Quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống trong dạy học sinh học vi sinh vật (sinh học 10)

Quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống trong dạy học sinh học vi sinh vật (sinh học 10)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Thái Nguyên - 2010

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Sinh học Mã số : 60.14.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Thái Nguyên – 2010

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng tri ân sâu sắc tới thầy Nguyễn Như Ất, tuy đã 75 tuổi với 54 năm thâm niên nghề giáo dục, đạt học vị Tiến sĩ Giáo dục học từ 1973 của Viện Hàn lâm Khoa học sư phạm Liên xô (cũ) vẫn không quản tuổi cao sức yếu nhận hướng dẫn khoa học cho một học trò mới bắt đầu học làm nghiên cứu khoa học Thầy rất nghiêm khắc về mặt khoa học nhưng đã tận tâm dẫn dắt trò tiến dần từng bước trong quá trình nghiên cứu đề tài luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Thầy, Cô giảng viên khoa Sinh - KTNN và khoa Sau đại học trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong thời gian học tập khóa học và nghiên cứu hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu và các giáo viên trường THPT Lương Phú, trường THPT Phú Bình - huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực nghiệm đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

NGUYỄN THU TƯ

2.3 Những điểm cần lưu ý về mặt kiến thức phần sinh học vi sinh vật theo tiếp cận sinh học hệ thống

56 2.4 Phương hướng tổ chức dạy học phần Sinh học vi sinh vật thực hiện tiếp cận sinh thái và tiến hoá kết hợp tiếp cận sinh học hệ thống

61 Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm 83

3.2 Nội dung và phương pháp thực nghiệm 83

3.3 Kết quả thực nghiệm 86

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 96

Tài liệu tham khảo 98

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 2.1 Kiến thức sinh thái, tiến hoá cần khai thác trong các bài

phần Sinh học VSV (Sinh học 10 - chương trình chuẩn)

55 Bảng 2.2 Thành phần cấu trúc của tế bào và vi sinh vật 58

Bảng 2.3 So sánh tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực 59

Bảng 3.1 Các bài dạy thực nghiệm 83

Bảng 3.2 Tần suất điểm các bài kiểm tra trong TN 86

Bảng 3.3 Tần suất hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra trong TN 87

Bảng 3.4 Kiểm định X điểm các bài kiểm tra trong TN 89

Bảng 3.5 Phân tích phương sai điểm kiểm tra trong TN 90

Bảng 3.6 Tần suất điểm các bài kiểm tra sau TN 91

Bảng 3.7 Tần suất hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra sau TN 92

Bảng 3.8 Kiểm địnhX điểm kiểm tra sau TN 93

Bảng 3.9 Phân tích phương sai điểm kiểm tra sau TN 94

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang Hình 1.1 Sự thống nhất giữa hai phương pháp phân tích - cấu trúc và

tổng hợp - hệ thống 23

Hình 3.1 Biểu đồ tần suất điểm các bài kiểm tra trong TN 87 Hình 3.2 Đồ thị tần suất hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra trong TN 88 Hình 3.3 Biểu đồ tần suất điểm các bài kiểm tra sau TN 91 Hình 3.4 Đồ thị tần suất hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra sau TN 92

MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1 Xuất phát từ yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học

Trong thời đại khoa học và công nghệ tiến nhanh như vũ bão, nhân loại đang chuyển sang nền kinh tế tri thức với xu thế toàn cầu hóa sâu sắc và cạnh tranh quốc tế khốc liệt thì việc tạo nguồn lực con người thích ứng với điều kiện thế giới đổi thay phức tạp là điều kiện tiên quyết để tồn tại và phát triển của mỗi quốc gia Trong bối cảnh đó, mọi quốc gia đều coi công tác giáo dục và đào tạo là lĩnh vực ưu tiên hàng đầu Ngày nay, với triết lý “giáo dục suốt đời” và “giáo dục cho cho mọi người” theo xu thế toàn cầu hóa thì hệ thống giáo dục phổ thông cần được hiện đại hóa về nội dung và thường xuyên đổi mới về phương pháp dạy học

Báo cáo chính trị của Đại hội Đảng Cộng sản Việt Nam lần thứ IX, tháng 4 năm 2001 đã xác định: “Phát triển giáo dục và đào tạo là một trong những động lực quan trọng thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, là điều kiện để phát huy nguồn lực con người - yếu tố cơ bản để phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững Tiếp tục nâng cao giáo dục toàn diện, đổi mới nội dung phương pháp dạy và học Phát huy tinh thần độc lập suy nghĩ và sáng tạo của học sinh và sinh viên, để nâng cao năng lực tự học, tự hoàn thiện học vấn và tay nghề” [7] Định hướng đó đặt ra cho nhà trường phổ thông nhiệm vụ quan trọng là phải tích cực nghiên cứu đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng dạy học

Điều 24 Luật Giáo dục 2005 đã nêu rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm từng lớp học, môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, tự rèn

luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” [19]

2 Xuất phát từ quan điểm xây dựng và phát triển chương trình môn Sinh học phổ thông

CTSHPT 2006 đã nêu rõ các quan điểm xây dựng và phát triển chương trình: chương trình phải thể hiện được những tri thức cơ bản, hiện đại trong các lĩnh vực sinh học, ở các cấp độ tổ chức sống, đồng thời phải lựa chọn những vấn đề thiết yếu trong Sinh học có giá trị thiết thực cho bản thân học sinh và cộng đồng, ứng dụng vào đời sống, sản xuất, bảo vệ sức khoẻ, bảo vệ môi trường, Chương trình cần quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa [3, tr 7] Các kiến thức sinh học trong chương trình THPT được trình bày theo các cấp tổ chức sống từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn: tế bào cơ thể quần thể - loài quần xã hệ sinh thái - sinh quyển [3, tr 8] Điều đó nghĩa là đã thể hiện tiếp cận SHHT

3 Xuất phát từ yêu cầu cấp bách về giáo dục môi trường

Hiện nay con người đang phải chịu những hậu quả do việc ô nhiễm MT và hiện tượng biến đổi khí hậu Vì vậy cần phải giáo dục bảo vệ MT cho mọi người, đặc biệt là cho thế hệ trẻ Do tầm quan trọng cực kỳ lớn lao của nhiệm vụ giáo dục này, hiện nay các quốc gia đã nâng quan niệm từ giáo dục thái độ ứng xử lên mức “đạo đức” ứng xử có văn hóa với MT sống Trong nhà trường phổ thông thì môn học SH là nguồn cung cấp tri thức khoa học quan trọng nhất và chủ yếu cho HS để có cơ sở nhận thức văn hóa, để giáo dục về đạo đức ứng xử với MT sống Vì vậy, quán triệt quan điểm sinh thái trở thành một trong những quan điểm chỉ đạo dạy học chương trình SH phổ thông hiện hành

4 Xuất phát từ thực trạng dạy học bộ môn Sinh học nhìn từ góc độ quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá, vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống

Qua trao đổi ý kiến và dự giờ một số GV ở một số trường, tôi nhận thấy rằng rất nhiều GV còn lúng túng trước yêu cầu “quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá” trong dạy học SH nói chung và trong dạy học SH VSV nói riêng Nhiều GV còn chưa hiểu yêu cầu đó như thế nào, vì vậy việc quán triệt quan điểm này là vô cùng khó Nguyên nhân của tình trạng này một phần do GV ít để ý, một phần là do GV chưa có tài liệu hướng dẫn việc thực hiện yêu cầu này Về việc vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH nói chung và dạy học SH VSV nói riêng cũng còn nhiều hạn chế Có những GV còn chưa hiểu thế nào là quan điểm hệ thống, tiếp cận SHHT nên việc vận dụng tiếp cận này còn ít được quan tâm Những bất cập đó đã phần nào hạn chế chất lượng dạy học SH

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Quán

triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống trong dạy học Sinh học Vi sinh vật (Sinh học 10)”

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu để tìm nguyên tắc chung và phương pháp thực hiện việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa cũng như vận dung tiếp cận SHHT vào quá trình dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy học SH VSV (SH 10)

III NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của các quan điểm sinh thái và tiến hóa, tiếp cận hệ thống và SHHT làm cơ sở cho việc vận dụng vào dạy học

- Nghiên cứu chương trình SH 10, nghiên cứu các các phương pháp dạy học SH tìm ra các biện pháp dạy học cụ thể để thực hiện việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận SHHT trong phần SH VSV (SH 10)

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng giả thuyết khoa học đã đưa ra

IV ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu: các giải pháp thực hiện việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá kết hợp vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học phần SH VSV (SH 10)

- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học SH

V GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Trên cơ sở nắm vững quan điểm xây dựng chương trình và SGK SH, nếu người GV tiếp tục phát triển chương trình trong quá trình dạy học nhằm quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá và theo tiếp cận SHHT thì sẽ có tác dụng nâng cao chất lượng học tập của HS đối với phần SH VSV (SH 10)

VI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: nghiên cứu các tài liệu, văn bản liên quan đến đề tài làm cơ sở để xác định các nguyên tắc và biện pháp thực hiện quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH VSV (SH 10)

