theo tiếp cận sinh học hệ thống
nhỏ bé có kích thƣớc hiển vi vào một nhóm đƣợc gọi là nhóm VSV. Chúng có một số đặc điểm chung nhƣ có kích thƣớc hiển vi, cơ thể đơn bào, sinh trƣởng nhanh, phân bố rộng, thích ứng cao với MT. Thuộc nhóm VSV có VK (thuộc giới Khởi sinh); ĐV nguyên sinh và vi tảo (tảo đơn bào) (thuộc giới Nguyên sinh), vi nấm (thuộc giới Nấm). Ngƣời ta còn xếp virut vào nhóm VSV, mặc dù hiện nay virut không đƣợc xem là cơ thể sống vì chúng không có cấu tạo TB và chúng chỉ sống khi kí sinh trong TB.
Khác với chƣơng trình THCS đề cập lần lƣợt các đối tƣợng VSV - TV - ĐV - ngƣời. Chƣơng trình THPT đƣợc trình bày theo các CĐTCS từ các hệ nhỏ đến hệ trung lên các các hệ lớn: Tế bào cơ thể quần thể quần xã
hệ sinh thái - sinh quyển. Trong đó phần VSV đƣợc trình bày sau phần SH TB nhƣ là một cấp độ tổ chức của hệ thống sống - cấp độ cơ thể và là một quá độ từ TB lên cơ thể đa bào. Thực chất SH VSV là SH TB vì VSV tồn tại chủ yếu ở dạng đơn bào. Nhƣng đồng thời chúng cũng là những cơ thể. Do đó có thể nói SH VSV đã đề cập đến cấp độ cơ thể nguyên thuỷ là các cơ thể đơn bào. Điều đó nghĩa là cần giới thiệu VSV nhƣ là những cơ thể, tức là tƣơng đƣơng với cơ thể TV và ĐV sẽ đƣợc học ở lớp 11. Do đó, khi dạy học phần này đòi hỏi GV không chỉ tổ chức cho HS tìm hiểu các kiến thức mang tính “chuyên khoa” về VSV mà cần phải có những biện pháp dạy học sao cho HS nhận thấy rằng học SH VSV cũng là tìm hiểu về một CĐTCS. Vì vậy, trong quá trình dạy học GV cần phải nắm đƣợc đƣợc những nội dung về mặt kiến thức cũng nhƣ phƣơng pháp tổ chức dạy học phù hợp để đạt đƣợc mục tiêu đó. Để việc dạy học phần SH VSV nhƣ một cấp độ tổ chức sống, GV cần lƣu ý những điểm sau:
* Những điểm giống nhau giữa vi sinh vật và tế bào [11], [16] 1. Đều có thành phần hoá học tƣơng tự nhau
- Các nguyên tố hoá học trong tế bào đƣợc chia thành hai nhóm: các nguyên tố đa lƣợng (các nguyên tố C, H, O, N chiếm 96% khối lƣợng cơ thể
sống) và các nguyên tố vi lƣợng. Chúng đều có vai trò quan trọng trong tế bào.
- Các hợp chất hoá học trong tế bào đƣợc phân thành 2 loại nhóm lớn là các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Các hợp chất vô cơ bao gồm nƣớc, muối khoáng và một số hợp chất đơn giản khác. Các hợp chất hữu cơ là những hợp chất của cacbon: cacbohiđrat, lipit, prôtêin, axit nuclêic. Phân tử nƣớc có tính phân cực. Trong TB, nƣớc tồn tại ở hai dạng: liên kết và tự do. Nƣớc có ý nghĩa lớn lao về nhiều mặt đối với các TB: là MT hoà tan và phản ứng của các hợp chất vô cơ và hữu cơ, bảo đảm sự trao đổi chất và sự thống nhất trong và ngoài TB, nƣớc còn trực tiếp tham gia vào các phản ứng sinh hoá ...
2. Đều có cấu trúc gồm có ba thành phần cơ bản là màng sinh chất, tế bào chất, nhân TB (hoặc vùng nhân)
Bảng 2.2. Thành phần cấu trúc của tế bào và vi sinh vật
Thành phần cấu trúc Chức năng
Nhân (vùng nhân)
- Giúp phân chia TB (chức năng sinh sản).
- Có chứa vật chất di truyền, điều khiểu mọi hoạt động sống của TB.
Tế bào chất
- Là nơi xảy ra nhiều hoạt động hoá học nhƣ tổng hợp enzim, phân giải chất hữu cơ để giải phóng năng lƣợng cho TB...
Màng tế bào
+ Bao bọc ngoài TB giúp chất nguyên sinh không bị chảy ra ngoài.
+ Màng có tính thấm chọn lọc để kiểm soát các chất đi ra và đi vào trong TB.
