Бесплатная публикация статей в журналах ВАК и РИНЦ

Уважаемые авторы, образовательный интернет-портал «INFOBRAZ.RU» в рамках Всероссийской Образовательной Программы проводит прием статей для публикации в журналах из перечня ВАК РФ по направлениям: экономика, философия, политология, педагогика, филология, биология, сельское хозяйство, агроинженерия, транспорт, строительство и архитектура и др.

Возможна бесплатная публикация статей в специализированных журналах по многим отраслям и специальностям. В мультидисциплинарных журналах возможна публикация по всем другим направлениям. 

Журналы реферируются ВИНИТИ РАН. Статьям присваивается индекс DOI. Журналы включены в международную базу Ulrich's Periodicals Directory и РИНЦ.

Подпишитесь на уведомления о доступности опубликования статьи. Первую рекомендацию вы получите в течении 10 минут - ПОДПИСАТЬСЯ

Обмен веществ

Индивидуальный стиль работы студента наиболее успешно формируется в процессе организации и проведения учебно-познавательной и исследовательской деятельности, которая осуществляется в процессе учебного занятия и самостоятельной внеаудиторной работы.
Образовательный процесс предоставляет каждому студенту возможность реализовать себя в познании, учебной деятельности, опираясь на свои способности, склонности, интересы, ценностные ориентации и субъективный опыт.
Биология изучается в среднем специальном заведении  на первом курсе.
Студенты – юноши и девушки, только что окончившие школу.
Хорошо известно, что в юношеском возрасте формируется мировоззрение личности, наибольшее значение приобретает учебно-познавательный труд, так как большинство первокурсников мотивированных на продолжение учебы, подготавливают себя  к профессиональной деятельности.
Любая учебная задача является познавательной, поскольку относится к познанию определенных явлений, процессов или объектов реального мира в рациональных или иррациональных его проявлениях. Термин «познавательная» употребляется в методической литературе для обозначения задач, постановка и решение которых нацелены, прежде всего, на самопостижение, самообучение, творческий поиск, реализацию возможностей делать открытия для себя через углубление в изучаемую проблему.
Именно в таком смысле понимается этот термин в данной статье.
При традиционном построении учебной дисциплины сначала предлагается – в том или ином объеме – необходимый для усвоения программный материал, а затем уже студентам предлагаются упражнения и задачи разной природы, через решение которых они приходят  к усвоению этого материала.
Таким образом, активно-познавательному, поисковому усвоению материала вынуждено предшествует фаза относительно пассивного его усвоения – с точки зрения специфики учебной деятельности. Выход из этого противоречия пытаются найти чаще всего с помощью проблемного обучения. Однако и в этом случае постановка, обсуждение учебной проблемы предполагает владение системой понятий и методов, усвоение которых связано с репродуктивной деятельностью студентов.
В этой связи и формируется идея построения процесса обучения на основе  решения подобранных учебно-познавательных  задач, процесс решения которых требует углубленного осмысления пропедевтически введенных понятий и методов исследования.
В данной статье собраны упражнения и задачи, удовлетворяющие следующим требованиям:

  • решение их предполагает не столько формальные знания основ общей биологии, сколько умения добывать истину с помощью рассуждений;
  • формулировки приведенных упражнений и задач несут немалую фактологическую информацию об обмене веществ как основном биохимическом процессе, протекающем на разных уровнях организации живой материи;
  • каждая задача предполагает возможность нескольких правильных ответов.

Многолетняя практическая работа со студентами вселяет уверенность, что приведенные в этой статье задачи будут полезны учителям биологии в проведении биологических викторин, олимпиад, конкурсов, при организации индивидуальных исследований и на уроках биологии при изучении темы «Обмен веществ».

ХОД УРОКА

1. Известно, что обмен веществ присущ не только живым организмам, но и неживым телам.
В чем качественно различаются клеточный метаболизм и обмен веществ в неживой природе?
Какую роль в формировании метаболизма сыграло в процессе химической эволюции появление мембран – липопротеидных оболочек, отделивших систему «белок – нуклеиновая кислота» от окружающей среды?

2. Живые существа принято делить на:

  • гетеротрофные – неспособные синтезировать органические вещества из неорганических; они используют готовые органические соединения, к таким относятся бактерии, грибы, паразитные растения и почти все животные;
  • автотрофные – способные синтезировать органические вещества с использованием неорганических; например, фото- и хемосинтезирующие бактерии, преобладающая часть водорослей и почти все растения;
  • миксотрофные – переходные между первыми двумя, например, многие жгутиковые, некоторые зеленые водоросли, насекомоядные растения.

Докажите, обращаясь к онтогенезу на разных этапах его, что первичным является гетеротрофный тип питания, как наиболее простой и протекающий при участии меньшего числа ферментов и реакций. Автотрофное питание – позднее приобретение живых организмов, когда в первичном океане были исчерпаны органические вещества, синтезированные в ходе химической  эволюции, и возникла потребность в быстром их пополнении.

3. Найдите эволюционное оправдание появлению автотрофного обмена.

4. В ходе эволюции автотрофности многообразные способы ассимиляции углевода сменяются более специализированным способом – фотосинтезом. Для этого живой природе пришлось испробовать на эффективность разные доноры водорода, источники энергии и среды.

В общих чертах эволюцию фотосинтеза можно представить так:

  • фотоорганотрофия (донором электронов водорода являются органические вещества),
  • фотолитотрофия (донор электронов – неорганические вещества),
  • фотогидротрофия (донор электронов – вода).

Эта схема не предполагает наличия обязательной генетической (родственной) связи между существами, принадлежащими к разным ступеням эволюции автотрофности. Ее  ступени характеризуют направление совершенствования автотрофного типа питания, приведшего к большей его специализации и независимости организмов от готового органического продукта.
В ходе эволюции растений выработались механизмы, которые сделали процесс фотосинтеза необратимым даже в условиях короткого пребывания растений на свету.
Назовите эти механизмы  и объясните их эволюционное происхождение?

5. Основная функция дыхательной системы – газообмен с внешней средой – непосредственно связана с метаболизмом и энергетикой организма. Это определяет особое значение исследования структуры и функций органов дыхания для понимания организации и путей эволюции животных. Не случайно многие преобразования органов дыхания в процессе эволюции стали ароморфозами, т.е. такими изменениями организации, которые оказывают глубокое влияние на организм в целом, повышая общую энергию жизнедеятельности и позволяя сделать новый шаг по пути морфофизиологического прогресса.

6. Рассмотрим три группы многоклеточных животных:

  • у животных первой группы газообмен происходит путем диффузии кислорода и углекислого газа (растворенных в воде) между отдельными клетками организма и внешней средой,
  • у животных второй группы имеются специальные органы газообмена различного происхождения и строения,
  • у животных третьей группы газообмен с внешней средой осуществляется главным образом через покровы (кожное дыхание).

7. Ответьте на вопросы:

а) Какой из перечисленных видов газообмена является эволюционно более прогрессивным? Обоснуйте свое мнение.
б) Назовите животных каждой из перечисленных выше групп.
в) Чем объяснить, что некоторые рыбы имеют «дополнительные органы дыхания», позволяющие им усваивать кислород не из воды, а непосредственно из воздуха?
г) Наиболее древним органом воздушного дыхания у позвоночных животных являются легкие. Вероятно, они имелись уже у древнейших костных рыб, что доказывается наличием у большинства современных видов либо собственно легких, либо гомологичного им органа – плавательного пузыря, который у одних рыб продолжает играть роль органа воздушного дыхания, а у других превратился в гидростатический аппарат, регулирующий плавучесть рыбы. Но нет таких рыб, у которых легкие и плавательный пузырь существовали бы одновременно, хотя бы на эмбриональной стадии развития организмов.

