Генетика – наука о механизмах сохранения, передачи и реализации наследственных признаков организма, является одним из центральных разделов в школьном курсе «Биология», и изучается в старших классах. Генетика является сложной научной и учебной дисциплиной, и как показывает педагогическая практика ее усвоение вызывает серьезные затруднения у учащихся. Выправить сложившееся положение способны программы по генетике для учреждений дополнительного образования. Они позволяют удовлетворить естественный интерес детей к вопросам наследственности и изменчивости и способствуют лучшему усвоению школьного материала. Однако, у этих программ есть и определенные недостатки: содержание программы кружка, как правило, повторяет материалы школьного курса генетики, в них уделяется мало места практическим работам, недостаточно творческих заданий, существует определенный дисбаланс в количестве учебных часов, отведенных на различные темы (основное внимание уделяется рассмотрению простейших закономерностей наследования, тогда как многие крупные направления современной генетики изучаются весьма поверхностно.)
Устранить эти недостатки, а также расширить и углубить знания учащихся по генетике призвана настоящая программа. Образовательная программа "Генетика" составлена на основе типовой программы кружка по молекулярной генетике. В типовую программу внесен ряд изменений, направленных, в первую очередь, на то чтобы в меньшей степени дублировать школьную программу, и предусматривающих всестороннее изучение особенностей различных направлений генетики, что в целом формирует у детей правильное понимание значения, целей и задач современной генетики. Кроме того, изменения теоретической части курса обусловлены быстрыми темпами развития генетики в настоящее время, появлением новых научных направлений, возникновением новых понятий, открытием ряда закономерностей, которые еще не нашли своего отражения в школьном курсе генетики. В программе увеличено количество практических работ, возросло их тематическое разнообразие. Такие изменения нацелены на то, чтобы в ходе выполнения практических и самостоятельных работ учащиеся приобретали навыки работы с биологическими объектами, интерпретации и анализа результатов исследований, знакомились с методиками научных исследований.
Целью обучения по образовательной программе «Генетика» является формирование у детей знаний об основных закономерностях наследственности и изменчивости живых организмов, обоснование материальной основы наследственных преобразований.
Достижение данной цели осуществляется за счет решения следующих задач:
- сформировать у кружковцев понятие о методах генетического анализа;
- обосновать значение ДНК, генов, хромосом в хранении и передаче наследственной информации;
- обосновать роль генотипа и среды в формировании фенотипа;
- обосновать значение мутаций для эволюции и селекции;
- ознакомить учащихся с методикой решения генетических задач;
- ознакомить учащихся с методикой составления родословной анализа типа наследования по ней;
- сформировать у учащихся навыки вычисления критерия соответствия;
- сформировать у учащихся навыки составления вариационных рядов по имеющейся выборке;
- сформировать у учащихся навыки вычисления важнейших биометрических показателей;
- сформировать у детей понятие о наследственных болезнях человека и их причинах;
- обосновать вредное влияние мутагенов, курения, употребления алкоголя на наследственность, развитие потомства;
- развивать умения учащихся работать с дополнительной литературой и справочниками.
Генетика является логическим продолжением предыдущих разделов биологии, таких как «биология клетки», «биология размножения и развития». Поэтому усвоение этих тем необходимо для начального этапа обучения генетики и способствует формированию некоторых генетических понятий. Программа кружка по генетике ориентирована в основном на учащихся 10-11 классов, а также девятиклассников (в том случае, если они занимаются по программе предусматривающей изучение основных закономерностей общей биологии.) На освоение курса генетики в году отводится 144 учебных часа. Оптимальный вариант работы по данной программе – организация 2-х часовых занятий 2 раза в неделю. Занятия проводятся в группах численностью 8 человек.
Исходя из особенностей восприятия старшеклассников, у которых возрастает удельный вес абстрактного мышления, усиливается логическая переработка материала. Внимание становится более устойчивым, выбираются формы и методы обучения в кружке. Основная форма теоретических занятий – лекции и беседы. Материал необходимо раскрывать таким образом, чтобы новые понятия, важные выводы и обобщения по возможности формулировались самими учащимися из фактов, сообщаемых руководителем. Наиболее приемлемая форма занятий для закрепления материала – беседа. Она должна строиться так, чтобы ребята учились анализировать уже известные факты и, обсуждая пройденный материал, пытались прогнозировать направление дальнейших исследований. В каждом занятии предусматривается решение генетических задач, способствующих развитию умений и навыков трансформирования теории на практике, логическому мышлению, самостоятельному анализу проблемных ситуаций. В ходе выполнения программы возможно использование различных способов выявления качества и результатов педагогической деятельности (например, тестирование), что позволяет судить об эффективности и целесообразности использования программы.
В заключение этого раздела необходимо отметить, что генетика – быстро развивающаяся наука, поэтому каждый год в программу следует вносить новые факты. Отражающие современное состояние науки
Учебно-тематический план
Содержание программы
- Вводное занятие – 2ч.
Ознакомление учащихся с планом работы по образовательной программе "Генетика". Организационные вопросы. Основные понятия генетики. Генетический язык и символика. Основные задачи и значение генетики.
- История генетики – 2ч.
История возникновения генетики, как науки. 3 периода развития генетики. Вклад русских и зарубежных ученых в развитие генетики. Современный этап развития генетики, научные достижения и перспективы развития.
- Методы генетического анализа – 24ч.
Генетический анализ – основной метод генетики. Специфика работ Г.Менделя. Законы наследования. Моно-, ди- и поигибридное скрещивание. Закон «чистоты гамет». Взаимодействие аллельных генов. Анализирующее и возвратное скрещивание.