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: dự giờ, trao đổi với giáo viên, thu thập các thông tin liên quan đến nội dung nghiên cứu trong thực tiễn

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: thực nghiệm sư phạm ở trường phổ thông nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài

- Phương pháp thống kê toán học: các số liệu trong thực nghiệm sư phạm được xử lý thống kê bằng phần mềm Microsoft Excel, xác định các tham số

đặc trưng mang tính khách quan

VII NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN

- Góp phần làm rõ cơ sở khoa học của việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá, vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH

- Đề xuất giải pháp thực hiện việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá kết hợp vận dụng tiếp cận hệ thống trong dạy học phần SH VSV (SH 10)

VIII CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương:

- Chương I Cơ sở khoa học, sư phạm và thực tiễn của việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống trong dạy học Sinh học vi sinh vật (Sinh học 10)

- Chương II Quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống trong dạy học Sinh học vi sinh vật (Sinh học 10)

- Chương III Thực nghiệm sư phạm

Chương I

CƠ SỞ KHOA HỌC, SƯ PHẠM VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA KẾT HỢP

VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC HỆ THỐNG

TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10) 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Trên thế giới

K.Marx và S.Darwin là những người có công lao to lớn và thành công trong việc vận dụng phương pháp tiếp cận hệ thống vào nghiên cứu các đối tượng phức tạp về xã hội và tự nhiên Tập “Tư bản” của K.Marx được coi là mẫu mực kinh điển nghiên cứu hệ thống xã hội tư bản như là một chỉnh thể và các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội, thể hiện trong đó các nguyên lý nghiên cứu sự toàn vẹn hữu cơ (bắt nguồn từ trừu tượng đến cụ thể, sự thống nhất của phân tích và tổng hợp, làm sáng tỏ những mối liên hệ đa dạng và sự tương tác giữa chúng, sự tổng hợp những hiểu biết cấu trúc - chức phận ) S.Darwin không chỉ là người đã sử dụng phương pháp tiếp cận phát triển lịch sử nghiên cứu giới tự nhiên mà còn là người đầu tiên đưa ra quan niệm về sự tồn tại và biến đổi của “loài sinh học” - vừa là đơn vị tiến hóa SH, vừa là một cấp độ tồn tại độc lập của hệ thống sinh giới Điều đó có nghĩa là chính Đacuyn đã sử dụng tiếp cận hệ thống trong nghiên cứu khoa học, tạo tiến đề cho sự hình thành lý thuyết hệ thống như một khoa học mà về sau người có công đầu là nhà SH Mỹ Ludwig von Bertalanffy

Lý thuyết hệ thống được đề xướng năm 1940 bởi Ludwig von Bertalanffy và bắt nguồn từ Ross Ashby Ngay từ buổi đầu hình thành lý thuyết tổng quát về hệ thống, bằng trực cảm và bằng thực nghiệm, các nhà sáng lập như Bertalanffy, Ashby đã đưa ra một hệ thống các quan niệm và các vấn đề cơ bản như tính toàn thể, tính trội, tính mở của các hệ thống; hành vi hướng đích và cơ chế phản hồi, tính nội cân bằng, tính tổ chức và tính nội tổ chức của các hệ thống [18] Với “Lý thuyết những hệ thống chung - General Systems Theory” (1968), Ludwig von Bertalanffy được xem là người đi đầu trong việc vận dụng tiếp cận hệ thống, đã đưa ra quan niệm về các cấp hệ thống mang tính thứ bậc của sinh giới, về sau được các nhà SH và triết học

trên thế giới phát triển hoàn thiện thành lý thuyết về các cấp tổ chức sống Và trong SH hiện đại, người ta vận dụng đồng thời hai tiếp cận nghiên cứu là phương pháp phát triển lịch sử và phương pháp CT - HT để nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình sống, từ đó phát hiện ra các quy luật của sự sống Một trong những mô phỏng đầu tiên trong SH được xuất bản năm 1952 bởi các nhà bệnh học thần kinh của Anh và là những người đoạt giải Nobel là Alan Lloyd Hodgkin và Andrew Fielding Huxley, người đã xây dựng nên mô hình tính toán để giải thích việc lan truyền dọc theo trục thần kinh của một TB thần kinh [31] Vào những năm 2000, nhân loại chứng kiến sự xuất hiện trước tiên tại Mỹ và Nhật một ngành SH non trẻ là SHHT

Ngày nay, người ta sử dụng các khái niệm có nội hàm gần nhau là “tiếp cận cấu trúc - hệ thống sinh học”, “tiếp cận các cấp độ sự sống hay “tiếp cận sinh học hệ thống”

Tiếp cận CT-HT SH sau khi chính thức ra đời và trở thành phương pháp nghiên cứu SH thì từ những năm 60 thế kỷ trước đã được các nhà sư phạm tìm cách vận dụng, phối hợp với quan điểm tiến hóa sinh giới đã trở thành quan điểm chỉ đạo để xây dựng nội dung và logic của chương trình SH phổ thông Cụ thể như: “Cải cách bộ môn Sinh học trong trường sư phạm” (Ph L‟ Héritier và G Rizet Pa- ri, Báo cáo OCDE, tr.77, 1963); “Những tư tưởng xây dựng bộ môn Sinh học trong trường trung học” (P Duvignau Pa - ri OCDE, 1963); “Vấn đề liên quan giữa sự tổ chức và tiến hoá của các hệ thống sống” (K M Khai-lôp, Tạp chí “Những vấn đề triết học”, số 4, 1966); “Quan điểm hệ thống - cấu trúc vận dụng vào giảng dạy Sinh học” (W Voigt Béc-lin, Sinh học trong nhà trường, số 3, 1969); “Thuyết cấu trúc và vị trí của nó trong phương pháp luận hệ thống” (A.A Ma-li-rôp-xki - trong quyển “Những vấn đề nghiên cứu hệ thống”, Nxb “Khoa học”, Mat-xcơ-va, 1970); “Phương pháp luận hệ thống và ý nghĩa của nó trong sinh học” (P I Cu-pa-lô, Sinh

học trong nhà trường, số 2, 1971); “Mối tương quan giữa hai phương pháp luận lịch sử và cấu trúc - hệ thống nhằm nghiên cứu bản chất và các mức độ tổ chức của sự sống” (V.A Alếc-xây-ép, trong cuốn “Phát triển những khái niệm mức độ cấu trúc”, Nxb “Khoa học”, Mat-xcơ-va, 1972) [1]

Chương trình, SGK SH của nhiều nước trên thế giới được xây dựng trên quan điểm sinh thái và tiến hoá, theo các CĐTCS Ví dụ, bộ sách Biological Sciences Curriculum Study (gọi tắt là BSCS) của tổ chức “Nghiên cứu chương trình sinh học” của Mỹ được tiến hành từ năm 1958 và dạy thí điểm từ năm học 1960 – 1961 được biên soạn theo cách tiếp cận CĐTCS và theo quan điểm sinh thái Từ những năm 1974 - 2005 Liên Bang Nga đã cải cách chương trình SH phổ thông tiến bộ xa hơn so với chương trình SH thời giáo dục Xô viết, coi quan điểm sinh thái - tiến hóa và tiếp cận các cấp tổ chức sống là quan điểm chỉ đạo chương trình và SGK SH Chương trình và SGK môn SH ở trường THPT Australia (1999 - 2004) được biên soạn theo quan điểm sinh thái [2]

1.1.2 Ở Việt Nam

Năm 1973, trong luận án Phó tiến sĩ khoa học sư phạm “Những vấn đề cải cách giáo trình Sinh học đại cương trường phổ thông nước Việt Nam dân chủ Cộng hoà”, tác giả Nguyễn Như Ất đã cho rằng sự vận dụng đồng thời hai tư tưởng lớn là tư tưởng tiến hoá và tư tưởng cấu trúc - hệ thống sẽ cho phép thể hiện trong nội dung dạy học SH phổ thông những vấn đề trọng tâm của SH hiện đại - đó là sự tiến hoá của các mức độ tổ chức vật chất sống Tác giả cho rằng: “chỉ trên cơ sở cơ sở vận dụng đồng thời hai tư tưởng đó mới có thể mở ra trước mắt học sinh những mối quan hệ phức tạp và khăng khít của sinh quyển trong quá trình phát triển lịch sử, mối quan hệ giữa con người và sinh quyển Đó là cơ sở để giáo dục cho học sinh thái độ của con người có văn hoá đối với tự nhiên, vũ trang cho họ những tri thức khoa học đúng đắn về những

quy luật tiến hoá của những mối cân bằng trong tự nhiên” Tác giả luận án đã đề xuất cấu trúc chung của giáo trình SH phổ thông nước Việt Nam dân chủ Cộng hoà gồm các chương tương ứng với các nội dung cơ bản là: tế bào - đơn vị cấu trúc và chức phận của sự sống; những quy luật cơ bản của hệ thống cơ thể đa bào; những quy luật cơ bản của các hệ thống lớn (quần thể - loài, hệ sinh thái, sinh quyển); sự tiến hoá của sinh giới; con người và tự nhiên (SH ứng dụng) [1]