8. Существуют две различные точки зрения на происхождение легких и плавательного пузыря:

  • одна утверждает, что эти органы являются двумя различными образованиями, имеющими независимое происхождение,
  • другая указывает на возможность эволюционного преобразования легкого в плавательный пузырь в процессе естественного отбора.

9. Приведите аргументы «за» и «против» каждой из двух версий.

  • Какие механизмы используются в живых организмах для транспортировки различных веществ?
  • Некоторые животные в отличие от человека могут обходиться без поступления извне одного из следующих веществ: вода, кислород, белки, витамин С. С какими особенностями их физиологии, биохимии, образа жизни это связано?
  • По каким конкретным причинам вскармливание ребенка на первых месяцах жизни молоком животных вместо материнского молока – мера, достаточно опасная? Как можно сделать такое вскармливание безопасным для ребенка?
  • Известно, что содержание углеводов в листьях и клубнях растений составляют до 90% сухого веса, в клетках мышц и печени  животных до 5%, а в других клетках животных и до 1%. Чем можно объяснить такую разницу? Какова биологическая функция этих углеводов?

10.   Почему глюкоза в организме животных хранится в форме гликогена,  а не в растворенном виде?

11. У некоторых людей при потреблении молока возникают тяжелые расстройства кишечника или отравление. Предложите возможные механизмы этого явления.

12. Как регулируется концентрация глюкозы в крови животных?

13. Как можно объяснить то, что у некоторых организмов глюкоза превращается  в спирт и углекислый газ,  а у других – в молочную кислоту? Что это за организмы?

14. Какова роль жира в организме животных?

15. В книгах известного энтомолога Халифмана утверждается, что пчелы могут направлено изменять генотип своего потомства, так как в корме их личинок содержится ДНК и РНК. Убедителен ли этот аргумент? Обоснуйте ответ.

16.Конечный метаболический продукт азотистого обмена у подавляющего большинства водных животных – аммиак (кстати, весьма токсичный для животных), а у наземных – мочевина и мочевая кислота. С чем, по вашему мнению, это может быть связано?

17.Американские ученые-биохимики выделили из корней и ростков люцерны вещество, названное медикарпином. Под его действием замедляется прорастание семян сорных растений. Выскажите гипотезу о действии медикарпина на само растение люцерны. Обоснуйте ответ.

18. Мало кому известно, что  бич тропических широт – термиты питаются не древесиной, которую неутомимо грызут, а микробами, которые в свою очередь, кормятся у них в желудке этой древесиной.

Ответьте на вопросы:

а) Каким образом в процессе эволюции мог сформироваться такой странный и сложный симбиоз термитов и микроорганизмов, который во многом повлиял и определил не только физиологию, но и морфологию этих насекомых?
б) Каким образом термиты могут «дозировать» расход в качестве корма бактерий, которые обитают в их желудках?  Почему последние не перевариваются  и не гибнут все сразу, а только «по мере необходимости» самих термитов?

19. Под снегом у некоторых растений появляются сильные повреждения. Этот процесс назвали выпреванием: ткани растений с приходом весны буреют, через некоторое время засыхают и гибнут. Причина этого –  несвойственный растениям анаэробный тип дыхания, возникающий в тканях при зимовке под снежным покровом. Снег служит теплоизоляционной прослойкой между холодным воздухом и теплом земных недр. Часто противодействие этих сил ведет к стабилизации температуры на поверхности почвы в пределах от 0 до –6оС. Образовавшийся в тканях лед еще не тает, а многие растения продолжают активно дышать. Поэтому клеткам нужно все больше кислорода, его не хватает. И растения переходят на анаэробный тип дыхания. Весной, когда изоляция клеток льдом от внешней среды прекращается, в них врывается кислород, и сразу начинаются неупорядоченные процессы окисления дубильных и других веществ. Клетки разрушаются, ткани растений гибнут.
Почему в процессе эволюции растения не смогли выработать  защитные механизмы против выпревания под снегом?

