Программа кружка дополнительного образования "Лаборатория геномики"
рабочая программа (9 класс)

Муниципальное автономное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 8 с углубленным изучением отдельных предметов» города Когалыма

Ханты-Мансийский автономный округ – Югра,

Тюменская область

Рабочая программа дополнительного образования

кружка «ЛАБОРАТОРИЯ ГЕНОМИКИ»

4,5 часа в неделю; 153 часа за год.

Бударина Евгения Николаевна,

учитель биологии и химии

Когалым, 2021

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность. ХМАО не должен продолжать оставаться только нефтяным краем. Необходимо на базе школ создать условия для формирования будущего научного потенциала нашей страны в таких современных дисциплинах как геномика, биотехнология и геномное редактирование.

В 2021 – 2022 году на базе нашей школы планируется создать такой кружок для обучающихся 8 – 11 классов.

Курс предназначен для подготовки специалистов, которые смогут поступать в высшие учебные заведения на специальность «Биология», «Биохимия», «Биотехнология», «Химическая биотехнология» и другие, и затем продуктивно работать в качестве научных сотрудников в научных и диагностических лабораториях, медицинских центрах, а также инженеров на биотехнологическом производстве. Курс также будет полезен для подготовки школьников к участию в Олимпиаде НТИ по профилю «Геномное редактирование».

На сегодняшний день существенным фактором, препятствующим развитию инновационных отраслей в области биомедицины, биотехнологии, нанотехнологии является острый недостаток специалистов, способных квалифицированно подходить к организации проектной работы в промышленности и научно-исследовательской деятельности. Тематика курса позволяет получить теоретические знания, выходящие за рамки школьной программы, освоить современные методы, получить навык проектной деятельности, в том числе, работы в команде, и поэтому является чрезвычайно актуальной.

Основная цель кружка – вовлечение подростков в современные технологии генной инженерии и молекулярной генетики, освоение практических навыков по редактированию биологических систем.

Другой важной задачей курса является формирование у слушателей фундаментальных знаний, которые подкрепляются практическими навыками, что обеспечивает прочное освоение материала. Для этого изложение теоретических основ опирается на результаты, полученные на практических занятиях. В свою очередь, тематика практических занятий, основана на теоретическом курсе. Также курс направлен на формирование навыков проектной деятельности, освоению методик, применяемых в настоящее время на практике, на развитие способности самостоятельного поиска информации в научной литературе, работе с базами данных статей и патентов по тематике курса, основам биоинформатики.

Знания и навыки, полученные при изучении данного курса, помогут учащимся в дальнейшем обучении в высшей школе или организациях среднего профессионального образования. Знакомство с современными методами молекулярной биологии, биотехнологии, биомедицины увеличит мотивацию абитуриентов к поступлению на соответствующие отделения вузов. Для обучения специалистов, которые смогут стать квалифицированными специалистами, готовыми возглавлять и успешно развивать сложные реальные проекты, в дальнейшем требуется освоение вузовских программ бакалавриата и магистратуры.

Задачи программы:

Обучающие:

-        Познакомить воспитанников с историей и современными направлениями развития биологии и геномики.

-        Научить владеть различными видами технологий для работы с материалами, инструментами и приспособлениями, применяемыми в геномном редактировании;

-        Обучить технологиям проектной деятельности.

Воспитательные:

-        Приобщить учащихся к системе культурных ценностей и профессиональной этики учёного.

-        Способствовать развитию внутренней свободы ребенка, способности к объективной самооценке и самореализации поведения, чувства собственного достоинства, самоуважения.

-        Воспитывать уважительное отношение между членами коллектива в совместной деятельности.

Развивающие:

-        Развивать природные задатки, творческий потенциал каждого ребенка;

-        Развивать образное и пространственное мышление, память, воображение, внимание.

-        Развивать положительные эмоции и волевые качества.

-        Развивать моторику рук, глазомер.

-        Развивать волю, добиваться успешного достижения поставленных целей

Мотивационные:

-         Создавать комфортную обстановку на занятиях, а также атмосферу доброжелательности и сотрудничества.

-        Формирование общественной активности.

-        Реализация в коллективе и  социуме.        