Chương trình SH phổ thông đổi mới của nước ta được thực nghiệm từ năm học 2000 - 2001, áp dụng đại trà từ năm học 2001 – 2002 (ở cấp THCS) và từ năm học 2006 - 2007 (ở cấp THPT) là một tiến bộ rất quan trọng trong nền giáo dục nước nhà Chương trình đã được xây dựng trên quan điểm sinh thái và tiến hoá, các kiến thức SH được trình bày theo các CĐTCS từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn [2]

Một hướng nghiên cứu tiếp theo là căn cứ vào chương trình, SGK đã được xây dựng theo các tiếp cận nêu trên nghiên cứu tìm ra những giải pháp để thể hiện các tiếp cận trên vào thực tiễn dạy học môn học

Năm 1999, trong luận án tiến sĩ khoa học giáo dục “Giáo dục môi trường qua dạy học Sinh thái học lớp 11 phổ thông trung học”, tác giả Dương Tiến Sỹ đã vận dụng tiếp cận CT-HT vào việc phân tích nội dung, xây dựng các nguyên tắc tích hợp giáo dục MT qua dạy học Sinh thái học ở toàn chương trình và từng bài học, từng khái nhiệm cụ thể theo hướng phát huy tính tích cực của HS, từ đó cho phép tích hợp hữu cơ giữa dạy học Sinh thái học với giáo dục MT [20]

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục của tác giả Nguyễn Phúc Chỉnh (2004) “Nâng cao hiệu quả dạy học Giải phẫu sinh lý và vệ sinh người ở THCS bằng áp dụng phương pháp Grap” tuy cũng sử dụng phương pháp tiếp cận hệ thống vào dạy học SH nhưng theo một khía cạnh khác Ở đây, phương pháp hệ

thống trở thành phương pháp luận để chuyển hoá Grap toán học thành Grap dạy học SH Căn cứ vào đặc thù của phương pháp tiếp cận CT-HT là hướng nghiên cứu vào việc khám phá tính chỉnh thể đó Vận dụng tiếp cận CT-HT để phân tích đối tượng thành các yếu tố cấu trúc, xác định các đỉnh của Grap trong một hệ thống mang tính logic khoa học, qua đó thiết lập các mối quan hệ của các yếu tố cấu trúc trong một chỉnh thể [4]

Tác giả Dương Tiến Sỹ trong bài viết “Quán triệt tư tưởng cấu trúc - hệ thống và tư tưởng tiến hoá sinh giới trong dạy học sinh học ở trường phổ thông” (2006) đã cho rằng việc quán triệt đầy đủ và vận dụng đồng thời hai tư tưởng CT-HT và tư tưởng tiến hoá sinh giới trong quá trình dạy học SH cho phép dễ dàng phân tích nội dung SH về các CĐTCS, khắc phục được sự tách rời giữa cấu trúc và chức năng, giữa cấu trúc - chức năng với MT Từ đó giúp cho việc xác định các phương pháp, phương tiện dạy học theo hướng tích cực hoá hoạt động của HS Khi tổ chức cho HS nghiên cứu mỗi CĐTCS dù đơn giản hay phức tạp đều phải tuân thủ theo các nguyên tắc chính là nguyên tắc tổ chức, nguyên tắc hệ thống, nguyên tắc hoạt động Quá trình dạy học SH về các CĐTCS theo tư CT-HT và tư tưởng tiến hoá được tiến hành theo hướng tổng - phân - hợp [21]

Trong luận án Tiến sĩ giáo dục học “Vận dụng tiếp cận hệ thống trong dạy học sinh học cơ thể lớp 11 THPT phân ban” (2009) của tác giả Nguyễn Thị Nghĩa đã vận dụng tiếp cận hệ thống định hướng tổ chức hoạt động nhận thức của HS bằng gia công trí tuệ tài liệu SH chuyên khoa TV, ĐV theo logic tổng - phân - hợp để cuối cùng khái quát hoá, trừu tượng hoá, hình thành các khái niệm đại cương về SH cấp độ cơ thể Tác giả luận án cũng đã xây dựng được ba con đường logic tổ chức dạy học SH cơ thể phù hợp với cách biên soạn nội dung từng chương của SGK, năng lực của GV và trình độ của HS, giúp HS

đối chiếu, so sánh tìm các dấu hiệu tương đồng về bản chất SH, hình thành các khái niệm SH đại cương cấp độ cơ thể [18]

Luận án tiến sĩ giáo dục học “Hình thành và phát triển các khái niệm về cấp độ tổ chức sống trên cơ thể trong dạy học sinh học ở trường THPT” (2009) của tác giả Đặng Thị Dạ Thuỷ đã quán triệt logic vận dụng tiếp cận CT-HT để phân tích logic của các khái niệm về các CĐTCS trên cơ thể (quần thể, quần xã, sinh quyển) Đồng thời tác giả luận án đã xác định được biện pháp logic trên cơ sở vận dụng tiếp cận CT-HT là công cụ để định hướng tổ chức các hoạt động học tập của HS thông qua câu hỏi, bài tập để hình thành và phát triển có hiệu quả các khái niệm về CĐTCS trên cơ thể [26]

Như vậy, các công trình trên mới khai thác theo cách phân tích từng quan điểm chỉ đạo trong CTSHPT 2006 như quan điểm sinh thái, quan điểm các cấp tổ chức sống để nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn dạy học Chưa có công trình nào tại Việt Nam nghiên cứu một cách tổng hợp, vận dụng đồng thời các quan điểm mà CTSHPT 2006 đã nêu ra là quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận SHHT vào trong thực tiễn dạy học SH Đề tài nghiên cứu của chúng tôi mạnh dạn đi theo hướng mới này, tuy nhiên chỉ vận dụng vào một phần nội dung cụ thể là phần SH VSV (SH 10, chương trình chuẩn)

1.2 Cơ sở khoa học

1.2.1 Quan điểm sinh thái

Thuật ngữ “sinh thái” được Ernst Haeckel, nhà bác học người Đức đề xướng năm 1866 chỉ mối quan hệ tương hỗ giữa SV với MT

Sinh thái học là khoa học nghiên cứu về quan hệ tương hỗ giữa SV với SV và SV với MT Đối tượng nghiên cứu của Sinh thái học là mối quan hệ tương hỗ giữa SV với SV và SV với MT ở mọi cấp độ tổ chức sống từ cá thể, quần thể, loài, quần xã - hệ sinh thái, sinh quyển Vì vậy, Sinh thái học là cơ sở khoa học cho việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và MT

Người ta phân chia Sinh thái học thành sinh thái học đại cương và sinh thái học chuyên biệt Sinh thái học đại cương nghiên cứu những nguyên tắc cơ bản về tổ chức và chức năng của các hệ thống trên cơ thể Sinh thái học đại cương được phân thành các phân môn là sinh thái học cá thể, sinh thái học quần thể, sinh thái học quần xã Sinh thái học chuyên biệt chỉ giới hạn nghiên cứu những đối tượng cụ thể như: Sinh thái học thực vật, Sinh thái học động vật, Sinh thái học vi khuẩn, Sinh thái học côn trùng Về mặt ứng dụng còn có Sinh thái học nông nghiệp nghiên cứu đối tượng vật nuôi, cây trồng

Sinh thái học có ý nghĩa trong nhiều lĩnh vực Trong lĩnh vực bảo vệ sức khoẻ, vấn đề sinh thái trọng tâm là nghiên cứu phát hiện các ổ dịch bệnh đối với con người và vật nuôi; tìm phương pháp vệ sinh phòng trừ dịch bệnh Trong lĩnh vực này, vấn đề sinh thái cốt lõi và đặc biệt phức tạp là đấu tranh chống ô nhiễm MT bởi chất thải từ các hoạt động của con người Trong lĩnh vực bảo vệ tính đa dạng SH, vấn đề cấp thiết hiện nay là bảo tồn quỹ gen Do đó, phải thiết lập các vườn quốc gia, các khu bảo vệ và khôi phục các loài quý hiếm Đó là hình mẫu của tự nhiên và là những phòng thí nghiệm sinh thái học ngoài trời Trong lĩnh vực bảo vệ MT, sinh thái học là cơ sở cho công tác nghiên cứu các biện pháp ngăn ngừa ô nhiễm MT Cần phải nghiên cứu các nguyên lý sinh thái đảm bảo thiết lập mối quan hệ giữa con người và thiên nhiên theo hướng bảo tồn tính đa dạng SH và phát triển MT bền vững

Mỗi cơ thể SV trong quá trình tồn tại và phát triển luôn luôn chịu tác động tổng hợp của cả phức hệ nhân tố sinh thái và theo những quy luật sinh thái cơ bản:

Quy luật giới hạn sinh thái: mỗi loài SV có một giới hạn đặc trưng về mỗi nhân tố sinh thái Ngoài giới hạn sinh thái thì SV không thể tồn tại được

Quy luật tác động không đồng đều của nhân tố sinh thái: mỗi nhân tố sinh thái tác động không giống nhau lên cùng một chức phận sống ở các giai đoạn phát triển khác nhau Đối với các CĐTCS cao hơn mức cá thể, trong quá trình

tồn tại và phát triển luôn có sự biến đổi theo quy luật phát triển và tiến hoá qua các giai đoạn khác nhau

Quy luật tác động qua lại giữa SV và MT: MT thường xuyên tác động lên cơ thể SV làm chúng không ngừng biến đổi, ngược lại SV cũng tác động trở lại MT là cải biến MT