3. Đều biểu hiện những đặc trƣng cơ bản của thế giới sống
Ở TB cũng nhƣ ở cơ thể VSV đều biểu hiện những đặc trƣng cơ bản của thế giới sống nhƣ: trao đổi chất và năng lƣợng, sinh sản, sinh trƣởng và phát
triển, cảm ứng, khả năng tự điều chỉnh và cân bằng nội môi do nhân TB điều khiển.
* Những đặc điểm đặc trƣng của vi sinh vật
1. Kích thƣớc của TB VSV rất nhỏ
Kích thƣớc của VK chỉ bằng một phần mƣời so với kích thƣớc của TB nhân thực. Kích thƣớc nhỏ đã tạo cho VK những ƣu thế:
- TB nhỏ thì tỷ lệ giữa diện tích bề mặt TB (màng sinh chất) và thể tích TB (tỉ lệ S/V) sẽ lớn làm tăng khả năng trao đổi chất với MT, nhờ đó VSV sinh trƣởng và sinh sản nhanh hơn.
- Với TB nhân thực, vì kích thƣớc lớn hơn nên tỷ lệ S/V nhỏ hơn hàng chục lần so với TB nhân sơ nhƣng vẫn đảm bảo cho quá trình trao đổi chất hiệu quả là do TB nhân thực có hệ bào quan làm tăng diện tích bề mặt trao đổi chất toàn phần. Mặt khác mỗi khoang bào quan lại là một vùng duy trì đƣợc các điều kiện hoá học đặc biệt khác với các bào quan khác nên các phản ứng hoá học đặc trƣng vẫn có thể xảy ra cùng lúc trong những điều kiện khác nhau phối hợp với nhau dƣới sự điều khiển của nhân.
2. Về cấu trúc
Trong nhóm VSV, VK (thuộc giới Khởi sinh) có cấu trúc tế bào đặc thù mang nhiều điểm khác với tế bào nhân thực.
Bảng 2.3. So sánh tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực
Tế bào nhân sơ Tế bào nhân thực
- Kích thƣớc bé (1 - 3 m). - Kích thƣớc lớn (3 - 20m). - Có cấu tạo đơn giản. - Có cấu tạo phức tạp.
- Chƣa có nhân hoàn chỉnh: + Chƣa có màng nhân.
+ AND trần dạng vòng ở vùng nhân.
- Có nhân hoàn chỉnh: + Có màng nhân.
+ ADN kết hợp với prôtêin histôn tạo nên NST ở trong nhân.
- TB chất chỉ chứa các bào quan đơn giản nhƣ ribôxôm. Không có các bào quan có màng bao bọc.
- TB chất có hệ thống nội màng, các bào quan có màng bao bọc nhƣ ti thể, lạp thể, bộ máy Gôngi, lizôxôm...
- Ribôxôm có kích thƣớc nhỏ 70S.
- Ribôxôm có kích thƣớc lớn 80S.
Cấu tạo đơn giản tạo cho VK sinh sản nhanh hơn bằng kiểu phân đôi (không có thoi phân bào) đơn giản với tốc độ nhanh. Ví dụ: VK E.coli trung bình 30 phút phân đôi một lần.
3. Chuyển hoá vật chất và năng lƣợng
- Quá trình tổng hợp các chất ở VSV tƣơng tự ở TB nhƣ tổng hợp prôtêin, polisaccarit, lipit và axit nuclêtic. Nhƣng có điểm khác là chúng có thể tổng hợp nhiều loại hợp chất từ chất vô cơ với các kiểu dinh dƣỡng đa dạng.
- Các phức chất ở MT nhƣ prôtêin, polisaccarit, lipit, axit nuclêtic và cả các chất độc hại nữa đƣợc VSV tiết enzim ngoại bào để phân giải thành các chất đơn giản rồi mới đƣợc VSV hấp thụ để sinh tổng hợp các thành phần TB hay phân giải tiếp.
- VSV thể hiện rõ tính đa dạng về kiểu chuyển hoá vật chất, nhiều loại VSV có vài kiểu chuyển hoá vật chất cùng tồn tại trong TB, chúng có thể biểu hiện trong MT hiếu khí hay kị khí do đó chúng thích nghi cao trong điều kiện MT khác nhau.
- VSV có quá trình hấp thụ chất dinh dƣỡng, chuyển hoá vật chất và năng lƣợng, sinh tổng hợp các chất với tốc độ rất nhanh.
- Ngƣời ta sử dụng mặt có lợi và hạn chế mặt có hại của quá trình tổng hợp và phân giải các chất phục vụ cho đời sống và bảo vệ MT.
