке статических закономерностей физики, как хаотическое (случайное) движение и перераспределение частиц) и их параметров, а теория вероятностей поможет объяснить, почему возникает та или иная мутация.

В биологическом понимании эта аксиома углубляет положения теории Дарвина о наследственной изменчивости - исходного материала эволюции.

Давайте вспомним основные источники такой изменчивости:

1. 1. Комбинативная изменчивость возникает из-за:

      1. Случайное расхождение хромосом и хроматид к полюсам в мейозе

      2. Кроссинговер

      3. Случайная встреча гамет пи оплодотворении

2. Мутационная изменчивость:

   1. Генные

   2. Хромосомные

   3. Геномные

Рассмотрим причины мутаций не только с точки зрения биологии, но и с точки зрения физики:

К чему приводит повышение температуры в растворе, где хаотически движутся частицы?

-Увеличивается скорость передвижения частиц (молекул) и их ускорение.

-Чрезмерное воздействие повышенной температуры на организмы приводит к увеличению вероятности генных перестроек в ДНК, увеличивается «опасность опечатки», если проводить аналогию с книгопечатанием.

Докажите, что эти процессы взаимосвязаны.

Доказательства: молекулы ДНК, как и любые молекулы также подчиняются физическим закономерностям. Поэтому повышение температуры способствует увеличению скорости реакций матричного типа, а это, в свою очередь, приводит к опечаткам ( к генным мутациям).

Какие еще внешние воздействия могут привести к мутациям?

• -УФ излучение

• Рентген

• Радиация

• Химические вещества

Но какие бы мутации не происходили, выживет или погибнет организм с такими мутациями зависит от условий окружающей среды.

Естественный отбор закрепит только полезные в данных условиях изменения, а если условия изменятся? Нужны будут новые изменения.

Можем ли, обобщая наши рассуждения, сами сформулировать аксиому о случайных и закономерных процессах в природе:

Случайные и закономерные процессы определяют многообразие жизни, действуя совместно.

Мы фактически повторили аксиому Тимофеева - Ресовского: Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются и подвергаются закономерному отбору окружающей среды.

7. Подведение итогов:

Что объединяет все рассмотренные аксиомы?

Они описывают жизнь

Они связаны и дополняют друг друга!

8.Рефлексия: (Оценить по 5-ти балльной системе)

1. Удовлетворены ли вы результатом своей деятельности на уроке?

2. Появился ли интерес к данной теме?

3. Доступен ли материал урока?

4. Важны ли знания этого урока?

5. Возникла ли атмосфера сотрудничества на уроке?

6. Удовлетворены ли вы уроком?

Стихотворное напутствие:

Ах, аксиомы, теоремы, споры

Вы так пленяете умы

Вот- вот, решим загадку мирозданья

Откроем путь к вершинам мысли мы

Но, вдруг открытье новое, увы…

Откроет тайну нам:

Чем больше знаем мы, тем меньше понимаем мы!

«Кто бы мог подумать, что мы будем так много знать и так мало понимать!» М. Борн

7