Quy luật hình tháp sinh thái: SV mắt lưới nào càng xa vị trí của SV sản xuất thì có sinh khối trung bình càng nhỏ

Quy luật lượng tối thiểu: khi MT đã được đảm bảo đủ tất cả các nhân tố cần thiết cho sự sinh trưởng của SV, nhưng nếu chỉ thiếu một nhân tố, mà nếu nhân tố đó đảm bảo cho sự sinh trưởng của SV thì dù chỉ thiếu với một lượng tối thiểu cũng sẽ hạn chế sự phát triển của loài SV đó

Con người là một thành phần sống trong hệ sinh thái cũng như tất cả những loài khác, bị các quy luật tự nhiên chi phối nhưng lại vừa là chủ thể điều khiển tự nhiên Muốn tồn tại bền vững, con người phải ý thức được mình là một bộ phận của thiên nhiên, phục tùng các quy luật tự nhiên chứ không đơn thuần một chiều là chỉ biết khai thác, cải tạo biến đổi nó phục cho nhu cầu của mình bất chấp cả sự cân bằng tự nhiên Tri thức bảo vệ MT thực chất là sự hiểu biết giá trị của các quy luật sinh thái thể hiện trong các nguyên lí cân bằng tự nhiên để vừa khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên, vừa phải có trách nhiệm duy trì và phát triển MT bền vững

Để bảo vệ MT, trước hết con người cần nắm vững các quy luật tồn tại, phát triển của tự nhiên để hình thành văn hoá ứng xử đối với tự nhiên [22], [24]

Trong CTSHPT 2006, quan điểm sinh thái được hiểu theo nghĩa “Các đối tượng tìm hiểu được đặt trong mối quan hệ mật thiết giữa cấu tạo và chức năng, giữa cơ thể với MT”

1.2.2 Quan điểm tiến hóa

Thuật ngữ “tiến hoá” ngày nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học Người ta nói tới sự tiến hoá của các nguyên tử, các phân tử, sự tiến

hoá của trái đất, của xã hội với nghĩa chung là sự biến đổi có kế thừa trong thời gian dẫn tới sự hoàn thiện trạng thái ban đầu và sự nảy sinh cái mới

Sự tiến hoá SH (tiến hoá hữu cơ) dựa trên quá trình tự nhân đôi, tự đổi mới của các đại phân tử hữu cơ, sự sinh sản của các cơ thể sống, sự biến đổi thành phần kiểu gen của quần thể dẫn tới sự biến đổi của các loài SV Quá trình này chứa đựng khả năng cải biến vô hạn của các hệ sống, từ cấp độ phân tử - tế bào đến cấp độ sinh quyển Dấu hiệu nổi bật nhất của sự tiến hoá SH là sự thích nghi của các hệ sống đang phát triển với các điều kiện tồn tại của chúng Tư tưởng thừa nhận sự biến đổi, phát triển của giới hữu cơ đã có mầm mống từ lâu nhưng mãi đến nửa đầu thế kỷ XIX với đóng góp to lớn của J.B.Lamac và S.R Đacuyn, học thuyết tiến hoá mới ra đời

J.B.Lamac (1809) là người đầu tiên nêu ra một học thuyết tương đối có hệ thống về sự phát triển liên tục của giới hữu cơ có tính quy luật theo hướng hoàn thiện dần về tổ chức - từ giản đơn đến phức tạp Tuy nhiên, cách giải thích cơ chế tiến hoá bằng sử dụng hay không sử dụng các cơ quan và do tác động trực tiếp của điều kịên MT là không phù hợp với thực tế và không được mọi người chấp nhận

Người đặt nền móng vững chắc cho học thuyết tiến hoá là S.R Đacuyn (1959) Căn cứ vào những bằng chứng trong thiên nhiên và trong thực tiễn chọn giống, tổng hợp các thành tựu SH đương thời, Đacuyn đã chứng minh rằng toàn bộ sinh giới ngày nay là kết quả của quá trình lịch sử lâu dài theo những quy luật SH, loài mới được xuất hiện từ loài cũ thông qua đấu tranh sinh tồn và chọn lọc tự nhiên Có những loài mới xuất hiện, đồng thời có loài cũ bị diệt vong Kết quả tiến hóa các loài trong tự nhiên làm cho số lượng loài ngày càng đa dạng, có nhiều loài khác nhau có nguồn gốc chung, đặc tính thích nghi của các loài ngày càng hoàn thiện qua quá trình tiến hóa Sự ra đời của học thuyết tiến hoá của Đacuyn là bước ngoặt lớn, là cái mốc tạo nên cuộc cách mạng trong khoa học tự nhiên và trong triết học, văn hoá ở cuối thế

kỷ XIX và nửa đầu thế kỷ XX Học thuyết tiến hoá ra đời không chỉ gây ảnh hưởng đến sự phát triển của các chuyên ngành SH mà còn là mối liên hệ gắn kết các ngành SH riêng lẻ thành một khối thống nhất biện chứng Trong SH đã xuất hiện một tư duy chung là tư duy „tiến hoá”

Trong các thập niên 30 đến 50 của thế kỷ XX đã hình thành thuyết tiến hoá tổng hợp là thuyết tiến hoá hiện đại Đây là sự tổng hợp các thành tựu lí thuyết trong nhiều lĩnh vực SH như phân loại học, cổ SV học, sinh thái học, học thuyết về sinh quyển, đặc biệt là di truyền học quần thể Thuyết tiến hoá tổng hợp đã làm sáng tỏ cơ chế tiến hoá Ngày nay, người ta phân biệt quá trình tiến hóa nhỏ (microevolution) với quá trình tiến hóa lớn (macroevolution) Tiến hóa nhỏ là sự biến đổi cấu trúc di truyền của quần thể, bao gồm sự phát sinh đột biến, sự phát tán đột biến qua giao phối, sự chọn lọc các đột biến có lợi, sự cách li sinh sản giữa quần thể đã biến đổi với quần thể gốc, kết quả là sự hình thành loài mới Tiến hóa lớn là sự hình thành các nhóm phân loại trên loài như chi, họ, bộ, lớp, ngành Quá trình tiến hoá SH bao gồm tiến hoá nhỏ và tiến hoá lớn được chi phối bởi các quy luật SH Thích nghi là một dấu hiệu cơ bản của tiến hoá SH Hướng tiến hoá chung của toàn bộ giới hữu cơ là phân hoá ngày càng đa dạng, tổ chức ngày càng cao, thích nghi ngày càng hoàn thiện [14], [25]

Theo từ điển Bách khoa Việt Nam, “Hệ thống là một tập hợp những yếu tố, bộ phận có mối liên hệ qua lại với nhau, tác động lẫn nhau và tạo thành một chỉnh thể nhất định”[28]

1.2.3.2 Khái niệm hệ thống sống

Thế giới sống vô cùng đa dạng, SH xem tế bào, cơ thể, quần thể, quần xã, hệ sinh thái, sinh quyển là những hệ thống sống ở các cấp độ khác nhau Hệ thống sống khác với hệ thống vô sinh ở những đặc điểm chủ yếu là có tính tổ chức cao, trao đổi chất, sinh trưởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng

Hệ thống sống là hệ mở, tự điều chỉnh, cân bằng động bảo đảm thích ứng với MT và hệ liên tục tiến hoá

Hệ thống sống là hệ mở, có tính tổ chức cao, đặc tính này của hệ sống vừa là đặc điểm phân biệt với hệ vô cơ nhưng đồng thời cũng là cơ sở để hiểu được các đặc tính khác của hệ sống như chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng

Hệ thống sống gồm nhiều yếu tố thành phần cấu tạo nên, khi một yếu tố thành phần bị tổn thương thì có thể dẫn đến hệ thống bị phá huỷ

Hệ thống sống có khả năng tự điều chỉnh, duy trì sự cân bằng Nếu mất cân bằng nội môi sẽ dẫn đến rối loạn hoạt động của các thành phần cấu trúc bên trong, làm cho hệ tổn thương, thậm chí bị huỷ diệt Trong hệ thống sống, entropi có xu hướng giảm, độ trật tự của hệ được tăng cao, lượng thông tin của hệ ngày càng tăng, vì vậy mà hệ sống tồn tại và phát triển Tuy nhiên, sự tự điều chỉnh của các hệ sống có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổi vượt quá giới hạn các hệ sống sẽ mất khả năng tự điều chỉnh

