Tài liệu Giáo án liên môn tích hợp sinh học 10 chuyên đề ứng dụng kiến thức về sinh trưởng, phát triển và sinh sản của vi sinh vật trong công nghiệp, y học và đời sống

Sở GD và ĐT Hà Nội Trường THPT Nhân Chính HỒ SƠ DỰ THI DẠY HỌC THEO CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP ỨNG DỤNG KIẾN THỨC VỀ SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN VÀ SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP, Y HỌC VÀ ĐỜI SỐNG Môn học chính: Sinh học Các môn được tích hợp: Công nghệ, Hóa học, Vật lý, Giáo dục bảo vệ môi trường Hà Nội, 1.2015 1 PHIẾU THÔNG TIN VỀ GIÁO VIÊN DỰ THI Sở GD và ĐT thành phố Hà Nội Trường THPT Nhân Chính Địa chỉ: Phố Ngụy Như Kon Tum, quận Thanh Xuân, Hà Nội Điện thoại: Thông tin về giáo viên: Họ và tên: Bùi Thị Thu Nga Ngày sinh: 11.9.1976 Môn Sinh học Điện thoại: 0912422989 Email: [email protected] 2 PHIẾU MÔ TẢ HỒ SƠ DẠY HỌC DỰ THI 1. Tên chủ đề: Ứng dụng kiến thức về sinh trưởng, phát triển và sinh sản của vi sinh vật trong công nghiệp, y học và đời sống 2. Mục tiêu dạy học Kiến thức các môn học sẽ đạt được trong dự án này là: - Môn Sinh học: + Lí thuyết về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật + Giải thích sự ảnh hưởng của các yếu tố hóa học, vật lí đến sinh trưởng, sinh sản của vi sinh vật. - Môn Hóa học: Các phương trình tổng hợp và phân giải các chất hữu cơ - Môn Vật lý: Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý (nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, ánh sáng… đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. - Môn Công nghệ: Qui trình sản xuất mì chính bằng phương pháp lên men, làm tương, làm sữa chua, ủ phân chuồng…. - Kiến thức bảo vệ môi trường: sử dụng vi sinh vật trong việc phân giải các chất thải bảo vệ môi trường. Kĩ năng: - Giúp các em rèn tốt khả năng tư duy, thảo luận nhóm, thu thập thông tin, phân tích các kênh hình, kênh chữ, liên hệ thực tế. - Biết vận dụng kiến thức liên môn trong giải quyết vấn đề. Thái độ : -Có ý thức tích cực trong hoạt động, độc lập tư duy và hợp tác nhóm -Biết vận dụng linh hoạt các kiến thức trong bài học vào các vấn đề trong thực tiễn. 3. Đối tượng dạy học của dự án: 40 học sinh lớp 10A8 4.Ý nghĩa , vai trò của dự án: - Gắn kết kiến thức, kĩ năng , thái độ các môn học với nhau, với thực tiễn đời sống xã hội , làm cho học sinh yêu thích môn học hơn và yêu cuộc sống. -Biết vận dụng các kiến thức để giải quyết các vấn đề xảy ra trong thực tế, từ đó tự xây dựng ý thức và hành động cho chính bản thân. -Qua việc thực hiện dự án sẽ giúp giáo viên bộ môn không chỉ nắm chắc kiến thức bộ môn mình dạy mà còn không ngừng trao dồi kiến thức các môn học khác để tổ chức, hướng dẫn các em giải quyết các tình huống, vấn đề đặt ra trong môn học một cách nhanh và hiệu quả. -Tích hợp trong giảng dạy sẽ giúp học sinh phát huy sự suy nghĩ tích cực, tư duy sáng tạo. Cụ thể qua dự án này học sinh không chỉ nắm được các quá trình tổng hợp, phân giải ở vi sinh vật, các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển ở vi sinh vật mà còn tìm hiểu về các qui trình ứng dụng công nghệ vi sinh trong thực tế, giải thích được bản chất hóa học của các quá trình đó, Từ đó, khơi nguồn sáng tạo và thích tìm hiểu của học sinh. Sinh học vi sinh vật là nội dung nằm trong chương trình Sinh học lớp 10 THPT. Vi sinh vật tiết enzim ngoại bào để phân giải các chất ở môi trường như protein, polisaccarit, lipit, axit nucleic… và cả các chất độc hại thành các chất đơn giản rồi được vi sinh vật hấp thụ để tổng hợp nên thành phần của tế bào hay phân giải tiếp 3 trong quá trình chuyển hóa. Vì tốc độ sinh sản nhanh nên quá trình tổng hợp và phân giải của vi sinh vật được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sử dụng kiến thức nhiều môn học nhằm giải thích rõ ràng cơ sở sinh học của những ứng dụng đó, đem lại cho HS lượng kiến thức trọn vẹn, có thể ứng dụng trong cuộc sống . 5. Thiết bị dạy học:  Máy chiếu Bảng nhóm  Bút dạ, giấy A4  Máy ảnh  Máy vi tính  6. Hoạt động dạy học và tiến trình dạy học Chủ đề : Ứng dụng kiến thức về sinh trưởng, phát triển và sinh sản của vi sinh vật trong công nghiệp, y học và đời sống (2 tiết) I. Mục tiêu bài học: 1. Kiến thức: Học xong bài, HS cần phải: - Phân biệt được sự phân giải trong và ngoài TB ở VSV nhờ enzim. - Nêu được một số ứng dụng đặc điểm có lợi và hạn chế những đặc điểm có hại của quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở VSV để phục vụ cho đời sống và BVMT. - Nêu được đặc điểm của một số chất hóa học ảnh hưởng đến sinh trưởng của VSV - Trình bày được ảnh hưởng của các yếu tố vật lí đến sinh trưởng của VSV - Nêu được một số ứng dụng mà con người đã sử dụng các yếu tố hóa học và lí học để không chế VSV có hại 2. Kỹ năng: - Biết tìm hiểu, thu thập thông tin từ nhiều nguồn, xử lí thông tin, biến đổi dưới nhiều dạng (hình ảnh, bảng biểu, đồ thị) để rút ra các kết luận - Rèn kỹ năng tự học, tư duy so sánh, phân tích tổng hợp 3. Thái độ - Hành vi: - Yêu và say mê nghiên cứu khoa học và có ý thức liên hệ thực tiễn II. Chuẩn bị: 1. Thầy: - Máy chiếu - Bảng nhóm - Bút dạ, giấy A4 - Máy ảnh - Máy vi tính - Phiếu học tập và các tài liệu liên quan 2. Trò: Chia lớp thành 5 nhóm - Nhóm 1: Sưu tầm qui trình lên men rượu - Nhóm 2: Sưu tầm qui trình sản xuất tương 4 - Nhóm 3: Chuẩn bị các nguyên liệu và qui trình làm sữa chua, có sữa chua thành phẩm - Nhóm 4: Sưu tầm qui trình ủ phân hữu cơ - Nhóm 5: Tìm hiểu về những phương pháp thanh trùng trong bệnh viện. - Nội dung bài 23 – 24 – 27 Sinh học 10 THPT - PHT: Các yếu tố vật lí ảnh hưởng đến sinh trưởng của vsv III. Tiến trình bài giảng A. Ổn định tổ chức lớp: - Kiểm tra sĩ số và ổn định trật tự lớp B. Tiến trình tổ chức bài mới: * Đặt vấn đề: Cơ thể VSV rất nhỏ bé