Золотоискатели. Размышления о преподавании генетики

Апрель 2003 г. В выпуске телевизионных новостей сообщается о том, что одна из самых дорогостоящих программ современности – «Геном человека» – практически выполнена. Расшифровка последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК даст толчок новым исследованиям, посвященным поиску способов лечения наследственных заболеваний методами клеточной и генной инженерии. Подобным сообщениям о последних достижениях биологии отводится значительное место не только в научных журналах, но и в средствах массовой информации. Большинство из них так или иначе связаны с генетикой или молекулярной биологией.

Генетика – наука, сумевшая за 150 лет своей истории узнать забвение и преклонение, оказаться частью политической жизни огромной страны, стать причиной сломанных судеб и оборвавшихся жизней. Сейчас эта отрасль биологии переживает небывалый расцвет, связанный с успехами биохимии и развитием вычислительной техники. По значимости последние открытия и разработки в области генетики можно сравнить разве что с исследованиями ядерных физиков и освоением космоса в середине ХХ века.

Для большинства людей школьные знания по биологии оказываются единственной отправной точкой для восприятия такой информации, для выработки своего мнения и участия в спорах. Как дать каждому выпускнику необходимые ориентиры, касающиеся не только сущности новых исследований, но и их значения? Как научить отличать достоверную информацию от газетных сенсаций?

Генетика изучается в старших классах школы и традиционно считается одним из самых сложных разделов. Огромное количество новых понятий, задачи, законы, теории – все это отпугивает многих учеников еще на начальном этапе работы. Причин здесь несколько.

Во-первых, у генетики свой достаточно сложный язык, без знания которого невозможно понять даже самые простые закономерности. Что же мы видим в большинстве учебных пособий? С первых же страниц описания опытов, формулировки законов пестрят новыми терминами. С чего в данном случае начинать – заучивать закон или пытаться разобраться в значении термина?

Во-вторых, не прослеживается логика возникновения основных положений генетики. То, что хромосомная теория наследственности – попытка ответить на вопросы, оставшиеся открытыми после работ Менделя, отнюдь не является очевидным для учащихся. А ведь вопросов этих было больше, чем ответов. Хромосомная теория и генетика пола – последнее, о чем рассказывают учебники. С тех пор стала известна внутренняя структура гена, много сделано для изучения регуляции активности генов, наконец, появилась генная инженерия и возможность клонирования живых существ. Только в учебниках для школ с углубленным изучением биологии есть данные разделы. Как же быть остальным?

К сожалению, у большинства выпускников вместо захватывающей пьесы с глубоким содержанием, в которой перед ними открылось бы все неисчерпаемое богатство генетики, в памяти остается скучный моноспектакль. Содержание спектакля давно устарело, язык непонятен, декорации выцвели. Учащиеся покидают школу в полной уверенности, что генетика – это опыты и законы странного человека по фамилии Мендель, который и биологом даже не был, множество малопонятных слов и бесконечные задачи, в которых кого-то с кем-то скрещивают. И, как все ненужное и неинтересное, знания по генетике очень быстро забываются.

Для того чтобы избежать основных недостатков традиционного подхода к изучению генетики, чтобы наша пьеса стала понятной и современной, следует придерживаться следующих принципов.

Изучению теорий и законов должно предшествовать рассмотрение генетических понятий, формирование умения оперировать языком науки.

Материал раздела необходимо сконцентрировать вокруг основных генетических теорий: теории наследственности Г. Менделя, хромосомной теории наследственности и молекулярной теории гена. Указанные теории следует рассматривать в порядке их возникновения, повторяя таким образом путь развития генетики.

Целесообразно включить в материал раздела вопросы молекулярной организации гена, изучение методов генной инженерии и клонирования, отражающих современный этап развития генетики.

Деятельность учащихся следует организовать таким образом, чтобы они стали активными участниками процесса познания, заинтересованными в поиске истины.

Необходимо связать генетику с историей, этикой и философией.

Остановимся более подробно на каждом из этих принципов.

Язык пьесы

Понять содержание пьесы, на протяжении всего действия встречая незнакомые слова, невозможно. Также нельзя разобраться в генетических законах, не владея научной терминологией.

Знакомство с понятиями происходит на первых уроках по генетике. Каждое понятие объясняется, иллюстрируется схемами, отрабатывается. Знания учащихся по цитологии и биохимии клетки позволяют им активно участвовать в этой работе. Любые понятия, в том числе и генетические, фиксируют сущность явления, раскрывают основные логические связи. Знание глубинного смысла каждого понятия, владение терминологией науки облегчает изучение генетических законов и теорий.

Содержание действия

Именно научная теория должна стать последним актом нашего спектакля. Под теорией понимается совокупность знаний, образующих систему на основе тех или иных общих положений. Таких теорий в генетике три: теория наследственности Г. Менделя, хромосомная теория наследственности, молекулярная теория гена.

Каждая из этих теорий представляет собой новый этап развития научной мысли, то есть каждая последующая теория расширяет и дополняет предыдущую, включая ее в себя как неотъемлемую часть. Эти теории появлялись и развивались в течение почти полутора веков. Имеет большое значение изучение их в порядке возникновения и в контексте определенного этапа развития биологической науки.

Законы Менделя ученики выводят практически самостоятельно. Зная методику опыта, владея системой понятий и формой записи генетического скрещивания, ученики записывают схему скрещивания, определяют его результат и формулируют закон. На всех этапах работы используются схемы гомологичных хромосом и аллельных генов, что облегчает понимание сути закономерностей.