Hệ thống sống có tổ chức phức tạp gồm nhiều cấp độ lệ thuộc nhau và tương quan với MT Người ta chia hệ sống thành các cấp tổ chức cơ bản từ thấp đến cao là: tế bào cơ thể quần thể - loài quần xã hệ sinh thái - sinh quyển Trong mỗi cấp tổ chức chính còn có các cấp phụ Các tổ chức sống tồn tại và phát triển theo nguyên tắc thứ bậc lệ thuộc Tổ chức sống

dưới là đơn vị cấu trúc cơ sở để xây dựng tổ chức sống cấp trên, sự ổn định của tổ chức sống cấp trên là điều kiện tồn tại của tổ chức sống cấp dưới Mỗi cấp tổ chức sống có cấu tạo và chức năng sống nhất định nhưng chịu sự lệ thuộc vào các cấp tổ chức cao hơn và cấp thấp hơn, cùng phối hợp hoạt động thống nhất theo một cơ chế điều hoà chung Tổ chức sống cao hơn không chỉ có những đặc điểm nổi trội mà tổ chức sống thấp hơn không có mà còn thừa hưởng các đặc điểm của các tổ chức sống ở cấp thấp hơn Những đặc tính nổi trội ở mỗi cấp tổ chức sống được hình thành do sự tương tác giữa các bộ phận cấu thành Vì vậy khi nghiên cứu một cấp tổ chức sống nào đó phải xem xét trong mối quan hệ tương tác giữa các cấp với nhau và với MT Trong mỗi CĐTCS đều thể hiện mối liên quan mật thiết giữa cấu trúc và chức năng và với MT sống Quan hệ giữa cấu trúc và chức năng được hình thành dưới tác dụng của chọn lọc tự nhiên làm cho mỗi tổ chức sống thực hiện các chức năng chuyên biệt trong một MT nhất định Chính sự tổ chức của các thành phần cấu tạo và sự tương tác giữa chúng đã làm phát sinh những đặc tính nổi trội của hệ Trong một hệ thống, các thành phần cấu trúc của hệ thống có mối quan hệ tương tác qua lại và toàn bộ hệ thống luôn luôn có mối quan hệ tương hỗ với MT thông qua quá trình trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin Các đặc trưng của một hệ thống sống được duy trì nhờ quá trình tự điều chỉnh về thành phần cấu trúc, về tốc độ trao đổi chất và năng lượng với MT trong quá trình phát triển và tiến hoá; tính ổn định tương đối trong không gian qua thời gian được gọi là trạng thái cân bằng sinh thái của hệ thống [21]

1.2.3.3 Tiếp cận cấu trúc - hệ thống

Tiếp cận là cách đến gần một đối tượng để nghiên cứu, là hệ phương pháp để nghiên cứu một đối tượng Theo quan niệm của khoa học hiện đại thì bất kỳ một khách thể nào trong thế giới hiện thực cũng là một hệ thống Việc nghiên cứu khách thể với tính cách là một hệ thống đã dẫn đến sự hình thành

một phương pháp mới gọi là tiếp cận CT-HT Tiếp cận CT-HT là một phương

pháp của triết học duy vật biện chứng, có thể vận dụng vào mọi lĩnh vực nhận thức và thực tiễn

Quan niệm CT-HT chính là phép suy rộng quan niệm biện chứng về mối quan hệ giữa bộ phận và toàn thể Trong SH, quá trình tìm hiểu mối quan hệ giữa bộ phận của toàn thể đã sản sinh ra 4 khái niệm: thành phần, cấu tạo, cấu trúc và hệ thống

 Khái niệm thành phần: Theo phương pháp phân tích hệ thống thì thành

phần là những bộ phận cấu tạo nên một toàn thể, những bộ phận này được xác

định bằng con đường phân tích một toàn thể thành những bộ phận khác nhau

 Khái niệm cấu tạo: Nói tới những bộ phận (thành phần) có quan hệ với nhau tạo nên một toàn thể về mặt không gian Ví dụ: cấu tạo của tim gồm tâm thất, tâm nhĩ; một quần xã SV gồm các quần thể thuộc những loài khác nhau

 Khái niệm cấu trúc: Nói tới những mối liên hệ bên trong của sự vật, những mối liên hệ này là bền vững, quy định đặc điểm của sự vật Sẽ không một yếu tố nào của cấu trúc có thể hiểu được nếu tách ra khỏi hệ thống Trong khái niệm cấu trúc, cái toàn thể nổi lên so với cái bộ phận, vì thế mà người ta chú ý tới mối quan hệ giữa các bộ phận

 Khái niệm hệ thống: Nói đến một tập hợp các đối tượng hoặc các yếu tố

nằm trong mối liên hệ tương tác xác định Một hệ lớn có thể bao gồm những

hệ con, hệ con cấp I lại gồm những hệ con cấp II, hệ con cấp II lại gồm những hệ con cấp III

Khái niệm CT-HT ra đời là hệ qủa của phương pháp tổng hợp đi từ cái bộ phận đến cái toàn thể theo sơ đồ hình 1.1

tổng hợp - hệ thống

Sự thống nhất giữa hai phương pháp phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống đã sản sinh ra phương pháp tiếp cận CT-HT Tiếp cận CT-HT là xem xét một đối tượng nghiên cứu như là một hệ thống lớn bao gồm những hệ con Hệ con gồm những hệ nhỏ hơn, giữa các bộ phận trong một hệ con và giữa các hệ con với nhau cũng như giữa hệ lớn với MT cũng có mối tương tác xác định Nhờ mối tương tác này mà hệ thống có những thuộc tính mới, những chất lượng mới vốn không có ở các bộ phận riêng lẻ, chưa từng có trước đó và

không phải là số cộng các tính chất của các bộ phận Đó là những chất lượng mới mang tính toàn vẹn hay tính tích hợp của hệ thống Toàn hệ thống là một

chỉnh thể có khả năng tự điều chỉnh, tự thân vận động và phát triển [21]

SHHT là một lĩnh vực nghiên cứu, cụ thể tập trung vào tìm hiểu các tương tác của các thành phần của các hệ thống SH, những sự tương tác này sẽ đưa đến chức năng cũng như hành vi như thế nào của hệ thống đó SHHT nghiên cứu sự sống ở tất cả các CĐTCS Mục tiêu cuối cùng của SHHT là mô hình hoá cách thức hoạt động của mọi hệ thống SH Các mô hình chính xác giúp các nhà SH dự đoán sự thay đổi trong một hay nhiều bộ phận gây ảnh hưởng lên các bộ phận khác và toàn hệ thống như thế nào? Ví dụ, nồng độ canxi trong TB cơ chỉ tăng lên một chút cũng sẽ gây ảnh hưởng lên hoạt tính của hàng chục protein tham gia vào sự điều chỉnh hoạt động co cơ như thế nào? Một loại thuốc hạ áp sẽ gây ảnh hưởng đến các chức năng của các cơ quan trong cơ thể và có thể gây ra các tác dụng phụ nguy hiểm như thế nào? Sự tăng cao từ từ nồng độ cacbon dioxit trong khí quyển làm biến đổi các hệ sinh thái và sinh quyển ra sao? Các nhà khoa học nghiên cứu các hệ sinh thái đã đi tiên phong trong việc áp dụng tiếp cận hệ thống từ năm 1960 để xây dựng các mô hình sơ đồ hoá mạng lưới các tương tác giữa các loài và thành phần vô cơ trong các hệ sinh thái đầm lầy và các hệ sinh thái khác Ngày nay, SHHT tập trung nghiên cứu sự sống ở các cấp độ TB và phân tử một phần do tích luỹ dữ

liệu về việc giải trình tự các hệ gen cũng như chức năng đã biết của hệ protein [2], [31]

Vận dụng tiếp cận SHHT chính là vận dụng tiếp cận hệ thống vào để nghiên cứu sinh giới theo các CĐTSC

Trong SH cũng cần lưu ý để tránh nhầm lẫn giữa “tiếp cận SHHT” và “ngành khoa học SHHT” Ngày nay đã xuất hiện một ngành khoa học mới của SH, đó là ngành Sinh học hệ thống Đây là một lĩnh vực nghiên cứu khá mới mẻ tập trung vào việc nghiên cứu một cách có hệ thống các tương tác phức tạp trong các hệ thống SH SHHT chính thức ra đời từ những năm 2000 và nay đang rất phát triển tại Mỹ và nhiều nước khác Vào những năm 2000, khi Viện SHHT (Institutes of Systems Biology) được thành lập ở Seattle và Tokyo, SHHT phát triển mạnh nhờ vào sự hoàn thành các dự án bản đồ gen khác nhau, sự ra đời của lượng lớn dữ liệu từ họ omics và sự phát triển tin sinh học [31]

Trong dạy học SH, khi giúp HS nghiên cứu mỗi CĐTCS theo tiếp cận

SHHT dù đơn giản hay phức tạp đều phải tuân thủ các nguyên tắc chính sau đây:

Nguyên tắc tổ chức: Yêu cầu phân tích các đối tượng nghiên cứu ra các yếu tố cấu thành Tìm hiểu cấu trúc và chức năng của tất cả các yếu tố cấu

1.3 Cơ sở sư phạm

CTSHPT 2006 được xây dựng theo trình tự tổ chức của thế giới sống, tức là theo tiếp cận SHHT, bắt đầu từ TB đến cơ thể rồi quần thể, quần xã, hệ sinh thái và sinh quyển Vì vậy, các kiến thức được bố trí theo mạch nội dung gồm 7 phần cơ bản

Lớp 10 gồm phần I, II, III:

 Phần I Giới thiệu chung về thế giới sống

Giới thiệu các cấp tổ chức của sự sống và những đặc trưng của hệ thống sống Phần này cũng điểm qua hệ thống phân loại sinh giới, nguyên tắc phân loại các giới SV, đặc điểm chung của mỗi giới trong hệ thống phân loại 5 giới