nhưng chuyển hóa các chất rất nhanh. Từ 1vi khuẩn đến khối lượng trái đất chỉ trong vòng 2 ngày. Vậy quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở VSV diễn ra như thế nào, chúng ta đã có những ứng dụng thực tiễn nào nhờ VSV? Chúng ta cùng nghiên cứu chủ đề hôm nay * Tiến trình bài mới: Hoạt động 1: Tìm hiểu về quá trình phân giải protein nhờ vi sinh vật GV yêu cầu nhóm 2 trình bày qui trình sản xuất tương: + gạo nếp làm xôi – để nguội - nuôi mốc – mốc mật + Đậu tương rang, xay, ngâm nước – dịch bột đậu ( mùa hè ngâm 5-6 ngày) + ngả tương: nước muối 2%+ mốc mật + dịch bột đậu trong chum sành phơi nắng - Em hãy nêu vai trò của mốc mật trong qui trình ủ tương? Tại sao sau khi ủ , tương có vị ngọt? ( mốc mật có enzim phân giải protein trong đậu tương thành axit amin nên tương có vị ngọt) Minh họa hình ảnh mốc tương: - Bản thân vi sinh vật kích thước rất nhỏ bé, không thể “ăn” đậu tương, làm thế nào để vi sinh vật phân giải được protein trong đậu tương? ( VSV tiết enzim proteaza ra môi trường để phân giải ngoại bào protein thành axit amin, vsv hấp thụ axit amin và phân giải tiếp để tạo ra năng lượng cho tế bào hoạt động, chúng ta lợi dụng hiện tượng này để làm các loại nước chấm có vị ngọt của axit amin) - GV lưu ý: khi môi trường thiếu C và thừa N, VSV khử amin của axit amin và sử dụng axit hữu cơ làm nguồn C do đó có amoniac bay ra. 5 - GV yêu cầu HS hoàn thiện sơ đồ dưới bằng cách điền thông tin vào các số 1,2,3,4 VSV tiết Pr MT ngoài E. Prôtêaza Phân giải VSV hấp thụ Aa MT ngoài (2) Aa (3) Trong TB Năng lượng cung cấp cho hoạt động sống của TB MT thiếu C và thừa Nitơ (4) Nhóm amin → amôniac, Thải ra MT Axit béo làm nguồn cung cấp C cho hoạt động của TB - Em hãy nêu thêm một số ứng dụng về quá trình phân giải protein ( Làm nước mắm – sử dụng vi khuẩn kị khí trong ruột cá có enzim proteaza, tôm chua, mắm tôm...) Hoạt động 2: Tìm hiểu về quá trình phân giải polisaccarit nhờ vi sinh vật GV yêu cầu 1 nhóm trình bày cách lên men rượu và giải thích:  Qui trình nấu rượu gạo: gạo(tinh bột) nấu chín để nguội -> trộn bánh men -> lên men -> chưng cất -> rượu. Giải thích: bánh men gồm nấm mốc có enzim amylase và phân giải tinh bột thành đường glucozơ sau đó nấm men lên men glucozơ thành rượu etilic và tạo CO2 trong điều kiện yếm khí GV yêu cầu nhóm 3 giới thiệu và thao tác cách làm sữa chua:  Qui trình (Vừa làm vừa hướng dẫn): + Đun nước sôi, pha sữa ngọt vừa uống, để nguội 400C + Cho thêm 1 hộp sữa chua vinamilk, hòa đều, đổ ra cốc + Ủ sữa ở 400C, đậy kín, khoảng 5-6h sẽ thành sữa chua, bảo quản trong tủ lạnh - Vai trò của hộp sữa chua vinamilk? ( chứa nhiều vi khuẩn lactic, lên men tạo sữa chua) - Đường trong sữa chua là lactozo qua các giai đoạn biến đổi thành axit lactic. Em hãy viết hợp chất được hình thành thay chữ X, Y, Z trong sơ đồ làm sữa chua: vi khuẩn lactic Lactozơ X + Y vi khuẩn