I. Общие методические рекомендации по изучению дисциплины.

Методические указания составлены на основе программы курса «Биология», утвержденной на заседании кафедры эколого-экономических систем ВГИ ВолГУ 16 сентября 1997 г.

В задачи настоящих методических указаний входят: помощь студентам в ознакомлении с основными разделами программы. С этой целью даются разъяснения основных терминов и понятий по механизмам клеточной и молекулярной биологии, что поможет студентам лучше разобраться в сложных процессах взаимосвязи между поведением молекул и биологией клетки, а также организма в целом.

В изучении биологии используются следующие методы: метод индивидуальных заданий (темы 1...4); тестирование (темы 5,6); контрольные опросы (темы 7...10); контрольная работа (темы 5...9); рефераты (темы 11...20); собеседование (тема 13); решение задач по биоэнергетике и генетических задач (темы 6, 10).

В ходе подготовки к семинарским занятиям студенты изучают отечественную и зарубежную литературу: монографии ведущих ученых по обсуждаемым проблемам, статьи и доклады из сборников научных трудов различных региональных и международных конференций, совещаний, съездов и симпозиумов. Это приобщает студентов к занятиям научной деятельностью и развивает у них навыки работы с литературой, вырабатывает у них способность к научному анализу имеющихся фактов, научных изобретений и открытий, пробуждает интерес к самостоятельной научной работе по заинтересовавшим их проблемам.

Изучение курса “Биология” построено на принципах закрепления и углубления лекционного материала на практических (семинарских) занятиях. С этой целью по каждой теме студентам выдаются контрольные вопросы. Для записи терминов и определений студенты ведут отдельную тетрадь. Терминология дается биологическая, биохимическая, генетическая, цитологическая, гистологическая и т.д.

На практических занятиях студенты, получившие индивидуальные занятия, делают устные доклады, сопровождая их схемами, рисунками, формулами, биологическими примерами и объяснениями. Остальные студенты ведут записи основной информации, которую они получают в ходе этих занятий дополнительно к лекционному материалу. Устные доклады по индивидуальным заданиям студенты делают на основании выполняемого ими реферата в процессе подготовки к докладу. Рефераты используются студентами группы в процессе подготовки к контрольным работам, зачету и экзамену путем обмена информацией. Это позволяет охватить все разделы изучаемого курса в условиях дефицита учебной, методической и научной литературы.

После завершения изучения темы на практических занятиях проводится обобщение и закрепление знаний, полученных в ходе проведения лекций и семинаров. Лишь после этого студенты приступают к изучению новой темы.

II. Последовательность и методика изучения теоретического курса “Биология”.

В лекционном курсе “Биология” в соответствии с учебным планом последовательно изучаются темы, раскрывающие взаимосвязь между поведением молекул и биологией клетки, поведением хромосом и хромосомной теорией наследственности, генетическими закономерностями и их использованием в практике селекции, семеноводства и опытной гибридизации.

1. Введение в биологию.

2. Основные закономерности биологических наук.

3. Строение и функции клетки. Влияние внешних факторов на клетку.

4. Строение и функции тканей.

5. Строение вещества и молекулярная биология.

6. Биоэнергетика.

7. Клеточное дыхание.

8. Процессы биосинтеза.

9. Концепция гена, генетический код и синтез белков.

10. Хромосомная теория наследственности.

11. Генетика популяций.

12. Эволюция.

13. Наследование устойчивости к болезням у сельскохозяйственных животных и растений.

14. Связь между теорией эволюции и генетикой.

После ознакомления студентов с циклом лекций по первой теме проводится первое занятие на тему: “Что такое жизнь? Основные критерии живых систем. Словарные тесты”. Втрое практическое занятие проводится после усвоения студентами материалов лекции 2 на тему :”Генетическая информация клетки — экспрессия генов. Взаимосвязь процессов пластического и энергетического обменов.” Усвоение ключевых слов и понятий — основная цель этого занятия.

Продолжением практического изучения биологии клетки является третий семинар на тему: ”Клетка — структурная и функциональная единица живых систем”. В ходе этого занятия рассматриваются вопросы современной трактовки клеточной теории, особенности строения растительной и животной клетки, строение, состав и свойства ДНК и белков, входящих в состав хромосом. Проводятся тесты на ключевые слова и понятия, решаются задачи по молекулярной биологии.