 Phần II Sinh học tế bào

Phần này đề cập đến TB như một hệ cấu trúc - chức năng thông qua phân tích cấu trúc - chức năng của các bộ phận cấu trúc của TB TB được xem là một CĐTCS nên có các đặc điểm chủ yếu như chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản thông qua quá trình nguyên phân

 Phần III Sinh học vi sinh vật

Đề cập đến TB như một quá độ từ cấp CĐTCS TB lên CĐTCS cơ thể, đề cập đến các quá trình sống như chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng, sinh sản các VSV - các cơ thể đơn bào

 Phần IV - Sinh học cơ thể (Lớp 11)

Nội dung đề cập đến SH cơ thể đa bào (TV, ĐV) biểu hiện ở các quá trình SH cơ bản là chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng

Lớp 12 gồm phần V, VI, VII:  Phần V Di truyền học

Nội dung bao gồm những vấn đề về cơ sở vật chất, cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử, TB Các quy luật di truyền, biến dị, ứng dụng di truyền và biến dị

 Phần VI Tiến hoá

Đề cập đến các bằng chứng tiến hoá, nguyên nhân và cơ chế tiến hoá, sự phát sinh và phát triển của sự sống

 Phần VII Sinh thái học

Bao gồm những nội dung về mối quan hệ giữa SV với SV và SV với MT từ cấp độ cá thể đến quần thể, quần xã và hệ sinh thái, sinh quyển Phần này là khái quát những dấu hiệu bản chất của tổ chức sống cấp độ trên cơ thể: quần thể, quần xã, hệ sinh thái - sinh quyển

Như vậy, việc xây dựng chương trình và SGK đã quán triệt các quan điểm tiến hoá và sinh thái cũng như vận dụng tiếp cận SHHT Nhiệm vụ quán triệt và vận dụng các quan điểm trên tiếp theo là của người GV trong giảng dạy Thông qua quá trình giảng dạy của GV để chuyển đến HS những tư tưởng đó, hình thành ở HS kiến thức, kĩ năng, thái độ đúng đắn Để làm được như vậy, bản thân người GV phải nắm vững vấn đề, trên cơ sở đó lựa chọn nội dung, phương pháp phù hợp với từng chương, từng bài trong quá trình dạy học để hình thành ở HS kiến thức, kĩ năng, thái độ cần thiết theo yêu cầu của mục tiêu đề ra, trong đó thái độ rất quan trọng của văn hoá SH là ý thức bảo vệ MT sinh thái

CTSHPT 2006 đã nêu rõ các quan điểm xây dựng và phát triển chương trình:

 Chương trình phải thể hiện được những tri thức cơ bản, hiện đại trong các lĩnh vực sinh học, ở các cấp độ tổ chức sống, đồng thời phải lựa chọn những vấn đề thiết yếu trong Sinh học có giá trị thiết thực cho bản thân học sinh và cộng đồng, ứng dụng vào đời sống, sản xuất, bảo vệ sức khoẻ, bảo vệ môi trường,

 Chương trình cần quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa Các đối tượng tìm hiểu được đặt trong mối quan hệ mật thiết giữa cấu tạo và chức

năng, giữa cơ thể và môi trường Các nhóm sinh vật về cơ bản được trình bày theo hệ thống tiến hóa từ nhóm có tổ chức đơn giản đến nhóm có tổ chức phức tạp

 Các kiến thức sinh học trong chương trình THPT được trình bày theo các cấp tổ chức sống từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn: tế bào cơ thể quần thể - loài quần xã hệ sinh thái - sinh quyển [3, tr 7,8]

Sau khi học xong môn SH trong nhà trường phổ thông, HS cần đạt được một trong các mục tiêu về kiến thức là: có những hiểu biết phổ thông, cơ bản, hiện đại, thực tiễn về các cấp tổ chức sống, từ tế bào, cơ thể đến các cấp trên cơ thể như quần thể - loài, quần xã, hệ sinh thái - sinh quyển Có một số hiểu biết về các quá trình và quy luật sinh học cơ bản ở cấp TB và cơ thể như trao đổi chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, cảm ứng và vận động, sinh sản và di truyền, biến dị [3, tr 6]

1.4 Cơ sở thực tiễn

1.4.1 Yêu cầu cấp bách của việc giáo dục môi trường

Biến đổi khí hậu, ô nhiễm MT, hiện nay đã trở thành những vấn đề nóng bỏng không chỉ của một quốc gia nào mà là của toàn nhân loại Nhân loại đã và đang phải đối mặt với những vấn đề cấp bách về tài nguyên, MT: tài nguyên suy giảm, sự biến đổi khí hậu, suy giảm đa dạng SH do chính con người gây ra Biến đổi khí hậu với biểu hiện chính là sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng đã trở thành một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ XXI Đặc biệt là với Việt Nam, quốc gia được các mhà khoa học quốc tế đã nhận định là một trong 5 nước sẽ chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất của biến đổi khí hậu Hiện nay ở Việt Nam, biến đổi khí hậu đã đe dọa đến cuộc sống, sức khỏe của hàng chục triệu người dân, đặc biệt những người nghèo sinh sống ở những vùng dễ bị tổn hại do biến đổi khí hậu gây ra

SH là môn khoa học nghiên cứu về vật chất sống ở CĐTCS khác nhau, đồng thời nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa SV với SV và giữa SV với MT sống Khi mỗi người thấu hiểu các hiện tượng và quy luật SH thì sẽ có thái độ văn hoá đối với SV, đối với thiên nhiên như khai thác hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ MT bền vững… Tuy nhiên, để bồi dưỡng được thái độ "ứng xử" như vậy với MT tự nhiên ở mọi cấp độ (vùng - lãnh thổ, quốc gia, toàn cầu) thì nhà trường phổ thông phải chú ý giáo dục văn hoá sinh học có kế hoạch thông qua các biện pháp, con đường giáo dục thích hợp Việc giảng dạy SH không phải chỉ cần nhen nhóm trong HS tình yêu thiên nhiên vì vẻ đẹp diệu kì và lợi ích to lớn của nó mà còn phải xây dựng cho được những thái độ, hành vi, thói quen bảo vệ MT sống, bảo đảm sự cân bằng sinh thái [15] Trong dạy học môn SH cần phải giáo dục để mỗi HS ngay từ khi ngồi trên ghế nhà trường đã ý thức được mình là một thành viên xã hội thời đại toàn cầu hoá, “vì sao” và “làm như thế nào” để bảo vệ MT sinh thái “ngôi nhà toàn cầu”

VSV có hai tác động đồng thời lên MT sống nói chung và với cuộc sống của con người riêng: khả năng chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng, sinh sản với tốc độ rất nhanh, năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị đều có thể có lợi hoặc có hại cho MT và đời sống con người Trình độ ứng xử, điều tiết thế giới VSV thế nào để phục vụ lợi ích của con người và bảo vệ cân bằng sinh thái phụ thuộc vào trình độ nhận thức về VSV

Quán triệt tốt quan điểm sinh thái trong dạy học SH nói chung và dạy học SH VSV nói riêng là một trong những con đường hiệu quả để giáo dục bảo vệ MT

1.4.2 Thực trạng việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá cũng như việc vận dụng tiếp cận hệ thống của giáo viên trong thực tiễn dạy học Sinh học

Chúng tôi đã tiến hành điều tra đối với 20 GV SH ở 5 trường THPT của tỉnh Thái Nguyên (Trường THPT Lương Phú, THPT Phú Bình, THPT Điềm

Thuỵ, THPT Phú Lương và THPT Phổ Yên) Kết quả thu được từ việc phân tích phiếu điều tra với 5 câu hỏi như sau:

Câu 1 Thầy (Cô) hãy cho biết những quan điểm xây dựng và phát triển chương trình Sinh học THPT hiện hành

Với câu hỏi này, có 5/20 GV (25%) nêu được một quan điểm là: các kiến thức SH trong chương trình THPT được trình bày theo các CĐTCS, từ các hệ

nhỏ đến các hệ trung lên các hệ lớn (tế bào, cơ thể, quần thể - loài quần xã, hệ sinh thái - sinh quyển) Có 7/20 GV (35%) nêu thêm được một

quan điểm nữa ngoài quan điểm trên là: các kiến thức được trình bày trong chương trình THPT là những kiến thức sinh học đại cương, chỉ ra những nguyên tắc tổ chức, những quy luật vận động chung cho giới SV Có 8/20 GV (40%) nêu thêm được quan điểm thứ 3 là: quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá Như vậy, nhiều giáo viên chưa nắm được các quan điểm cơ bản xây dựng và phát triển chương trình đã được nêu ra trong CTSHPT 2006

Câu 2 Thầy (Cô) hiểu như thế nào về tiếp cận sinh học hệ thống? Việc vận dụng tiếp cận này được thể hiện như thế nào trong chương trình Sinh học THPT hiện hành?