lactic Z + năng lượng Phân giải ngoại bào lên men 6 (X, Y: glucozơ, galactozơ. Z: axit lactic, ) - Vì sao sữa đang từ trạng thái lỏng trở thành sệt? ( axit lactic tạo thành , Ph giảm, cazein – protein của sữa bị biến tính kết tủa) - Nêu thêm ứng dụng lên men lactic? ( muối dưa, lên men lactic đồng hình, ủ chua thức ăn cho gia súc...) GV yêu cầu nhóm 4 trình bày qui trình ủ phân hữu cơ:  - Qui trình: + Trộn men vi sinh với phân lân + Rải một lớp phân chuồng dày khoảng 20cm, rắc một lớp hỗn hợp trên, tưới nước đủ ẩm (50-55%) + Ủ kín bằng bạt, khoảng 20 ngày sau đảo trộn và ủ tiếp khoảng 1 tháng sẽ được đống phân dễ tiêu đối với cây trồng. - GV: Dựa vào những phần đã học về quá trình phân giải của vi sinh vật, em hãy giải thích qui trình trên? Nêu tác dụng của việc ủ phân? (phân chuồng, xác thực vật là các chất hữu cơ- chủ yếu là xenlulozo- được vi sinh vật tiết enzim xenlulaza... phân giải thành các chất vô cơ cây dễ hấp thụ và sạch môi trường) - Gv đưa thêm hình ảnh một số loại phân vi sinh:  Từ 3 quá trình trên,, em hãy hoàn thành sơ đồ quá trình phân giải polisaccarit: 7 Polysaccarit môi trường ngoài: ......1...... .......2....... .......3....... VSV ……4……. ……5…… trong tế bào ngoài tế bào nấm men VK lactic …..6….. …..7…. VK hiếu khí (1,2,3: tinh bột, xenlulozo, lactozo. 4,5:glucozo. 6:etilic. 7: axit lactic) GV: ngoài ra, người ta còn sử dụng vi sinh vật làm sạch môi trường vì những  VSV này có khả năng phân giải các chất độc hại gây ô nhiễm (Agrobacterium phân giải hợp chất chứa ni tơ tổng hợp như nitrophenol, đinitrocrezon, ..) Theo số liệu từ Viện Quy hoạch Xây dựng Hà Nội cho thấy hiện mỗi ngày Hà Nội phát sinh 5.370 tấn chất thải rắn sinh hoạt. Tuy nhiên, năng lực thu gom, vận chuyển chất thải rắn sinh hoạt đến các khu xử lý tập trung chỉ là 3.875 tấn, đạt tỷ lệ 72%. Hà Nội hiện có 7 khu xử lý chất thải rắn sinh hoạt, trong đó có 4 bãi chôn lấp là Nam Sơn, Kiêu Kỵ, Xuân Sơn, Núi Thoong và có 3 nhà máy xử lý CTR ở Kiêu Kỵ, Cầu Diễn, Sơn Tây. Trong số 3.875 tấn CTR được xử lý mỗi ngày thì khối lượng rác được giải quyết bằng phương pháp chôn lấp là 3.670 tấn/ngày (xấp xỉ 95%). Đây là phương pháp sử dụng VSV phân hủy chất hữu cơ. VSV phân giải các chất cũng gây hỏng thực phẩm, mốc quần áo...  Hoạt động 3: Quá trình tổng hợp các chất ở VSV và ứng dụng GV nêu tóm tắt qui trình làm mì chính: Tinh bột -> đường glucozo -> lên men nhờ VK corynebacterium glutamicum (trong điều kiện thoáng khí, giữ ở nhiệt độ 32 – 370C trong thời gian 38 – 40 giờ) -> axit glutamic -> tinh sạch axit glutamic -> trung hòa bằng NaOH 40 – 50% -> tạo mì chính (Trong thời gian lên men, pH sẽ chuyển dần sang acid do sự hình thành acid glutamic do đó người ta thường bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường nguồn amôn (NH4Cl, (NH4)2SO4, urê) để giữ ổn định độ pH cho vi khuẩn hoạt động tốt. ) VK