Для наиболее полного усвоения пройденного материала, формирования современных представлений о структуре и функциях клеток для самостоятельного изучения дается тема: “Многообразие клеток и клеточных организмов (прокариоты и эукариоты, одноклеточные и многоклеточные, растения, грибы, животные и т.д.). В процессе изучения этой темы студенты получают дополнительное представление о типах клеточной организации.

Следующее занятие посвящено изучению молекулярного состава клетки: неорганические и органические вещества, углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты. Даются ключевые слова к теме, вопросы для проверки усвоения материалов данной темы.

После завершения цикла лекций и семинарских занятий, а также проведения самостоятельной работы по теории клетки проводится аудиторная контрольная работа по теоретической части раздела молекулярной биологии на тему: “Клетка — структурная и функциональная единица живых систем”.

Следующим этапом является изучение материалов по обеспечению жизненных процессов энергией — биоэнергетике. Внутриклеточный поток энергии обеспечивается различными механизмами энергообеспечения — брожением, фото- и хемосинтезом, дыханием. В этой связи темой семинара по биоэнергетике будут следующие вопросы: 1) Ферменты — уникальные биологические катализаторы; 2) Строение листа в связи с его функциями. Фотосинтез. Даются ключевые слова и понятия. Вопросы для закрепления и усвоения материала: процесс теплообразования при ферментативной реакции; запасание энергии; какова роль АТФ в биологических процессах клетки.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окислительного фосфорилирования, а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэробный гликолиз. Особенность потока энергии в растительной клетке состоит в наличии у растений фотосинтеза. Все эти вопросы рассматриваются на семинаре по теме “Клеточное дыхание”.

Процессам биосинтеза клеток или пластического обмена посвящен ряд лекций, ознакомливающий студентов с автотрофным, гетеротрофным и миксотрофным типом обмена веществ. Эти темы являются продолжением цикла лекций по фотосинтезу и хемосинтезу, который завершается восьмым практическим занятием на тему: “Биосинтетические процессы, протекающие в клетке.”

Завершающим этапом изучения основ молекулярной биологии является цикл лекций, посвященный роли гена в биосинтетических процессах. Здесь рассматриваются понятия генетического кода; посредников между ДНК и различными типами РНК: иРНК, мРНК, тРНК, рРНК; экспрессии генов в процессе биосинтеза белка. В ходе изложения лекционного материала акцентрируется внимание студентов на то, что нормальный ход биосинтетических процессов в клетке может быть нарушен возникновением генных мутаций. Этому очень важному с точки зрения экологии разделу биологии посвящается отдельный (девятый) семинар на тему: “Генный уровень организации генетического материала наследственности и изменчивости”. В ходе этого семинара рассматриваются вопросы химической организации гена, структуры ДНК, трехмерной модели ДНК, предложенной Д.Уотсоном и Ф.Криком (1953), способа записи генетической информации в молекуле ДНК, биологического кода, генных мутаций и причин их вызывающих. Рассматриваются механизмы, снижающие неблагоприятный эффект генных мутаций. Решаются генетические задачи на основе классических законов менделевской генетики.

Темы “Генетика популяций” и “Эволюция” закрепляются в ходе контрольных опросов, где задействованы терминология, закономерности, принципы, классические теории Дарвина - Уоллеса об естественном отборе и его роли в эволюции. Рассматривается также роль мутаций в эволюции, как одного из движущих факторов развития.

Ряд тем по систематике, морфологии и физиологии отдельных групп растений (низших и высших), а также по зоологии позвоночных и беспозвоночных, по происхождению жизни и происхождению человека изучаются студентами самостоятельно и по этим темам выполняются рефераты.

Формы контроля: по молекулярной биологии — семестровый зачет, по общей биологии — письменный экзамен. Итоговая оценка — по сумме промежуточных форм контроля (устные и письменные рефераты, тесты, контрольные опросы, решение задач, знание терминологии, зачет, экзамен в соотношении среднеарифметическом). Принимаются во внимание посещаемость лекций и активность на семинарских занятиях.