Организация. Тематика кружка: генная инженерия, геномное редактирование.

          Возрастная категория – учащиеся 8 – 11 классов, мотивированные на углубление знаний и навыков по молекулярной биологии, генетике и геномике. Целесообразно разделить обучающихся на две группы – 8-9 класс и 10-11 классы в соответствии с возрастом.

Формат занятий: очный, 4,5 часа в неделю, возможна дистанционная форма для некоторых занятий.

Режим занятий: учебные занятия проводятся 2 раза в неделю по 2,25 академических часа с 10-минутным перерывом.

Формы занятий: групповые, индивидуальные и коллективные. Групповые формы применяются при выполнении творческих заданий. Индивидуальные формы работы применяются при работе с отдельными ребятами, обладающими низким или высоким уровнем мотивации. Коллективные формы используются при изучении теоретических сведений, оформлении ярмарок идей, представлении результатов проектной деятельности.

Нормативно-правовые основания разработки Программы. Дополнительная образовательная программа «Декоративно-прикладное творчество» составлена в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:

        Федеральный закон от 29.12.2012 № 273 «Об образовании в Российской Федерации» (далее – Федеральный закон №273-ФЗ);

        Приказ Минпросвещения России от 09.11.2018 № 196 «Об утверждении порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам»;

        Концепция развития дополнительного образования, утвержденная распоряжением правительства Российской Федерации детей от 04.09.2014 № 1726-р;

        Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей (Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.4.4.3172-14);

        Письмо Министерства образования и науки Российской Федерации от 18.11.2015 № 09-3242 «О направлении информации» (вместе с «Методическими рекомендациями по проектированию дополнительных общеразвивающих программ (включая разноуровневые программы)».

        Программа развития Муниципального автономного образовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №8 с углубленным изучением отдельных предметов» на 2017-2021 гг.

Программа курса. Курс состоит из 39 теоретических и 11 практических занятий. Продолжительность практического занятия 4 ученических часа. Продолжительность теоретического занятия – 2 астрономических часа. Программа курса рассчитана на 1 год обучения), может быть изменена  и дополнена в соответствии с материально-технически обеспечением организации (кружка), в котором планируется ее реализация.

Учебный план. 1, 2 . Урок НТИ. Знакомство с Олимпиадой НТИ. (80 минут).

        3,4,5,6. Практическая работа: правила работы с лабораторным оборудованием. (160 минут).

7 ,8. Сравнение методов селекции, генетики, генетической инженерии (80 минут).

        9,10. Строение и функции нуклеиновых кислот. ДНК (80 минут).

        11,12. Способы выделения ДНК. (80 минут).

       13,14.  Строение и функции нуклеиновых кислот. РНК (80 минут). 

       15,16,17,18. Практическая работа: выделение ДНК из клеток печени (160 минут).

19, 20. Оформление отчета по практической работе, решение задач НТИ (80 минут).

 21, 22, 23, 24. Практическая работа: выделение ДНК из клеток банана и клубники (160 минут).

         25, 26. Оформление отчета по практической работе, решение задач НТИ (80 минут).

         27, 28. История открытия структуры ДНК (80минут).

         29, 30.  Методы исследования нуклеиновых кислот (80 минут).

          31,32, 33, 34. Генетическая инженерия (160 минут).

          35, 36, 37, 38. Клонирование ДНК, эндонуклеазы рестрикции, плазмидная ДНК (160 минут).

          39, 40. Генетически модифицированные организмы (80 минут).

          41, 42. Трансформация бактерий (80 минут).

          43, 44, 45, 46. История полимеразной цепной реакции, классификация ПЦР, использование ПЦР в молекулярной биологии, диагностике (160 минут).

          47, 48, 49, 50. Практическая работа. Использование метода полимеразной цепной реакции в молекулярной диагностике. Выделение ДНК (160 минут).

          51, 52, 53, 54. Практическая работа. Использование метода полимеразной цепной реакции в молекулярной диагностике. Проведение полимеразной цепной реакции (160 минут).

          55, 56. Оформление отчета по практической работе, решение задач НТИ (80 минут).

     57, 58. Основные молекулярно-генетические процессы. Репликация ДНК (80 минут).

