Интегрированный урок: информатика - биология 11 класс.
Тема: Использование ЭВМ при изучении биосинтеза белка.
Цели урока:
I. Формирование у учащихся основных биологических понятий по теме "Генная информация, ее хранение и передача".
II. Продолжить формирование основных понятий по теме "Организация и обработка данных". Рассмотреть задачу поиска и обработки данных, организованных в форме таблицы.
III. Показать возможности применения ЭВМ на уроках биологии.
Форма проведения: Ролевая игра - устный журнал "Информатика и Общая биология"
Технические средства и оформление: ЭВМ "Ямаха", наглядные пособия по предмету, использование программ составленных учащимися для проведения урока.
План урока:
I.Вступление
II.Первая страница устного журнала "ИНФорматика и Общая биология". Беседа за круглым столом "Обсуждение проблемы использования ЭВМ в биологии"
III.Вторая страница журнала. Биосинтез белка.
IV.Третья страница журнала "Решение биологических задач с применением методов программирования".
V.Четвертая страница журнала. Новые профессии - генная инженерия.
VI.Заключение: домашнее задание.
ВСТУПЛЕНИЕ.
Звучит музыка. Ученики рассаживаются за столами.
Ведущие (2 человека) начинают урок (на экране ЭВМ заставка журнала).
Ведущий 1: Уважаемые друзья. Сегодня все мы участники очередного выпуска устного журнала. Тема выпуска "Информатика и общая биология".
Ведущий 2: Если вы хотите узнать, как протекает один из важнейших жизненных процессов - биосинтез белка в живой клетке...
Ведущий 1: Если вы хотите продолжить приобретение навыков культуры общения с ЭВМ.
Ведущий 2: Слушайте и участвуйте в устном журнале "Информатика и общая биология".
Ведущий 1: Вам предстоит работа с моделирующей программой по биологии "Биосинтез белка".
Ведущий 2: Эта программа поможет вам выработать необходимые навыки в чтении генетического кода.
Ведущий 1: Поможет оценить полученные знания по изучаемой теме.
Ведущий 2: Сегодня вы участники компьютерного эксперимента "Диагностика".
Ведущий 1: Остаётся пожелать вам успехов в биологическом образовании с помощью компьютера.
ПЕРВАЯ СТРАНИЦА ЖУРНАЛА.
Ведущий 2. Открываем первую страницу журнала. (На экране заставка первой страницы журнала). Вам предлагается беседа, в которой принимают участие: преподаватель информатики - ...(фамилия, имя, отчество)
преподаватель биологии - фамилия, имя, отчество)
и учащиеся - фамилии, имена)
( Участники беседы занимают свои места. Звучит музыка.)
Ученик: Сегодня мы пытаемся изучать биологию с помощью ЭВМ. Это, на мой взгляд очень интересно. Но как Вы считаете (обращается к учителю биологии) почему биология не стала наукой с математическим фундаментом подобно физике?
Пр. биологии: Биология - это, прежде всего экспериментальная наука. Основные теоретические построения и законы в биологии до последнего времени базировалась преимущественно на наблюдениях за природой и экспериментальных исследованиях. Именно поэтому биология ещё не стала наукой с математическим фундаментом.
Пр. информатики: Позвольте с Вами не согласиться. В последнее время математические методы находят широкое применение в таких разделах биологии как генетика, экология, теория эволюции, молекулярная биология. Одна из основных предпосылок - широкое внедрение компьютерной техники во все сферы человеческой жизни. Возможность на их основе осуществлять математическое моделирование различных биологических явлений и процессов.
Пр. биологии: В принципе, Вы правы. Действительно в последнее время начато и успешно продолжаются исследования по расшифровке генома человека.
Ученица: Я недавно прочла в книге "Молекулярная биология", что геном человека_ способен сохранить большое количество информации. Чтобы хранить запись о геноме человека понадобится целая библиотека. Это действительно так?
Пр. биологии: Да, Вы правы. Только для хранения информации о первичной структуре генома кишечной палочки требуется около 1000 томов, по 1000 страниц каждый. А геном человека - это примерно 3000 таких томов.
Пр. информатики: Такие объемы информации можно сохранить и в памяти ЭВМ, ведь компьютер - это идеальное средство для организации сбора и обработки данных, а системы управления базой данных-это специальные программы предназначенные для хранения больших объёмов информации.
Ученица:(обращается к преподавателю биологии) Как Вы считаете, какие именно биологические процессы и явления пред ставляют большие возможности для математического моделирования?
Пр. биологии: Почти все и, наверное, все. Речь идёт только о том, с какой целью при изучении того или иного биологического процесса используется компьютер. Мне кажется, что зная возможности компьютера, изучение биологических процессов становится более эффективным и быстрым на основе работы с ЭВМ. Подумайте и назовите эти процессы? (обращение ко всему классу)
Пр. информатики: Давайте вспомним возможности компьютера.
