Современные молекулярно-генетические методы в школьном лабораторном практикуме

• A. V. Mishchenko

Summary. The article discusses the experience of practical trainings for the implementation of the school laboratory practice according to the new experimental methods of molecular biology.

Биология — одна из самых быстро развивающихся наук в нашем столетии; а отдельная её отрасль, молекулярная биология, является весьма перспективной и актуальной, поскольку она — ключ к познанию свойств одной из самых уникальных живых молекул — дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), хранящей и передающей наследственную информацию всех организмов [1, с. 505]. Ещё полвека назад учёные не знали, как устроена ДНК и каким образом передаётся наследственная информация от одной клетки к другой; сейчас же молекулярные биологи научились выделять гены, клонировать их, и даже вставлять отдельные фрагменты ДНК из генома одного организма в другой.

В настоящее время в школьные программы по биологии не включены лабораторно-практические занятия, связанные с изучением ДНК, являющейся основой для хранения и передачи наследственной информации всего живого. Занятия по данной тематике ограничиваются теорией, сложны для восприятия и плохо усваиваются школьниками [2, с. 74]. В связи с этим, на базе лаборатории молекулярной биологии Научно-исследовательского центра фундаментальных и прикладных проблем Биоэкологии и Биотехнологии ФГБОУ ВПО «УлГПУ им. И. Н. Ульянова» в 2014 г. запущена программа по внедрению в учебный процесс методов по изучению ДНК, в ходе реализации которой в лабораторию приглашались учащиеся школ и педагоги г. Ульяновска для апробации и оценки нового поколения учебных экспериментальных наборов по выделению ДНК из собственного организма, работы по генетической трансформации микроорганизмов, хроматографической очистке белков. Школьные учебные наборы по ДНК-анализу прошли первоначальную апробацию на базе Института биологии гена (РАН, Москва) в ходе лабораторных тренингов для учителей биологии в 2011–2013 гг., организуемых заведующим лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов К. В. Севериновым, и получили высокую оценку как педагогов, так и учеников. Лабораторные наборы безопасны, просты в использовании и позволяют наглядно продемонстрировать в ходе уроков биологии методики выделения, обнаружения и анализ свойств ДНК.

Занятия с приглашёнными школьниками проводились в форме тренингов под руководством автора данной статьи. Учащиеся делились на небольшие исследовательские группы (8–10 человек), при этом руководитель проекта с самого начала старался создать и поддерживать атмосферу научного эксперимента, чтобы актуализировать интерес и поддержать внимание детей. Обязательным условием посещения лаборатории была специальная одежда (халат, бахилы, перчатки) и инструктаж по технике безопасности. Всё это обеспечивало серьёзный настрой учащихся и направленность на конкретный результат научных исследований. После теоретического обсуждения, техники безопасности и правил пользования лабораторной посудой, ученики приступали к выполнению практической работы. Каждый этап работы учащиеся выполняли синхронно и под постоянным контролем руководителя. Работа по выделению собственной ДНК позволяет визуализировать информацию, получаемую учениками при рассмотрении весьма сложной для восприятия темы о строении нуклеиновых кислот, прививает навыки практической работы с биологическим материалом, делает уроки биологии более занимательными и интересными. Следует отметить и межпредметную связь, которая формируется на практическом занятии: чтобы выделить ДНК, необходимы биологические знания о её свойствах, нахождении в организме, а также знания из области химии и физики, поскольку при экстракции нуклеиновых кислот используются реагенты с определёнными свойствами.

После проведения тренинга учащиеся могли унести собственную выделенную ДНК в специальном герметичном кулончике, что позволило сохранить положительный настрой после проведения тренинга и желание вновь вернуться в лабораторию для дальнейших экспериментов. Результат своего практически первого в жизни серьёзного эксперимента, да ещё и по такой трудной для восприятия области, как молекулярная биология, учащиеся могли в дальнейшем продемонстрировать своим родителям, школьным товарищам и другим учителям, что также немаловажно для поддержания интереса к научному эксперименту по биологии в школе. Также, после завершении тренинга, педагогам и школьникам раздавались специальные анкеты, в которых предлагалось оценить по 10-баль-ной шкале: педагогическое мастерство руководите- ля проекта, интерес учащихся к лабораторному эксперименту, а также то, насколько понятно и занимательно им был преподнесён теоретический материал в данной области биологии, в доступной ли для восприятия форме объяснены этапы проведения работы по выделению ДНК. В опросный лист был включён пункт, где приглашённые могли высказать свои замечания и пожелания по дальнейшему развитию проекта по внедрению молекулярно-генетических методов на уроках биологии. Результаты анкетирования были впечатляющими: самый низший балл, поставленный по какому-либо пункту опроса, равнялся 8, а в 95,3 % анкет учащихся все выставленные баллы были максимальными (10).

Наиболее приоритетными направлениями современной биологии, имеющие прикладное инновационное значение, являются именно молекулярная биология, генная и клеточная инженерия, биотехнология, познание которых школьниками невозможно без глубоких теоретических представлений о строении и свойствах ДНК, а также овладения практически- ми методиками анализа ДНК и белковых продуктов и работы на соответствующем оборудовании. Разрабатываемые автором статьи новые методики постановки биологического эксперимента в школьном лабораторном практикуме позволят существенно поднять качество преподавания биологии в общеобразовательных учреждениях, привить интерес учащихся к естественнонаучным дисциплинам и помогут воспитать поколение школьников, опирающихся не только на теоретические знания, но и практические навыки, умеющие правильно поставить и проанализировать результаты эксперимента и использовать их в практической работе.