Có 13/20 GV (65%) trả lời một cách chung chung: tiếp cận SHHT là sự sắp xếp các kiến thức trong chương trình một cách logic, việc vận dụng tiếp cận này thể hiện trong chương trình SH THPT là chương trình gồm 7 phần lần lượt từ phần I - giới thiệu chung về thế giới sống đến phần 7 - sinh thái học Có 7/20 GV (35%) nêu được gần đúng đáp án: tiếp cận SHHT là vận dụng quan điểm hệ thống để nghiên cứu hệ thống sống; trong chương trình SH THPT thì các kiến thức được trình bày từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn, SH 10 chủ yếu nghiên cứu sự sống ở cấp TB, sinh học 11 nghiên cứu cấp cơ thể, SH 12 chủ yếu nghiên cứu các cấp trên cơ thể

Câu 3 Thầy (Cô) hiểu như thế nào về yêu cầu “quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá” trong chương trình Sinh học phổ thông?

Có 12/20 GV (60%) trả lời không biết đây là một trong những quan điểm xây dựng chương trình, có lẽ điều này nói đến mối quan hệ giữa SV với MT và sự tiến hoá của thế giới SV Có 8/20 GV (40%) trả lời gần đúng đáp án: các đối tượng tìm hiểu được đặt trong mối quan hệ giữa cấu tạo và chức năng, giữa cơ thể và MT, các nhóm SV về cơ bản được trình bày theo hệ thống tiến hoá từ nhóm có tổ chức đơn giản đến nhóm có tổ chức phức tạp

Câu 4 Theo Thầy (Cô), có thể coi phần Sinh học vi sinh vật (Sinh học 10) là phần giới thiệu về các quá trình sống ở cấp độ nào trong hệ thống sống? Khi dạy phần này các Thầy (Cô) có lưu ý học sinh về điều đó không? Nếu có thì cách làm như thế nào?

Có 11/20 GV (55%) cho rằng phần SH VSV là SH TB, có 9/20 GV (35%) cho rằng SH VSV vừa là SH TB vừa là SH cơ thể (đơn bào) Có 8/20 GV (40%) được hỏi trả lời là khi dạy phần này chỉ dạy theo kiến thức ở có trong SGK, không lưu ý gì về việc phần này nghiên cứu sự sống ở cấp nào Có 12/20 GV (60%) trả lời là có chỉ ra cho HS là phần VSV nghiên cứu về cấp TB

Câu 5 Theo Thầy (Cô), nếu quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá, vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống thì sẽ có ý nghĩa như thế nào trong dạy học Sinh học ở trường THPT nói chung và dạy học phần sinh học vi sinh vật nói riêng?

Có 13/20 GV (65%) trả lời là chưa rõ vấn đề này, có lẽ sẽ giáo dục được HS ý thức bảo vệ MT và giúp HS thấy được sự tiến hoá của thế giới SV Có 7/20 GV (35%) cho rằng điều này giúp HS hiểu được các đặc trưng của các CĐTCS và sự tiến hoá của thế giới sống, giáo dục HS ý thức bảo vệ MT, rèn luyện các kĩ năng tư duy hệ thống; trong phần SH VSV thì giúp HS hiểu ý nghĩa của việc vận dụng các quá trình sống của VSV trong việc bảo vệ MT, bảo vệ sức khoẻ con người

Qua việc phân tích kết quả phiếu điều tra, qua trao đổi ý kiến và dự giờ một số GV, chúng tôi thấy rằng nhận thức về việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá cũng như vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH nói chung và trong dạy học phần SH VSV nói riêng của GV còn nhiều hạn chế Tình trạng này do nhiều nguyên nhân Trước hết, bản thân GV chưa nhận thức được tinh thần chỉ đạo đã viết trong văn bản chỉ thị của trong CTSHPT 2006, thứ hai do thiếu văn bản hướng dẫn cụ thể hóa yêu cầu đó từ phía các cơ quan quản lý giáo dục Từ đó dẫn đến tình trạng GV không biết cách tìm tòi các biện pháp dạy học để vận dụng có cơ sở khoa học nhằm quán triệt đồng thời cả hai quan điểm xây dựng và phát triển chương trình là quan điểm sinh thái và tiến hoá Còn một tình trạng phổ biến là đông đảo GV còn chưa được bồi dưỡng cập nhật tri thức mới về SHHT Do đó, họ không hiểu thế nào là “tiếp cận hệ thống” và “tiếp cận SHHT” nên cũng không hiểu được tinh thần viết trong văn bản pháp quy: “Các kiến thức sinh học trong chương trình THPT được trình bày theo các cấp tổ chức sống từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn: tế bào cơ thể quần thể - loài quần xã hệ sinh thái - sinh quyển” Khi dạy học phần SH VSV, nhìn chung GV thiên về truyền đạt cho HS tri thức chuyên sâu về VSV mà không biết khai thác theo hướng giúp HS tìm hiểu tri thức SH VSV nhìn từ góc độ là một hệ thống tổ chức sống cấp cơ thể dạng đơn bào đặc thù của hệ thống sống Do đó, sau khi học xong phần này HS không biết có thể coi VSV ở CĐTCS nào? Có liên hệ gì với SH TB và SH cơ thể (SH 11) cũng như với các phần khác

Như vậy, mâu thuẫn giữa một bên là quan điểm, nhiệm vụ của chương trình với một bên là thực tiễn GV chưa nhận thức được nhiệm vụ và chưa nắm được cơ sở của việc quán triệt các quan điểm sinh thái và tiến hoá cũng như vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH nên chất lượng dạy học SH VSV còn hạn chế

Từ thực trạng đó, chúng tôi thấy rất cần tìm ra những biện pháp dạy học phù hợp với nội dung từng chương, bài nhưng quán triệt được các quan điểm xây dựng và phát triển chương trình bộ môn để nâng cao chất lượng dạy học SH VSV

Chương 2

QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA KẾT HỢP VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC HỆ THỐNG TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10) 2.1 Phân tích vị trí và nội dung phần Sinh học vi sinh vật

Trong chương trình SH cấp THPT, phần SH VSV là phần thứ 3 được bố trí ở lớp 10 ngay sau phần SH TB Phần hai - SH TB đề cập đến TB như một hệ cấu trúc - chức năng thông qua phân tích cấu trúc và chức năng của từng bộ phận cấu trúc nên TB nhân sơ và nhân thực Đồng thời, nghiên cứu các đặc trưng của cấp tổ chức TB, đó là chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản thông qua quá trình nguyên phân Phần ba giới thiệu với HS về thế giới của những SV vô cùng nhỏ bé, phần lớn là SV đơn bào, có kích thước ở mức độ hiển vi - đó là các VSV Có thể nói, phần ba giới thiệu các quá trình SH đặc trưng ở cấp cơ thể (đơn bào) như chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng và sinh sản cùng với những ứng dụng của các quá trình đó Ngoài ra, phần này còn giới thiệu về virut, tuy chúng chưa được xem là một cơ thể SV hoàn chỉnh (vì chưa có cấu tạo TB) nhưng có vai trò quan trọng trong thế giới sống nói chung và đối với con người nói riêng

2.2 Quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa 2.2.1 Quan điểm sinh thái

VSV có vai trò vô cùng quan trọng trong tự nhiên cũng như đối với đời sống con người Nó tham gia vào tất cả các vòng tuần hoàn trong các hệ sinh thái, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự làm sạch các môi trường tự nhiên VSV còn tham gia tích cực vào việc phân giải các phế thải nông nghiệp, phế thải đô thị, chất thải công nghiệp do đó có vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ môi trường Tất nhiên, các VSV gây bệnh lại tham gia vào việc làm ô nhiễm MT ở những nơi có điều kiện vệ sinh kém VSV có ý nghĩa lớn đối với đời sống con người Vì vậy, nếu con người biết khai thác những mặt có ích và có biện pháp hạn chế tác hại của VSV sẽ mang lại lợi ích cho sự phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ MT và sức khoẻ con người

Quán triệt quan điểm sinh thái trong dạy học SH VSV cần hình thành ở HS các kiến thức về vai trò của VSV trong các hệ sinh thái, ý nghĩa của các quá trình tổng hợp và phân giải ở VSV; các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và sinh sản của VSV; virut gây bệnh và ứng dụng của virut Qua đó hình thành ở HS ý thức, thói quen bảo vệ MT sống nhờ vai trò của VSV, phòng tránh những ảnh hưởng xấu của VSV, góp phần bảo vệ cân bằng sinh thái Những hiểu biết về vai trò của VSV trong các hệ sinh thái và ý nghĩa của các quá trình sống của VSV đối với khoa học, sản xuất và đời sống cũng là cơ sở cho HS tìm hiểu các kiến thức sẽ được học ở các lớp sau

Để quán triệt quan điểm sinh thái, GV cần lưu ý những nội dung kiến thức VSV về mặt sinh thái như sau: [8], [9], [17], [23], [27], [29]

* Vai trò của VSV trong các vòng tuần hoàn vật chất

Chu trình sinh, địa hóa các chất (vòng tuần hoàn vật chất) là chu trình vận động của các chất vô cơ trong hệ sinh thái theo con đường từ ngoại cảnh chuyển vào cơ thể SV, rồi từ cơ thể SV chuyển trở lại ngoại cảnh Vòng tuần hoàn vật chất là một trong những cơ chế cơ bản trong sự duy trì sự cân bằng trong sinh quyển