corynebacterium glutamicum và mì chính: - Theo em, VSV tự tổng hợp axit glutamic hay lấy từ môi trường? (tự tổng hợp) - Quá trình đó diễn ra bên trong hay bên ngoài tế bào? ( VSV tự tổng hợp được các loại axit amin nhờ năng lượng và enzim nội bào) - Dựa vào kiến thức đã học, em hãy viết tóm tắt quá trình tổng hợp protein từ các axit amin, tổng hợp lipit, polisaccarit....? (HS viết được: (Axit amin)n -> protein (Glucozo)n + ADP-glucozo -> (Glucozo)n+1 + ADP 8 Glixeron + axit béo -> lipit...) - Em hãy nêu thêm ứng dụng về quá trình tổng hợp các chất ở VSV? (Sản xuất phomat, axit amin, protein...) - Nêu mối quan hệ giữa tổng hợp và phân giải ở vi sinh vật? ( Tổng hợp – đồng hóa và phân giải – dị hóa là 2 quá trình ngược chiều nhau nhưng thống nhất trong hoạt động sống của tế bào) Hoạt động 4: Tìm hiểu vềề các yềếu tốế vật lí ảnh hưởng đềến sinh trưởng c ủa VSV GV yêu cầu các nhóm thảo luận và giải thích những hiện tượng sau:  - Tại sao khi làm sữa chua lại làm bằng nước ấm? - Tại sao trong sữa chua hầu như không có VSV gây bệnh? - Tại sao khi ủ phân phải tưới vừa đủ nước? - Để tránh mốc quần, áo chúng ta thường làm gì, tại sao lại làm như vậy? Sau khi các nhóm giải thích, Gv chốt lại câu trả lời chính xác. Những yếu tố vật lí nào ảnh hưởng đến sinh trưởng của sinh vật?  (Nhiệt độ, độ ẩm, pH, ánh sáng, áp suất thẩm thấu) Vận dụng kiến thức vật lý, hóa học, thảo luận nhóm để hoàn thành PHT ảnh  hưởng của những yếu tố trên đến sinh vật (5 nhóm, mỗi nhóm giải thích ảnh hưởng của 1 nhân tố) Sau khi các nhóm báo cáo, GV chốt lại bằng PHT mẫu: PHT : CÁC YẾU TỐ VẬT LÍ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG CỦA VSV Các yếu tố ảnh hưởng Cơ chế kích thích Cơ chế ức chế Ứng dụng Nhiệt độ - Phù hợp sẽ tăng tốc độ phản ứng sinh hóa - Cao hay thấp đều ảnh hưởng đến hoạt tính của Pr và A.N Thanh trùng dụng cụ y tế Giữ đồ ăn trong tủ lạnh Độ ẩm - Là dung môi của các chất dinh dưỡng, tham gia vào quá trình thủy phân các chất - Khống chế sự sinh trưởng của VSV( co nguyên sinh, mất khả năng hoạt động sinh lí - Phơi, sấy khô các loại hạt, quả…, đồ dùng pH - H+ có nồng độ vừa sẽ kích thích hoạt động enzim - H+ có nồng độ cao sẽ ức chế hoạt động của enzim - Chia VSV thành các nhóm : Ưa axit, trung tính và ưa kiểm Ánh sáng - Có bước sóng phù hợp → VSV quang hợp mạnh, cung cấp đủ năng lượng - Bước sóng ngắn làm biến tính Pr, A.N - Dùng ánh sáng để diệt khuẩn Áp suất thẩm thấu Áp suất thẩm thấu cân bằng → Hoạt động sinh lí bình thường - Áp suất thẩm thấu lớn làm TB mất nước, hoạt động sinh lí kém Ướp muối, ngâm đường 1 số thực phẩm GV có thể giải thích rõ hơn ảnh hưởng một số nhân tố: - Nhiệt độ tỉ lệ với động năng của các nguyên tử và phân tử, nhiệt độ tăng -> động năng nguyên tử và phân tử tăng -> liên kết hóa học giữa các nguyên tử có 9 thể bị thay đổi -> thay đổi vật chất. Trong cơ thể sống, các phân tử