4. Sinh trƣởng và sinh sản
- Thông thƣờng, sinh trƣởng là tăng kích thƣớc và khối lƣợng cơ thể, còn sinh sản là tăng về số lƣợng cá thể. Nhƣng với VSV, nói đến sinh trƣởng là
ám chỉ sự tăng số lƣợng tế bào chứ không phải tăng kích thƣớc TB. Nói đến sinh trƣởng của VSV là nói đến sinh trƣởng của quần thể VSV. Khi nghiên cứu sinh trƣởng của VSV, ngƣời ta nghiên cứu sinh trƣởng của một quần thể (tập hợp tế bào cùng nguồn gốc) chứ không phải của từng TB riêng lẻ.
- VSV có khả năng phát tán dễ dàng và có mặt ở khắp mọi nơi, đạt đƣợc cân bằng SH là nhờ sinh sản với tốc độ rất nhanh theo các kiểu đơn giản và đa dạng.
+ Ở VSV nhân sơ có các hình thức sinh sản chủ yếu: phân đôi, ngoại bào tử, bào tử đốt, nảy chồi.
+ Ở các VSV nhân thực có thể sản sinh bằng phân chia nguyên nhiễm hoặc bằng bào tử vô tính hay hữu tính.
- Sinh sản phân đôi ở VK không giống nguyên phân. Ở VK không hình thành thoi vô sắc, không có các pha và các kì ở nguyên phân. Sự phân đôi bắt đầu từ sự hình thành hạt mêzôxôm, ADN phân chia và hình thành vách ngăn.
- Ở VSV còn có một điểm đặc biệt đó là tế bào có khả năng sản sinh ra một cấu trúc đặc biệt gọi là bào tử. Tuỳ loại bào tử mà có chức năng khác nhau: phát tán, vƣợt qua điều kiện bất lợi, sinh sản…
5. Mặc dù TB có tính toàn năng và có tính độc lập nhƣng những đặc tính đó chỉ đƣợc biểu hiện khi TB là một phần của cơ thể sống hoặc TB đƣợc nuôi cấy trong MT thích hợp đủ chất dinh dƣỡng gần giống nhƣ trong cơ thể sống. Nếu ngoài MT tự nhiên TB độc lập không thể sống và biểu hiện những đặc trƣng cơ bản của cơ thể sống. Trong khi với VSV, mỗi TB là một cơ thể, chúng có khả năng tồn tại trong MT tự nhiên. Trong cơ thể đa bào, phần lớn các TB không có khả năng di chuyển để tìm nguồn dinh dƣỡng. Nhƣng TB VSV có khả năng chủ động tìm đến nguồn dinh dƣỡng và tránh các những tác nhân độc hại. Đặc biệt, VSV có năng lực thích ứng cao với điều kiện sống bất lợi nhƣ chịu lạnh, chịu nóng, chịu cƣờng độ bức xạ mạnh; thậm chí khi gặp điều kiện bất lợi VSV còn có khả năng biến đổi cấu tạo TB để vƣợt qua điều
kiện bất lợi đó mà có lẽ không một TB nào của cơ thể đa bào có khả năng này. Đó chính là những đặc tính của cấp cơ thể.
2.4. Phƣơng hƣớng tổ chức dạy học phần Sinh học vi sinh vật thực hiện quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống
2.4.1. Nguyên tắc
- Trên cơ sở nội dung kiến thức đã có trong SGK, GV phải cập nhật hoá, địa phƣơng hoá các kiến thức cho phù hợp với thực tiễn cuộc sống.
- Khai thác kiến thức một cách có chọn lọc, không tràn lan, tuỳ tiện. Các kiến thức về sinh thái, tiến hoá của VSV cũng nhƣ việc tìm hiểu VSV nhƣ một CĐTCS khai thác trong quá trình dạy học phải có hệ thống, đƣợc sắp xếp hợp lí, sát với thực tiễn cuộc sống, phù hợp với điều kiện địa phƣơng, không quá tải để ảnh hƣởng đến việc tiếp thu nội dung chính.
- Việc khai thác các khía cạnh sinh thái, tiến hoá và SHHT phần SH VSV đƣợc thực hiện ở cả 3 giai đoạn của quá trình dạy học là hình thành kiến thức mới, củng cố, kiểm tra đánh giá.
- Phát huy cao độ tính tích cực của HS và vốn sống của các em. Nghĩa là phải có sự liên hệ đƣợc với những vấn đề trong cuộc sống mà các em biết.
- Khi giúp HS tìm hiểu VSV nhƣ một CĐTCS cần thực hiện nguyên tắc mối quan hệ giữa hệ lớn và hệ con, mối quan hệ giữa các hệ con với nhau, mối quan hệ giữa hệ với MT.