Класс: ( Компьютер обладает многими способностями человека. Он способен имитировать процессы, происходящие в живых организмах. Трудно сравниться с ЭВМ в быстроте проведения анализов и математических расчётов.)
Ученица: Я думаю что, прежде всего в ЭВМ можно хранить большие объёмы генной информации, проведение генно-инженерных исследований и многое другое.
Ученик: Одно из интереснейших направлений в биологии - это процессы протекающие в клетке: фотосинтез, биосинтез белка.
Пр. биологии: Вы правы, почти все биологические процессы - это сложнейшие реакции, которые требуют огромных вычислений и математических моделей. И сегодня я предлагаю вам поработать с программой моделирующей синтез белка.
Ведущий 1. Спасибо вам за интересную беседу. Надеемся, что этот разговор о взаимодействии ЭВМ и биологии будет продолжен на уроках биологии и информатики.
ВТОРАЯ СТРАНИЦА ЖУРНАЛА.
Ведущий 2: Продолжаем листать страницы нашего журнала. (На экране заставка второй страницы журнала. Звучит музыка.)
Ведущий 1: Вторая страница журнала называется "Биосинтез Белка". Предлагаю вам взять ручки и тетради и сесть за свои рабочие места.
Пр. биологии: Я приглашаю вас в удивительный мир живого - биосинтеза белка. Часть моих обучающих функций предлагаю взять на себя, проявляя самостоятельность. Для этого используйте свои знания по данному вопросу. Размышляем вместе со мной:
Почему именно биосинтез белка является основой жизнедеятельности клетки?
Чем объяснить уникальность этого процесса?
Назовите основные стадии биосинтеза?
(работа с таблицей)
Пр. информатики: Я предлагаю поработать с программой, моделирующий на экране биосинтез белка. (пересылка программы "биосинтез белка")
Пр. биологии: Эта программа моделирует биосинтез белка. Ваша задача по заданной последовательности ДНК построить полипептидную цепь.
Пр. информатики: Познакомимся с работой программы.
Для осуществления этой идеи в вашем расположении набор действий, которые выполняются с помощью набора функциональных клавиш F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7. F8-подсказка. Работать можно на оценку и без оценки, выбрав соответствующий режим да/нет. Для работы включить режимы РУС и CAPS. Пр. биологии: На экране набор базовых действий. Зачитываем. (идет работа с экраном) Вы будете вести диалог с компьютером по теме "Передача генетической информации на уровне клетки" или "Биосинтез белка". Перед этим я обращаю ваше внимание на замечательные слова французского философа:
"Пусть вымерли все наши предки,
Бессмертные живые клетки
Наследье бережно хранят "
Р. Сюлли - Прюдом XIX век. Франция.
Я предлагаю вам с помощью сигналов - биологических терминов составить опорную схему, переводящую бессмертные слова в тему сегодняшнего урока.
(Идёт самостоятельная работа).
КЛЕТКА ЯДРО ДНК ГЕН и-РНК РИБОСОМА БЕЛОК Допустим, мы правы, давайте перейдём к практической части.
Итак: "Биосинтез белка".
Задачи: Используя компьютер, воспроизведите биосинтез белка. Я предлагаю Вам наметить план действий:
1. Транскрипция.
2. Движение и-РНК в рибосому.
3. Связь аминокислоты с Т-РНК
4. Движение Т-РНК в рибосому.
5. Синтез полипептидной цепи.
Сколько действий? Посмотрим на программу моделирующую построение белка. Сколько действий? (6).
Что мы не предусмотрели? (подсказку). Хорошо, будем работать без подсказки.
F4 - активизация аминокислоты. Какая молекула поставляет энергию-АТФ?
F7 - продвижение рибосомы по и-РНК на один нуклеотид.
Ну что же, остается представить, что от ваших действий сейчас будет зависеть синтез молекулы гемоглобина, характерный для здоровых людей. Ошибка в ваших действиях означает синтез молекулы гемоглобина, которая вызывает наследственное заболевание - анемию. (идет работа с программой)
Работа программы. Выберите нужное действие F1
Т А Ц Г Т А А Т А Г Т Г А Ц Т Постройте и-РНК.
Укажите нуклеотид.
F2-движение и-РНК.
Клавишами управления курсора подвести и-РНК в рибосому.
F3- активизация аминокислоты.
F4- связь с Т-РНК.
Укажите кодовый триплет и-РНК.
(работа закончена)
Почему ушла рибосома? Что мы синтезировали?
А теперь выполним программу на оценку. У вас имеется возможность оценить свои знания в процентном отношении, т. е. насколько процентов вы усвоили материал. Выберем режим да. За неправильно выбранное действие штрафное очко. (идет работа с компьютером)
Вывод: Бессмертные живые клетки наследье бережно хранят.
ТРЕТЬЯ СТРАНИЦА ЖУРНАЛА.