        59, 60.  Основные молекулярно-генетические процессы. Транскрипция (80 минут).

         61, 62. Основные молекулярно-генетические процессы. Трансляция (80 минут).

63, 64.  Генетический код и его свойства (80 минут).

    65, 66, 67, 68.  Выполнение творческого задания и решение задач НТИ (160 минут).

     69, 70, 71, 72. Структура генома: хромосомы, упаковка ДНК, регуляторные элементы (160 минут).

          73, 74, 75, 76. Структура гена: промоторы, терминаторы, сплайсинг; кодирующие и некодирующие участки генома (160 минут).

          77, 78, 79, 80. Строение и функции белков (160 минут).

          81, 82, 83, 84. Классификация белков, ферментов (160 минут).

          85, 86, 87, 88. Практическая работа: качественная реакция на щелочную фосфатазу, амилазу. Способы определения каталитической активности (160 минут).

          89, 90. Оформление отчета по практической работе, решение задач НТИ (80 минут).

           91, 92, 93, 94. Антитела. Строение, функции (160 минут).

          95, 96, 97, 98.  Генетические основы разнообразия антител (160 минут).

           99, 100, 101, 102. Решение задач олимпиады НТИ прошлых лет (160 минут)

 103, 104, 105, 106. Контрольная работа по решению задач НТИ (160 минут).

107, 108. Ярмарка идей по выбору тем проектов (80 минут).

109, 110. Определение целей и задач проектной исследовательской работы (80 минут).

111, 112. Определение формы работы – групповая или индивидуальная (80 минут).

113, 114, 115, 116. Составление плана работы и формулировка проблемы исследования (160  минут).

117, 118, 119, 120. Выбор методики и необходимых технологий (160 минут).

121, 122, 123, 124. Определение объекта и субъекта исследования (160 минут).

125, 126, 127, 128. Обсуждение технических требований к оформлению проектной работы (160 минут).

129, 130, 131, 132. Выбор и определение продукта деятельности (160 минут).

133, 134, 135, 136. Подбор необходимого оборудования и инструментария (160 минут).

137, 138, 139, 140. Практическое занятие по применению выбранной технологии (160 минут).

141, 142, 143, 144. Обсуждение и анализ результатов, экспертиза корректности применения технологий и методов геномики в проекте (160 минут).

145, 146, 147, 148. Оформление продукта проектного исследования (160 минут).

149, 150, 151, 152. Выставка проектов и определение победителей (160 минут).

153. Рефлексия результатов деятельности (40 минут).

При поступлении в лабораторию нового оборудования – секвенатора, ПЦР – систем, датчиков ИФА- количество практических занятий может быть увеличено. Добавлены практические работы по секвенированию отдельных последовательностей гена, иммуно – ферментному анализу, клонированию гена в плазмиду и получению клетки с рекомбинантной ДНК.

Планируемые образовательные результаты: 1) ознакомление с передовыми технологиями молекулярной генетики и геномики;

2) осуществление поиска специализированной информации;

3) организация исследовательской деятельности и планирование экспериментов;

4) проведение экспериментов по выделению ДНК, клонированию гена в плазмиду, секвенированию отдельных последовательностей генов, ПЦР участка гена;

5) формирование практических навыков по химическому анализу и использованию разных сочетаний реактивов;

6) анализ полученных в результате экспериментов данных;

7) организация взаимодействия с профессиональным сообществом биологов и химиков.

Рекомендуемая литература для обучающихся:

1. Нельсон Д. Кокс. М. Основы биохимии Ленинджера. М: Бином. Лаборатория знаний, 2014 – 640 с.

2. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки: Сборник задач: Пер. с англ. - М.: Мир, 1994.

3. Льюин Б. Гены. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011.

4. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. «Молекулярная биология клетки» Москва-Ижевск, 2013.

5. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. – Новосибирск, Сибирское университетское издательство, 2003.

6. Биомолекула – 12 методов молекулярной биологии.

7. Дымшиц, Г. М. 25 иллюстрированных лекций по молекулярной биологии: учебное пособие для студентов биологических и медицинских факультетов и университетов / Г.М. Дымшиц, О.В. Саблина. Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2017. - 177 с.