2.4.2. Hình thức thực hiện
- Khai thác kiến thức trong các bài học trên lớp. Theo hình thức này, các kiến thức thể hiện hai quan điểm và tiếp cận trên đƣợc tiến hành trong từng nội dung, từng bài học cụ thể ngay trong giờ học trên lớp.
- Đƣa câu hỏi, bài tập về nhà. Bên cạnh những câu hỏi bài tập theo các nội dung kiến thức trong SGK, GV đƣa thêm các câu hỏi về các vấn đề sinh thái,
tiến hoá và vị trí của VSV trong hệ thống sống phù hợp với nội dung kiến thức của bài để HS tự học ở nhà qua sách, internet...
- Bổ sung kiến thức qua các hoạt động ngoại khoá bộ môn.
Trong dạy học SH VSV, chúng tôi chủ yếu vận dụng hình thức thứ nhất - khai thác các kiến thức trong các bài học trên lớp.
2.4.3. Phƣơng pháp dạy học
Khi dạy học SH VSV có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp, biện pháp dạy học khác nhau nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS. Quan điểm sinh thái và tiến hoá, tiếp cận SHHT đã đƣợc quán triệt khi xây dựng chƣơng trình và viết SGK. Tuy nhiên, những nội dung kiến thức thể hiện các quan điểm và tiếp cận đó trong SGK không đƣợc bộc lộ rõ. Vì vậy, để thực hiện đƣợc những nguyên tắc trên đòi hỏi ngƣời giáo viên phải vừa tận dụng những gì SGK đã thể hiện đƣợc, vừa bổ sung, gia công sƣ phạm cách trình bày nội dung thông tin sao cho các quan điểm đƣợc quán triệt sâu sắc khi nghiên cứu các quá trình sống của VSV và ứng dụng của các quá trình đó. Chẳng hạn, khi dạy một nội dung kiến thức phần SH VSV nhƣ khái niệm, quá trình sinh lí... thì ngoài việc tổ chức cho HS tìm hiểu những kiến thức cơ bản trong SGK, GV cần có những câu hỏi để khai thác khía cạnh sinh thái, tiến hoá một cách hợp lí. Để làm đƣợc điều đó, ngƣời GV cần nghiên cứu, phân tích nội dung kiến thức có trong SGK để xem SGK đã có những nội dung nào thể hiện đƣợc, từ đó xác định xem cần bổ sung những nội dung gì và phƣơng pháp tổ chức cho HS khai thác những nội dung đó nhƣ thế nào?
* Logic tổ chức dạy học sinh học vi sinh vật theo tiếp cận sinh học hệ thống
Dạy học SH VSV theo tiếp cận SH hệ thống nên tiến hành theo logic tổng - phân - hợp. Theo đó, dựa trên cơ sở bài đầu tiên của SH 10 (Các cấp tổ chức của thế giới sống), HS đã biết rằng thế giới SV đƣợc tổ chức theo thứ bậc rất chặt chẽ với 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. TB là đơn vị cơ bản cấu tạo nên mọi cơ thể SV. Qua phần hai - SH TB, HS đã có những kiến thức cơ bản về cấp tổ chức sống cơ bản đầu tiên của thế giới sống, đó là cơ sở cho việc nghiên cứu các CĐTCS cao hơn. Trƣớc khi tìm hiểu các chƣơng ở phần SH VSV, GV cần giới thiệu sơ qua về cấp độ tổ chức này để HS có đƣợc tâm thế tốt cho việc tìm hiểu cấp độ tổ chức đó sau đó mới tổ chức cho HS tìm hiểu các kiến thức cụ thể về VSV. Nhƣng để việc dạy học SH VSV với vị trí là cấp độ tổ chức cơ thể có hiệu quả cao thì phải tổ chức tốt bài ôn tập phần SH TB. Trong bài ôn tập phần SH TB, bên cạnh việc khái quát hoá, hệ thống hoá những kiến thức cơ bản của từng chƣơng, từng bài, GV cần tổ chức để HS nắm đƣợc các dấu hiệu đặc trƣng của cấp TB là trao đổi chất và năng lƣợng, sinh trƣởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng, khả năng tự điều chỉnh. Trên cơ sở đó, khi chuyển sang phần SH VSV, sau khi tìm hiểu xong khái niệm VSV và dƣới sự gợi ý của GV, HS sẽ dễ dàng nhận ra việc nghiên cứu về VSV cũng có nghĩa là nghiên cứu sự sống ở cấp cơ thể.
Khi đã có nhận thức sơ bộ về VSV nhƣ một CĐTCS, GV tổ chức cho HS tìm hiểu các kiến thức cụ thể về các quá trình chuyển hoá vật chất và năng