sinh học, đặc biệt là enzim( bản chất là protein) dễ bị biến tính bởi nhiệt độ cao -> tế bào chết -> cơ sở cho biện pháp thanh trùng bằng nhiệt. - Ánh sáng: Mức năng lượng trong lượng tử ánh sáng tùy thuộc vào độ dài bước sóng của tia sáng 1 số VK cần ánh sáng để quang hợp Bức xạ ánh sáng có thể tiêu diệt hoặc ức chế VSV (tia tử ngoại:250-260nm làm biến tính axit nucleic, tia Rơnghen, tia Gamma, tia vũ trụ độ dài sóng dưới 100nm ion hóa axit nucleic, protein)... Hoạt động 5: Tìm hiểu về các yếu tố hóa học ảnh hưởng đến sinh trưởng của VSV GV yêu câu nhóm 5 báo cáo về kết quả sưu tầm các phương pháp thanh trùng  được sử dụng trong bệnh viện Sau khi nhóm báo cáo, GV yêu cầu cả lớp sử dụng kiến thức trong bảng trang  106 để giải thích cơ sở khoa học của các phương pháp thanh trùng đó HS đạt được: - Khử trùng bằng cồn (etanol, izopropanol 70-80%), cồn iot, thuốc tím,...thay đổi khả năng cho các chất qua màng photpholipit, ôxi hóa VSV - Xà phòng, các hợp chất phenol khác, foocmandehit: biến tính protein, dùng để diệt khuẩn, khử trùng bệnh viện,... - Clo. Cloramin ôxi hóa mạnh: thanh trùng nước máy, nước bể bơi... - Các loại khí etilen oxit ô xi hóa các thành phần của tế bào dùng để khử trùng dụng cụ... C. Củng cố 1.Tóm tắt quá trình tổng hợp và phân giải các chất của VSV bằng sơ đồ tư duy (mỗi nhóm 1 sơ đồ làm vào giấy A4) 2. Tại sao phải pha loãng sữa đặc có đường?Có thể pha loãng hơn tỉ lệ đó được không? Cho sữa chua Vinamilk vào sữa đặc pha loãng có tác dụng gì?Tại sao phải bảo quản sũa chua trong tủ lạnh? Vì sao sữa đang từ trạng thái lỏng trở thành sệt? Vì sao sữa chua là loại thức ăn rất bổ dưỡng? (Vì khi axit latic được hình thành, pH của dung dịch sữa giảm, cazêin (Pr của sữa) kết tủa làm sữa từ trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái sệt. Trong sữa chua có các chất dễ đồng hóa như axit lactic, VTM…do VK lactic đồng hình sinh ra khi lên men đường lactôzơ, trong sữa chua không có VK gây bệnh vì môi trường axit ức chế các VSV này) D. Hướng dẫn về nhà - Tìm hiểu trả lời các câu hỏi sau : 1. Tại sao khi muối chua rau, quả lại phải đổ ngập nước và nén chặt ?Thực chất của việc muối chua rau quả là gì ? Có người nói là không có ‘‘ tay’’ muối dưa nên dưa dễ bị khú, ý kiến của em thế nào ? 2. Vấn nạn túi nilon gây ô nhiễm môi trường đang chở nên cấp thiết và cần có phương án giải quyết. Có thể sử dụng phương pháp chôn lấp như rác thải hữu cơ được không? Em có ý tưởng gì cho việc giải quyết vấn nạn này? 7. Kiểm tra đánh giá 10 - Đánh giá HS chủ yếu đánh giá các năng lực: thu thập và xử lí thông tin, giải quyết vấn đề, hợp tác, giao tiếp. Lưu ý đánh giá cả thái độ tham gia, mức độ tự chủ, tự giác… - Phối hợp giữa đánh giá quá trình và đánh giá tổng kết 8. Sản phẩm của HS Slide của các nhóm 11 Sản phẩm sữa chua của nhóm 3 Hình ảnh sưu tầm của nhóm 5 12 Sơ đồ tư duy của nhóm 3: 13