Trong các khâu của các chu trình chuyển hóa vật chất, VSV đóng vai trò vô cùng quan trọng Các nhóm VSV khác nhau tham gia vào các khâu chuyển hóa khác nhau Nếu như vắng mặt một nhóm nào đó thì tất cả quá trình chuyển hóa sẽ bị dừng lại, điều này sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái vì sự tồn tại của các loài SV trong hệ sinh thái phụ thuộc vào nguồn thức ăn có trong MT

Vai trò của VSV trong vòng tuần hoàn của cacbon

Các hợp chất cacbon hữu cơ chứa trong cơ thể ĐV, TV, VSV; khi các SV này chết đi sẽ để lại một lượng chất hữu cơ khổng lồ trong đất Nhờ hoạt động của nhóm VSV dị dưỡng cacbon sống trong đất, các chất hữu cơ này dần dần được phân hủy tạo thành CO2 CO2 được TV và VSV quang tự dưỡng sử dụng trong quá trình quang hợp tạo nên các hợp chất cacbon của cơ thể TV và VSV ĐV và con người sử dụng cacbon hữu cơ của thực vật tạo thành cacbon hữu cơ của ĐV và người Người, ĐV, TV, VSV đều thải CO2 trong quá trình sống, đồng thời khi chết đi để lại trong đất lượng lớn chất hữu cơ, VSV lại phân hủy nó Cứ như vậy, trong thiên nhiên các hợp chất chứa cacbon được chuyển hóa liên tục Sau đây ta xét đến một số quá trình chuyển hóa cacbon mà VSV tham gia

+ Sự phân giải xenluloza nhờ VSV

- Xenluloza là thành phần chủ yếu của thành tế bào TV Hàng ngày, hàng giờ, một lượng lớn xenluloza được tích lũy lại trong đất do do các sản phẩm của TV thải ra, một phần không nhỏ do con người thải ra dưới dạng các giấy vụn, mùn cưa, Xenluloza là chất khó phân giải Bởi vậy, VSV phân hủy xenluloza phải có một hệ enzim xenlulaza bao gồm 4 enzim khác nhau: enzim thứ nhất là Xenlobiohydrolaza cắt đứt liên kết hidro, biến dạng xenluloza tự nhiên có cấu hình không gian thành dạng vô định hình; enzim thứ 2 là Endoglucanuza có khả năng cắt đứt các liên kết β-1,4 bên trong phân tử thành những chuỗi dài; enzim thứ 3 là Exo-gluconaza tiến hành phân giải các chuỗi

trên thành các disaccarit; enzim thứ 4 là β-glusidaza tiến hành thủy phân xenlobioza thành glucoza

- Trong tự nhiên có nhiều nhóm VSV có khả năng phân hủy xenluloza nhờ có hệ enzim xenlulaza ngoại bào Trong đó, vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra MT một lượng lớn enzim đầy đủ các thành phần Các

nấm mốc có hoạt tính phân giải xenluloza đáng chú ý là Tricoderma Hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma sống hoại sinh trong đất và đều có khả năng

phân hủy xenluloza Nhiều loại VK cũng có khả năng phân giải xenluloza, tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm do lượng enzim của vi khuẩn tiết ra MT nhỏ và thành phần không đầy đủ Nhóm VK hiếu khí bao gồm

Pseudomonas xenllulomonas, Achromobacter Nhóm vi khuẩn kị khí bao gồm Clostridium và nhóm VK sống trong dạ cỏ của ĐV nhai lại Ngoài ra, xạ

khuẩn cũng có khả năng phân hủy xenluloza người ta thường sử dụng xạ

khuẩn, đặc biệt là chi Streptomyces trong việc phân hủy rác thải sinh hoạt

Những xạ khuẩn này thuộc nhóm ưa nóng, sinh trưởng phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 45-500C nên rất thích hợp với quá trình ủ rác thải

+ Sự phân giải tinh bột nhờ VSV

- Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu của TV, bởi vậy nó chiếm một tỷ lệ lớn trong cơ thể TV, đặc biệt là những cây có củ Khi TV chết đi, tàn dư TV tích lũy trong đất một lượng lớn tinh bột Nhóm VSV phân hủy tinh bột sống trong đất sẽ tiến hành phân hủy chất hữu cơ này thành các hợp chất đơn giản, chủ yếu là đường và axit hữu cơ VSV phân giải tinh bột có khả năng tiết ra MT hệ enzim amilaza bao gồm 4 loại: α-amilaza, β-amilaza, amilo 1,6 glucosidaza và glucoamilaza α-amilaza có khả năng tác động vào bất kì mối liên kết 1,4 glucozit nào trong phân tử tinh bột Dưới tác dụng của enzim này, phân tử tinh bột được cắt thành những đoạn ngắn gọi là sự dịch hóa tinh bột mà sản phẩm là đường mantotrioza β-amilaza chỉ có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucosit ở cuối phân tử tinh bột Sản phẩm của sự phân cắt này

thường là disaccazit mantoza Amilo 1,6 glucosidaza có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucosit tại những chỗ phân nhánh của amilopectin Glucoamilaza phân giải tinh bột thành glucoza và các oligosaccarit Dưới tác dụng của 4 loại enzim trên, phân tử tinh bột được phân giải thành glucoza

- Trong đất có nhiều loại VSV có khả năng phân giải tinh bột, trong đó có một số VSV có khả năng tiết ra MT đầy đủ 4 loại enzim trong hệ enzim amilaza Ví dụ như một số vi nấm (bao gồm một số loài trong các chi

Aspergillus, Fusarius, Rhizopus Trong nhóm vi khuẩn có một số loài thuộc chi Bacillus, Cytophaga, Pseudomonas Trong sản xuất người ta sử dụng

khá rộng rãi các nhóm VSV phân giải tinh bột Ví dụ: các loại nấm mốc thường được dùng ở giai đoạn đầu của quá trình làm rượu (giai đoạn thủy phân tinh bột thành đường) Trong chế biến rác thải hữu cơ người ta cũng sử dụng những chủng VSV có khả năng phân giải tinh bột để phân hủy tinh bột có trong thành phần của rác thải hữu cơ

+ Sự phân giải đường đơn nhờ VSV

Có 2 nhóm VSV phân giải đường: nhóm hiếu khí và nhóm lên men

Sự phân giải đường nhờ quá trình lên men: sản phẩm là những chất hữu cơ chưa được ôxy hóa triệt để

- Quá trình lên men etylic

Sản phẩm là rượu etylic và CO2 Quá trình này diễn ra dưới tác dụng của một hệ thống enzim do VSV tiết ra và có sự tham gia của photphat vô cơ:

2 C6H12O6 + 2 H3PO4 2 CO2 + 2 CH3CH2OH + 2 H2O + fructoza 1,6 diphotphat

Nhiều loại VSV có khả năng lên men rượu, trong đó mạnh nhất và có ý

nghĩa kinh tế nhất là nấm men Saccharomyces cerevisiae

- Quá trình lên men lactic

Có 2 loại lên men lăctic là lên men đồng hình và lên men dị hình Ở sự lên men lactic đồng hình, glucoza bị phân giải theo con đường Embden-Mayerhof

tạo thành axit pyruvic, sau đó axit pyruvic bị khử thành axit lăctic Quá trình này được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn Lactobacterium và Streptococcus Ở sự lên men lactic dị hình, glucoza bị phân giải theo con đường pentozophotphat, sản phẩm ngoài axit lactic còn có rượu etylic, axit axetic và glyxerin

VK lactic thường đòi hỏi nhiều loại chất sinh trưởng, chúng thường phân bố trên TV hoặc xác TV, trong sữa và các sản phẩm của sữa, trong ruột người và ĐV

Sự phân giải đường nhờ các quá trình oxi hoá: Đó là các nhóm VSV hiếu khí có khả năng phân huỷ triệt để đường glucoza thành CO2 và H2O qua chu trình Crebs

Như vậy, các chất hữu cơ trong đất được các nhóm VSV khác nhau phân hủy, cuối cùng thành CO2 và H2O, sau đó CO2 và H2O lại được nhóm VSV quang tự dưỡng và TV đồng hóa thành chất hữu cơ khép kín vòng tuần hoàn cacbon Nếu như không có sự hoạt động của VSV thì vòng tuần hoàn cacbon không thể khép kín, các chất hữu cơ không được phân hủy sẽ gây ra tai họa sinh thái và dẫn đến khủng hoảng sinh thái toàn cầu

Vai trò của VSV trong VTH của nitơ

Trong cơ thể SV, nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất đạm hữu cơ như protein, axit amin Khi cơ thể SV chết đi, lượng nitơ hữu cơ này tồn tại trong đất Dưới tác dụng của các nhóm VSV hoại sinh, protein được phân giải thành các axit amin Các axit amin lại được một nhóm VSV phân giải thành NH3 và NH4+ gọi là nhóm VK amon hoá (quá trình khoáng hoá) NH4+ sẽ được chuyển hoá thành NO3

nhờ nhóm VK nitrat hoá NH4+

và NO3-

được TV và một số VSV sử dụng làm nguồn dinh dưỡng Một phần nitrat lại được chuyển thành nitơ phân tử do quá trình phản nitrat Khí nitơ sẽ được cố định trong TB VSV và TV sau đó chuyển hoá thành nitơ hữu cơ nhờ nhóm VK cố định nitơ Như vậy, vòng tuần hoàn nitơ được khép kín