Практические работы. Решение задач по законам наследования. Генетический анализ гибридов первого и второго поколения при моно- и дигибридном скрещивании. Вычисление критерия соответствия Х2.
- Взаимодействие генов – 24ч.
Типы взаимодействия генов. Взаимодействие неаллельных генов. Комплементарное действие генов и типы расщепления. Доминантный и рецессивный эпистаз. Кумулятивная и некумулятивная полимерия. Модифицирующее действие генов. Плейотропия. Качественные и количественные признаки.
Практические работы. Эксперименты по взаимодействию генов на дрозофиле. Биометрические методы в генетических исследованиях. Решение задач.
- Сцепленное наследование и рекомбинации – 18ч.
Явление сцепленного наследования. Хромосомная теория наследственности Т.Моргана. Закономерности неполного сцепления генов. Перекрест хромосом (кроссинговер) и его цитологическое доказательство. Генетические доказательства линейного расположения генов в группе сцепления. Генетические карты высших организмов.
Практические работы. Определение положения гена в группе сцепления. Решение генетических задач.
- Мутации у высших организмов – 6ч.
Комбинативная и мутационная изменчивость. Классификация мутаций. Генные, хромосомные и геномные мутации. Множественный аллелизм. Индуцированный мутационный процесс.
- Цитоплазматическая наследственность – 4ч.
Роль ядра и цитоплазмы в наследственности. Органеллы клеток, имеющие самостоятельно реплицирующуюся ДНК. Пластидная наследственность. Митохондриальная наследственность. Явление цитоплазматической мужской стерильности.
- Медицинская генетика – 20ч.
Человек – как генетический объект исследований. Методы генетики человека. Хромосомы человека в норме и патологии. Генные болезни человека – фенилкетонурия, муковисцидоз и их молекулярные механизмы. Хромосомные абберации у человека- синдром Дауна. Болезни с наследственным предрасположением. Медико-генетические консультации.
Практические работы. Генеалогический метод в генетике человека. Принципы оценки степени риска при аутосомно-доминантном, аутосомно-рецессивном и сцепленном с полом наследовании. Решение задач на медико-генетическое консультирование.
- Генетика пола – 10ч.
Роль хромосом в определении пола. Генетические и физиологические особенности половых хромосом. Теории определения пола – балансовая и физиологическая. Переопределение пола.
Практическая работа. Анализ родословных с различными типами наследования. Решение генетических задач.
- Генетика популяций – 18ч.
Понятие о популяции. Генетические процессы в популяции. Равновесие в популяции. Факторы изоляции в популяции. Статистическая характеристика популяций. Роль мутационной и модификационной изменчивости в адаптации организмов.
Практические работы. Статистические методы в популяционной генетике. Составление модели популяции.
- Генетические основы селекции – 4ч.
Понятие о породе и сорте. Источники изменчивости для отбора: мутационная изменчивость, полиплоидия, комбинативная изменчивость, отдаленная гибридизация. Различные системы скрещивания. Гетерозис. Методы отбора.
- Полиплоидия – 4ч.
Изменчивость числа хромосом. Механизмы возникновения полиплоидных клеток. Автополиплоидия и особенности мейоза у автополиплоидов. Аллополиплоиды, особенности мейоза. Получение плодовитых аллополиплоидов. Искусственное получение полиплоидов и перспективы этого направления в селекции.
- Экскурсии и встречи с учеными – 4ч.
Экскурсии в учебные и научно-исследовательские институты соответствующего профиля.
- Итоговое занятие – 4ч.
Подведение итогов за год. Оценка индивидуальных достижений обучающихся.
Методическое обеспечение программы
Учитывая тот факт, что в усвоении теоретического материала по генетике большое значение имеет приобретение практических умений и навыков, для осуществления занятий по экспериментальной и классической генетике требуется специальное оборудование: микроскопы с осветителями, лупы ручные, пинцеты, пипетки, реактивы для изучения кариотипов и др. Кроме того, необходим раздаточный материал: коллекции семян растений, гербарии листьев, цветков, стеблей, фиксированный материал, методические указания по работе с данным материалом. Все это можно заготовить во время проведения экскурсий, в течение учебного года. Важное значение имеет использование наглядных пособий – генетических и цитологических таблиц. Объекты, задачи и примеры, анализируемые на занятиях с позиций генетики, должны быть взяты из окружающей человека действительности и иметь определенное практическое значение во всех областях деятельности человека (сельское хозяйство, экология, селекция, медицина и др.) Учитывая тот факт, что генетика относится к точным наукам, в заданиях должны широко использоваться информационно-математический метод, биологическая статистика, ЭВМ, калькуляторы и разнообразная вычислительная техника.
Предполагаемый результат обучения по программе.
После окончания курса обучения, предусмотренного программой, учащиеся должны знать:
- основные закономерности наследственности и изменчивости организмов;
- объяснять явления наследования с точки зрения цитологии;
- значение ДНК, генов, хромосом в хранении и передаче наследственной информации;
- роль генотипа и среды в формировании фенотипа;
- значение мутаций для эволюции и селекции;
- методы генетического анализа и сферу их применения;
- классификацию и причины наследственных болезней человека;
- методику решения генетических задач;
- методику составления родословной;
- понимать вредное влияние мутагенов, курения и употребления алкоголя на наследственность и развитие потомства.
Учащиеся должны уметь:
- решать генетические задачи разных типов;
- анализировать типы наследования по родословным;
- вычислять критерий соответствия Х2;
- составлять вариационные кривые;
- вычислять важнейшие биометрические показатели;
- иметь практические умения и навыки при работе с дополнительной литературой и справочниками.