Исследования Менделя оставили множество нерешенных проблем. Не представляет труда подвести учащихся к формулировке основных вопросов, поиск ответов на которые привел к возникновению хромосомной теории наследственности:

как наследуются гены, лежащие в одной хромосоме?

взаимодействуют ли гены между собой?

После этого учащиеся способны самостоятельно выдвинуть основные положения хромосомной теории.

Вопросы молекулярной организации гена отражают наиболее современные представления о внутренней структуре гена. Традиционно структура ДНК, а также процессы репликации и транскрипции рассматриваются в разделах «Химический состав клетки», «Обмен веществ в клетке». Однако данный материал не затрагивает важнейших проблем современной генетики и молекулярной биологии (регуляция активности генов, экзон-интронная структура генов эукариот). Обойти вниманием эти вопросы – значит остановиться на полпути, сформировать представление о генетике как о науке косной, несовременной, не имеющей будущего. После изучения хромосомной теории наследственности наиболее любознательные ученики сами выходят на проблемы молекулярной генетики.

Итак, в процессе изучения генетических теорий происходит развитие центрального понятия генетики – понятия гена: от взглядов на ген как дискретный фактор наследственности к гену как участку хромосомы и, наконец, к пониманию структуры гена.

Актеры первого плана

На самом первом этапе работы, при формировании системы понятий, учащиеся осознают, что они скорее актеры первого плана, чем зрители галерки. Постоянно оказываясь в ситуации, когда необходимо что-то вспомнить, задать вопрос, высказать свою идею, учащиеся начинают использовать новые термины, глубоко вникать в их смысл.

С первых уроков ребята знакомятся с генетическими задачами. Задачи могут не только иллюстрировать изученные закономерности, но и быть средством для их самостоятельного выявления. Именно задачи позволяют обнаружить соответствие между методом исследования и полученными результатами. Кроме того, с помощью задач различного уровня сложности и различного типа можно осуществлять дифференцированный контроль на всех этапах изучения генетики.

Вслед за этапом поиска следует понимание принципов решения, а затем попытки самостоятельно составить задачу. Ученики приходят к выводу: для того чтобы понять, правильно ли сформулированы условия, задачу необходимо решить. Это позволит выявить неточности, недостаточность или избыточность исходной информации. Решение и составление задач – один из любимых видов деятельности учащихся при изучении генетики. Самые удачные используются в дальнейшей работе.

Владея системой генетических понятий, учащиеся самостоятельно выводят законы, формулируют основные положения теорий. Они воспринимают эту информацию, как золотоискатели те крупицы золота, которые намыли сами. Теперь они не только имеют конечный продукт – знания, им известен также путь к ним. Столкнувшись с новой проблемой, его можно пройти заново или найти другой. В результате ученики получают эмоциональное удовлетворение, повышается их самооценка, уверенность в своих силах, возрастает познавательная активность.

Особо следует остановиться на концентрации материала раздела вокруг основных теорий. При такой форме работы логика изложения соответствует логике развития науки. Учащиеся проходят весь путь становления генетики, поэтому постепенное усложнение материала воспринимается ими как закономерная необходимость. Отсутствие страха непонимания создает на всех уроках по генетике спокойную рабочую атмосферу. Работая над каждой теорией в историческом аспекте, ученики обычно сами формулируют основные ее положения. Это позволяет рассматривать вопросы молекулярной организации гена повышенного уровеня сложности. Учащиеся сами выходят на большинство из них, воспринимая эту информацию как необходимую для более полного понимания закономерностей наследственности и изменчивости. То есть кажущееся усложнение материала при данном подходе к изучению генетики является необходимым и оправданным, так как облегчает понимание и усвоение информации.

Таким образом, учащиеся превращаются в активных участников происходящих событий, а вряд ли найдется актер, не заинтересованный в успехе спектакля, в котором играет сам.

Центральная идея пьесы

Спектакль, участниками которого мы являемся, не только интересен по содержанию. Он заставляет задуматься над вопросами, далекими от генетики, имеющими отношение к реальной жизни каждого человека. Знакомство с биографиями крупных генетиков, с историей генетики позволяет поднять глубокие нравственные и философские проблемы: ученый, опередивший свое время; роль личности ученого в становлении научной концепции; наука в тоталитарном государстве. Перед глазами учащихся разворачивается картина становления генетики в нашей стране, вереницей проходят люди, стоявшие перед выбором между жизнью и верностью науке.

При изучении методов генной инженерии и клонирования становится очевидной связь биологических исследований с такими общечеловеческими категориями, как добро, зло, истина, благо.

Знакомясь с генетикой, учащиеся открывают основополагающие законы существования живой природы. Изучая структуру хромосом, химическую организацию гена, они постепенно проникаются мыслью об уникальности каждого живого существа, им становится понятна необходимость существования «этики благоговения перед жизнью».

Финал

Итак, наш спектакль подошел к концу. Мы вместе с детьми были его авторами и режиссерами. Очень хотелось бы верить, что основные идеи спектакля ребята поймут и будут считать своими. Пройдет несколько лет, и они не вспомнят формулировок законов Менделя, вряд ли решат задачу на полигибридное скрещивание, но с ними останется осознание места научных исследований в современном обществе. Исследований, ответственность за последствия которых несет только человек. Возможно, они никогда не узнают, что такое тоталитаризм, но понятие верности идее, а значит, верности себе не будет уже для них пустым звуком. Каждый из них выберет свой путь, свою систему взглядов. И может быть, в ней найдется место преклонению перед живым существом, перед его уникальностью и неповторимостью. А это уже очень много…

Наталия ФЕДОРКОВА, учитель биологии СШ №6, г. Вологды, финалист конкурса «Учитель года России-2003»