Ведущий 1: Предлагаем открыть третью страницу нашего журнала.. Она называется "Диагностика". (на экране заставка третьей страницы).
Пр. информатики: Продолжаем изучение темы "Организация и обработка данных". Наша цель - научиться осуществлять поиск информации в таблице по заданному условию. Используя знания по информатике, решим биологическую задачу. Вам предоставлены результаты клинического обследования крови N больных. Вы должны составить программу, результатом которой является список обследуемых больных с указанием, около каждой фамилии здоров или болен. Подвести итоги, сколько человек больны и сколько здоровы. Данные к программе:
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ:
Ф. И.О.:
Результат анализа:
ГУГ-ЦА У-ЦУУ-АЦУ-ЦЦУ-ГАГ-ЦАА
(примерно 10 штук)
Пр. биологии: Вернёмся к гемоглобину. (Повторяют: чем отличается здоровая клетка молекулы гемоглобина от больной клетки).
Пр. информатики: Итак, мы выяснили, что условием здоровой клетки является наличие в клетке триплета ГАГ.
Составим план построения программы:
1. Для работы необходимо организовать два массива. Массив фамилий и массив результатов обследования.
2.Используя команду ветвления, просмотреть массив результатов обследования и сравнить аминокислоты, входящие в полипептидную цепь, на наличие в ней аминокислоты ГАГ.
3. Организовать два счётчика, где будем накапливать количество здоровых и больных обследуемых.
4.Результаты работы программы выведем на экран в виде таблицы:
ДИАГНОСТИКА ОБСЛЕДУЕМЫХ БОЛЬНЫХ.
Аникин здоров
Акимов здоров
Баранов болен
…… ….
ИТОГО: здоровы - 6 человек
больны - 4 человека
Приступаем к разработке программы. Массивы организуем символьные. Фамилии в массив вводим в порядке алфавита.
10CLS
20 PRINT "ВВЕДИТЕ ФАМИЛИЮ И РЕЗУЛЬТАТ АНАЛИЗА "
30 PRINT
40 PRINT "ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ОБСЛЕДУЕМЫХ"
50 DIMA$(10),B$(10)
60 FOR 1=1 ТО 10
70 INPUT "Введите фамилию: " ; А$(1)
80 LOCATE 30, I+I
90 INPUT "Результат анализа" ; B$(I)
100 NEXT I
110 CLS
120 PRINT "Диагностика обследования больных"
130 PRINT
140 FOR I=1 TO 10
150 IF B$(I)="ГАГ" THEN PRINT A$(I); TAB(15); "болен " : K=K+1 ELSE PRINT A$(I); TAB(15); " здоров": L=L+1
160 NEXT I
170 PRINT STRING (25,"-")
180 PRINT "итого: здоровы" : L; "чел"
190 PRINT " больны"; K; "чел"
Программы составлены. Проанализируем результаты ваших работ.
(Пр. информатики проверяет правильность написания программ, а пр. биологии проверяет правильность получения результатов)
Пр. информатики:Итак, сделаем выводы. Мы познакомились с новым типом задач - поиска элементов в массиве.
При решении таких задач нам необходимо:
1. Объявить массив(ы), с которым(и) предстоит работа.
2. Заполнить массив данными.
3. Работать с элементами массива. (Сравнить каждый элемент массива с некоторым заданным условием.) При решении задачи мы применили алгоритм нахождения количества.
4. Выводить результаты работы программы на экран.
ЧЕТВЁРТАЯ СТРАНИЦА ЖУРНАЛА.
Ведущий 1: Наконец мы приглашаем всех на встречу с настоящим и будущим.
( на экране заставка четвертой страницы журнала).
Ученик: Настоящее - это все мы, это наш урок (Одевает халат, очки, достает модель ДНК, микроскоп)
Будущее - это я, а может кто-то из вас.
Ведущий 2: Простите, а вы кто?
Ученик: Я инженер. Нет - я генетик. Нет. Я инженер - генетик. А вот здесь, в пробирках некоторые успехи генной инженерии.
Пробирка №1 - здесь специально конструируемые клетки бактерий кишечной палочки, которые синтезируют гормон роста человека.
Как вы, думаете - как я достиг этого? (ввели ген человека) Правильно. Пробирка №2 - здесь специальный спектр бактерий,
которые синтезируют инсулин, регулирующий уровень сахара в крови. Основные задачи, которые стоят перед учеными
- управление генетической информацией на пользу человека.
Пр. биологии: А какие наиболее актуальные программы Вы сегодня разрабатываете?
Ученик: Ученые всего мира работают над программой введения в зародыш человека, на ранних этапах его развития каких-либо
недостающих генов и тем самым избавить от наследственных заболеваний
Ведущий 1: Спасибо, уважаемый инженер - генетик за интересную встречу. К сожалению, наше время подходит к концу.
Спасибо всем за внимание и активное участие. Специальный выпуск устного журнала вели и подготовили (фамилии участников журнала)
Домашнее задание.