20. Известно, что спелые фрукты очень быстро портятся. Английские ученые предложили довольно эффективную защитную «рубашку» для каждого плода: специальный раствор из сахара, жира, небольшого количества целлюлозы и глицерина. Фрукты погружают в горячий раствор на непродолжительное время, а когда вынимают, на их поверхности образуется тонкий, почти невидимый слой.
Какую функциональную роль выполняет «рубашка», оберегающая спелые фрукты от быстрой порчи? Ответ обоснуйте.

21. Выдвинуты следующие гипотезы о механизмах регуляции выделения желудочного сока: а) сок выделяется в ответ на механическое раздражение стенок желудка пищей; б) сок выделяется рефлекторно при раздражении пищей рецепторов языка; в) выделение сока регулируется веществом, которое попадает в кровь при поступлении в желудок пищи. Предложите опыты по проверке каждой из гипотез.

22. Существует мнение, что пища, попавшая в желудок, непосредственно действует на его секреторные клетки, выделяющие соляную кислоту. Согласно другим гипотезам секреторные клетки активируются нервной системой или специальным гормоном. Какие опыты надо поставить, чтобы выяснить, какая из гипотез правильна?

23. Почему теплокровность считается прогрессивным признаком?

24. Почему теплокровные животные в холодной воде не замерзают?

25. В каких случаях температура тела насекомых отличается от температуры окружающей среды? Каким образом это достигается?

26. Какие трудности возникают у организмов в связи с высоким содержанием солей в среде их обитания и как они с этими трудностями справляются?

27. Почему у одноклеточных водных животных (например, у туфельки) есть сократительная вакуоль, а у одноклеточных низших водорослей ее нет?

28. Что надо сделать перед тем, как нырнуть, если задача состоит в том, чтобы пробыть под водой как можно дольше? Использование каких-либо механических приспособлений исключается.

29. В романе А.Беляева «Человек-амфибия» описан юноша, которому пересадили жабры акулы, так что он мог жить под водой. Можно ли на самом деле создать такого ихтиандра?  Ответ обоснуйте.

30. Удаление многих ненужных организму веществ у животных осуществляется через выделительную систему. Как и что выделяют растения?

31 На чашках весов уравновешены горшок с зеленым растением и несколько баночек с водой. Площадь поверхности воды в баночках в сумме равна всей листовой поверхности растения. Земля в горшочке увлажнена и покрыта полиэтиленом. Как вы думаете, изменится ли  положение чашек весов через достаточно большой промежуток времени? Какие факторы будут влиять на результат опыта? Свой ответ объясните.

32. Известно, что для оплодотворения растений нужна достаточно высокая температура. Каким образом внутри цветков высокогорных и арктических растений достигается температура более высокая, чем в окружающей среде?

33. Объясните, почему после гипервентиляции частота дыхания уменьшается и человек испытывает головокружение и слабость.

34. Почему нарушается жизнедеятельность растений при температуре воздуха выше 30. С или при высокой влажности воздуха?

35. Объясните, почему сразу после приема ледяной воды температура кожи повышается.

36. Почему газообмен происходит менее эффективно, если ток крови параллелен току воды?

37. Почему альвеолярная вентиляция меньше легочной?

38.Как можно сравнить интенсивность обмена у млекопитающих, отличающихся по своим размерам?

39. Чем можно объяснить большое различие суточной потребности в энергии (на единицу массы тела) у человека и у мелких птиц или млекопитающих?

40. Почему транспирация идет главным образом через листья?

41. В настоящее время многие страны разрабатывают пищевые продукты из муравьев. Так, в Китае из муравьиного порошка делают отличные тонизирующие напитки. Муравьиный порошок содержит такой же процент протеина, как и соя, креветки и в 4 раза больше калорий, чем говядина. Кроме того, порошок из муравьев содержит 19 видов аминокислот и богат цинком, нехватка которого задерживает рост детей. Как, в общем, можно объяснить, что муравьи обладают всеми этими свойствами, а какие-то другие организмы (например, стрекозы) не обладают?

42. Почвенные позвоночные потребляют для дыхания относительно много атмосферного воздуха. Откуда же они могут его получать в зимнее время, когда поступление его в поры непосредственно из атмосферы весьма ограничено, а те из позвоночных, которые на зиму не впадают в состояние диапаузы, потребляют воздуха меньше, чем в благоприятную летнюю пору?

43. Сравните качественно и количественно процесс сгорания пищевых продуктов и процесс усвоения их животными.

44. Охарактеризуйте проблему пересадки органов, трудности которой связаны со специфичностью белковых молекул.

45.На чем основано утверждение ученых о том, что биосинтез всех веществ в клетке находится под контролем генов?

46. Как повлияло накопление свободного кислорода в атмосфере Земли на степень интенсивности жизнедеятельности обитателей нашей планеты?

47. Объясните потребность большинства живых  организмов в кислороде. Каким образом в клетках образуется вода и углекислый газ?

48. Какова роль ферментативной системы энергетического обмена в создании постоянного содержания АТФ в клетке?

49. Аминокислоты – последний энергетический резерв, они подвергаются окислению в самую последнюю очередь.
Объясните, почему так происходит.

50. В настоящее время говорят об экологических аспектах фотосинтеза.
Как связаны между собой проблемы обеспечения продовольствием народонаселение Земли?
Почему сохранение и расширение зеленого покрова Земли имеет решающее значение для всех живых существ, населяющих нашу планету?

51. В клетках крысы создается разное количество митохондрий:

в печени – 18,4%
в поджелудочной железе – 7,9%  
в сердце – 35,8%

Объясните причину такой разницы.

52. Почему землеройка поглощает в день пищи в несколько раз больше своего тела?

53. В реакции окисления вещества А в веществе Б освобождается 60 кДж. энергии. Сколько молекул АТФ может максимально быть синтезировано в этой реакции?

54. Почему при физической работе усиливается процесс дыхания (дыхание учащается)?

55. Предположите возможные изменения обмена веществ у человека при употреблении  генетически модифицированных продуктов.

Организация учебно-познавательной и исследовательской деятельности на учебном занятии и развитие самостоятельности у обучающихся – это одно из важнейших условий подготовки студентов к продолжению образования.
Педагогическая деятельность требует рационального отбора содержания занятия, соответствия применяемых методов и приемов самостоятельной познавательной и исследовательской работы поставленным целям и задачам.
Тема «Обмен веществ» в курсе общей биологии как раз и содержит оптимальное сочетание содержания программного материала и учебно-познавательных и исследовательских задач для активного саморазвития студентов.
Систематическое решение познавательных и исследовательских задач позволяет студентам развивать интеллектуальные умения. Качественно новый результат, приобретаемый студентами – высокий уровень познавательной самостоятельности, владение умениями исследовательской деятельности, готовность к профессиональной работе в режиме технологий развивающего обучения.

Литература:

1. Научно-методические журналы «Биология в школе»   №6  – 2000 г., №3, №5 – 2001 г.,    №5, №6 – 2005 г., №8 – 2005 г., №2 – 2006 г.
2. Колесников С.И. Биология. Учебное пособие для поступающих в ВУЗЫ. Ростов – на  – Дону. «Феникс», 2003 г.
3. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология. Учебник для студентов    средних учебных заведений. Общая биология.– М., «Высшая школа». 2005г
4. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс.         – М. Издательский центр «Вентана – Граф», 2003 г.
5. Семенцова В.Н. Биология. Общие закономерности. Технологические карты уроков.    9 класс. Методическое пособие. Санкт – Петербург. «Паритет», 2002 г.
6. Смирнов В.М., Дубровский В.И. Физиология физического воспитания и спорта. Учебник для средних и высших учебных заведений по физической культуре. – М., Владос Пресс, 2002 г.
7. Солодков А.С., Сологуб Е.Б. Физиология человека. Учебник для высших учебных заведений по физической культуре. Олимпия PRESS. – М., 2006г
8. Тюмасева З.И. Учебно-познавательные  и исследовательские задачи по общей биологии. – Челябинск. 1999 г.

6.02.2008